基于VISSIM的交叉口交通仿真研究 - 图文

基于VISSIM的交叉口交通仿真研究

摘要

阐述了微观交通仿真软件VISSIM的理论基础，基于其模型对海口市海甸岛甸昆路口进行的交通仿真。通过对海口市甸昆路口实际调查得到交通数据，分析其交叉路口的交通运行现状。利用VISSIM进行模拟仿真，通过分析仿真数据，评价交叉口的通行能力、行车延误、排队长度等道路交通指标。对改进和优化甸昆路交叉口的交通设计方案提出合理化建议，解决海口市甸昆路口中存在的不合理的城市道路交通规划设计。结果表明城市的道路交叉口通过模拟仿真能够优化其交通流诱导问题，有助于解决路口行车拥堵故障，提高交通出行服务水平。利用VISSIM交通仿真能够在实际中应用，有效地在复杂交通条件下解决城市道路交通运输的实际问题。这是实现城市智能交通系统自动化、数字化的重要研究新方法。 关键词：交通仿真；VISSIM；交叉口；交通流

I

基于vissim的交叉口交通仿真研究

Abstract

The microscopic traffic simulation software VISSIM theoretical basis, based on the model in the Haidian Island, Haikou City Dian Kun intersection traffic simulation. Dian Kun intersection traffic conditions collected survey data, analysis of its intersection traffic operation status quo. VISSIM simulation, and analysis of simulation data, the evaluation of the intersection capacity, traffic delays, queue length and road traffic indicators. The traffic design improvements and optimization Dian Kun Road intersection to make reasonable suggestions to solve Dian Kun intersection unreasonable urban traffic planning and design. The results show that the city's road intersections by simulation to optimize traffic flow guidance, help to solve the intersection traffic congestion, improve traffic travel service levels. VISSIM traffic simulation in practical applications, effectively solve the practical problems of urban transport in the complex traffic conditions. This is a new method of urban intelligent transportation system automation, digitization important. Key words: traffic simulation; VISSIM; intersection; traffic flow

II

基于vissim的交叉口交通仿真研究

目录

1 绪论 ........................................................................................................... - 1 - 2 仿真软件概述 ........................................................................................... - 2 - 3 交通仿真原理 ........................................................................................... - 2 -

3.1 系统模型 .......................................................................................... - 2 - 3.2 基础数据建模 .................................................................................. - 3 -

3.2.1车辆加、减速函数建模 ........................................................ - 3 - 3.2.2期望车速分布建模 ................................................................ - 4 - 3.3 驾驶行为 .......................................................................................... - 5 - 4 交通仿真实例 ........................................................................................... - 6 -

4.1 交叉口交通现状 .............................................................................. - 6 - 4.2 交叉口路网建模 .............................................................................. - 7 - 4.3 交叉口交通量 ................................................................................. - 9 - 4.4 交叉口信号控制 ............................................................................ - 10 -

4.4.1信号控制原理 ...................................................................... - 10 - 4.4.2信号相位方案 ...................................................................... - 10 -

5 交叉口交通仿真评价 ............................................................................. - 12 -

5.1 行驶时间 ........................................................................................ - 12 - 5.2 行车延误 ........................................................................................ - 13 - 5.3 排队长度 ........................................................................................ - 14 - 6 结语 ......................................................................................................... - 15 - 致谢 ............................................................................................................... - 16 - 参考文献 ....................................................................................................... - 17 - 实验附件 ....................................................................................................... - 18 -

III

基于VISSIM的交叉口交通仿真研究

1 绪论

交通仿真技术在20世纪60年后逐步兴起，采用计算机交通仿真数字模型来反映复杂道路交通现象的交通分析技术和方法。交通仿真是智能交通运输系统的一个重要组成部分，是计算机技术在交通工程领域的一个重要应用，能够动态地、准确地仿真交通流等各种交通现象，有效地进行交通规划、交通组织与管理、交通运输流量合理化等方面的研究。

本文基于VISSIM交通仿真软件理论模型对城市道路交叉口进行交通仿真研究。首先根据VISSIM的理论基础来建立交叉口的交通运行状况指标，其次对城市道路交叉口进行实地交通调查，利用VISSIM对所调查行车数据进行仿真，通过虚拟现实技术手段，再现交叉口交通状况，分析交叉口的各项行车通行能力情况，对某个位置交通出现拥堵、通行能力低下应该采用什么样的解决方案来疏导交通？避免交叉口出现拥堵排队过长等交通故障发生。

海口市海甸岛甸昆路口作为城市道路交叉口连接海甸岛和世纪大桥的重要路网通行节点，关系到海甸岛整体道路交通服务水平，其交通现状无法满足当前城市道路智能交通系统发展需求，本文的研究价值就在于此，利用VISSIM模拟道路交叉口交通系统的运行状态，采用数字方式或图形方式来描述动态交通系统，深入研究解决海口市海甸岛甸昆路口交通设计存在的问题。

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2 仿真软件概述

VISSIM是由德国PTV公司开发的一款微观交通流仿真系统模拟工具。用以建模和分析各种交通条件下，城市道路和效区公路的运行状况，是评价交通工程设计和城市规划方案有效工具。VISSIM以离散性、随机性、1/10秒为时间步长，采用心理-物理学跟车模型[1]。VISSIM提供了图形化的界面，用2D或3D动画向用户直观显示车辆运动[2]。对交通流的描述以单个车辆为基本单元，车辆在公路上的跟车、超车以及车道变换等微观行为都能得到较真实的反映。辅助分析预测交通堵塞的地段和原因，对城市规划、交通工程、和交通管理的有关方案进行比较和评价[3]。

