微观交通仿真软件VISSIM使用介绍

77第四章微观交通仿真软件VISSIM使用介绍第一节VISSIM微观仿真软件介绍1．VISSIM仿真系统基本原理VISSIM是由德国PTV公司开发的微观交通流仿真系统。该系统是一个离散的、随机的、以十分之一秒为时间步长的微观仿真软件。车辆的纵向运动采用了德国Karlsruhe大学Wiedemann教授的“心理—生理跟车模型”；横向运动(车道变换)采用了基于规则(Rule-based)的算法。不同驾驶员行为的模拟分为保守型和冒险型。VISSIM软件系统内部由交通仿真器和信号状态发生器两大程序组成，它们之间通过接口来交换检测器的呼叫和信号状态。交通仿真器是一个微观的交通流仿真模型，它包括跟车模型和车道变换模型。信号状态发生器是一个信号控制软件，它以仿真步长为基础不断地从交通仿真器中获取检测信息，决定下一仿真时刻的信号状态并将这信息传送给交通仿真器。图4.1VISSIM中交通仿真器和信号状态发生器2．VISSIM仿真系统基本功能VISSIM可以作为许多交通问题分析的有力工具，它能够分析在诸如车道特性、交通组成、交通信号灯等约束条件下交通运行情况，不仅能对交通基础设施实时运行情况进行交通模拟，而且还可以以文件的形式输出各种交通评价参数，如行程时间、排队长度等。因此，它是分析和评价交通基础设施建设中各种方案的交通适应性情况的重要工具。以下是VISSIM的主要交通分析功能：1、固定式信号灯配时方法的开发、评价及优化。2、能对各种类型的信号控制进行模拟，例如：定时控制方法、车辆感应信号控制方法、SCATS和SCOOT控制系统中的信号控制等。在VISSIM中，交通信号配时策略还可以信号状态发生器交通流控制、管理策略信号控制器交通仿真器路网中各种类型车辆跟车微观模型、车辆变换车道模型交通分析断面交通流特性、行程时间、排队分析等检测值控制特性78通过外部信号状态发生器（VAP）来进行模拟，VAP允许用户设计自己定义的信号控制方法。3、可用来分析慢速区域的交通流交织和合流情况。4、可对各种设计方案进行对比分析，包括信号灯控制以及停车控制交叉口、环形交叉口以及立交等5、分析公共交通系统的复杂站台设施的通行能力和运行情况。6、可用来评价公共交通优化处理的各种方案。7、可运用内置的动态分配模式分析和评价有关路径选择的问题。例如：各种信息牌对交通带来的冲击。3．VISSIM仿真流程图4.2VISSIM软件仿真流程4．VISSIM操作界面介绍VISSIM的操作界面分为5个区域（如图4.3）：调查交通量或者预测交通量道路平面图（BMP）和交通组织方案交通参数设置、初始配时初步建立仿真路网调整交通设计方案仿真流量与输入流量是否吻合仿真网络检查仿真运行仿真动画和评价指标输出是否符合要求输出优化后的方案NOYESNOYES79标题栏：显示仿真程序名称、文件名称、版本号。菜单栏：设置、调整参数。状态栏：第一部分：当前鼠标坐标。第二部分：网络编辑模式中，显示当前选择的对象信息；仿真过程中，显示仿真时间。第三部分：网络编辑模式中，显示编辑提示信息。滚动条：上下翻滚视图。工具栏：图形及模块工具。图4.3VISSIM的操作界面第二节建立仿真路网在微观交通仿真中，建立一个符合实际的仿真路网是交通仿真的基础，也是取得可用的、有效的仿真评价指标的必要条件。建立仿真路网首先需要一张带比例尺的设计平面图，然后在该底图上利用VISSIM软件中的路网单元模块（Link和Connector）建立路网。1．导入底图为了建立路网的仿真模型，首先必须导入仿真对象的现状平面图或设计平面图，且平面图必须带比例尺。下文以平面十字交叉口仿真研究为例，建立路网的步骤如下：（1）通过Options→Background→Open导入平面设计图的bmp文件。（2）底图必需是BMP格式的图片。工具栏状态栏标题栏菜单栏滚动条80（3）通过Options→Background→Scale按比例缩放图片。（4）通过Options→Background→Orgin手工拖/拉背景图片。（5）为了避免以后使用时再次导入相同图片的繁琐程序，用户可以通过Options→Background→Parameters→Save保存当前图片信息参数（保存文件格式为*.hgr）。图4.4导入VISSIM中的十字交叉口平面设计底图2．