3 交通仿真原理

3.1 系统模型

VISSIM 仿真软件内部由两部分组成：交通仿真器和信号状态产生器，它们之间通过交换检测器数据和信号状态信息。交通仿真器是一个微观交通仿真模型，它包括跟车模型和车道变换模型。信号状态产生器是一个信号控制软件，可以通过程序实现交通流的控制逻辑。逻辑在每一个离散的时间间隔（1-0.1 秒）内从交通仿真器中提取检测器数据，用以确定下一仿真秒的信号状态。同时，将信号状态信息回传给交通仿真器，如图3.1。

检测数据 分析 交叉口预算 跟车模型 微观跟车 交通控制 交通工具 信号控制 信号状态 图3.1交通仿真器与信号状态产生器间的交流

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图4.2.1 海口市海甸岛甸昆路口路网构造

根据甸昆路口的路网构造，在VISSIM中车道增减或转弯交织路段，采用单车道单列和连接器进行过渡，并根据交通量对其进行路径行驶决策和优先规则。如图4.2.2，根据海甸岛甸昆路口的实际路况，基于市区机动车道，按照1：1地图比例大小，路段单车道宽度采用3.5m，车辆大小采用系统默认，忽略路段的坡度影响，在VISSIM中仿真得到的交通路网模型，其中路段中心线显示为蓝色和连接器的中心线显示紫色。

从图中的紫色连接器分布状况可知在路网中车辆在进入交叉口时和路口中央是车道变换最频繁的区域，使得了交叉口路段汇合，交通流集聚，同时交叉口的多车道也体现出了其分流重要功能。

图4.2.2海口市甸昆路口路段中心线显示模式（左）和仿真3D模式路网

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4.3 交叉口交通量

海口市海甸岛甸昆路口受到路网结构影响，东进出口（海甸五西路）和南进口（世纪大桥）交通流量构成了交叉口汇合流。选取一天的上午8点至9点高峰交通流时段，其交叉口交通量调查如表4.3.1。

表4.3.1海口市海甸岛甸昆路口交通流状况

交通量

进口名称

（辆/h） 车道

东进口（海甸五西路） 西进口（美丽沙） 南进口（世纪大桥） 北进口（世纪大道）

4010 20 3500 1200

10 0 1800 0

0 16 1690 1000

3500 4 5 200

500 0 5 0

右转

直行

左转

掉头

长度m 110 0 45 35 平均排队

从实际调查交通量可以看出，甸昆路口的交通流主要来自五西路和世纪大桥，最容易造成堵车排队问题是东进口（海甸五西路）通往世纪大桥及掉头车流。如图4.3.1，箭头代表主要的交通流量。

图4.3.1海甸岛甸昆路口主要交通流量示意图

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4.4 交叉口信号控制

交叉口的信号灯控制是交通运行中最重要的核心诱导，信号灯控制是引导行车在交叉口汇合时有序通行，是交通流外部决策作用。交叉口信号灯由红绿黄三色灯组成，信号灯控制有多种方式，值得注意的是信号灯定时周期控制是根据交通流来决定的。甸昆路口交通仿真信号控制，采用固定时周期信号控制，如表4.4.1。在VISSIM 仿真软件中，信号周期从第一秒开始到周期长度结束。海甸岛甸昆路口采用单列右转车道方式分流，增设行人二次过街，故交叉口只有直行和左转车道及人行道控制。海口市海甸岛甸昆路口采用四相位定时信号控制配时方案，周期时长115s，黄灯时长3s，全红时间3s。

表4.4.1海口市海甸岛甸昆路口信号控制配时

配时类型

东进口

定时

周期

五西路

115

现状配时

红灯 绿灯

直行

左转

世纪大桥 直行 82 30

左转 96 16

美丽沙 直行

左转

世纪大道 直行 82 30

左转 96 16

交叉口信号配时（单位：s）

南进口

西进口

北进口

66 46

104 9

4.4.1信号控制原理

甸昆路口采用的单点交叉口交通信号固定周期，这种控制方式设备简单。投资最省。维护方便[5]。它的控制原理是按照事先设计好的控制程序，在每个方向上通过红、绿、黄三色灯循环显示，指挥交通流，在时间上进行车辆隔离。遵循交通规则规定，即红灯——停止通行，绿灯——放行，黄灯——清尾，即允许已过停止线的车辆继续通行，通过交叉口[6]。 4.4.2信号相位方案

海口市海甸岛甸昆路口采用了四相位信号控制，如图4.4.2。

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第一相位（左上） 第二相位（右上） 第三相位（左下） 第四相位

图4.4.2海甸岛甸昆路口四相位信号及配时图

从海甸岛甸昆路口的信号配时方案中可以发现，甸昆路口采用全红灯3

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秒情况，即一个信号灯周期过后，交叉口四个路口同时是红灯。采用路口全红灯，显然为了提高交叉口的通行率，即清空路口中央的车流，降低滞留概率，辅助黄灯效果，这对交叉口的运行中避免撞车问题。

5 交叉口交通仿真评价

5.1 行驶时间

在VISSIM中行驶时间是指车辆通过检测区段的起点至离开终点的时间间隔。在海甸岛甸昆路口中，从海甸五西路到世纪大桥为主要交通流，是影响甸昆路口的通行能力，故选取从五西路进入交叉口到世纪大桥的路段为行驶时间检测路段，如图5.1.1。

图5.1.1海甸岛甸昆路口行驶时间检测路段（红色）示意图

应用VISSIM软件仿真结果如表5.1.2。

表5.1.2海甸岛甸昆路口行驶时间仿真结果

行驶路段 海甸五西路

至 世纪大桥

类别 所有车 公交车 小车

行驶距离/m 281.3 281.3 281.3

仿真时间/s 3600 3600 3600

检测车辆数 1369 196 1170

行驶时间/s 61.8 66.5 61.0

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/s29t.html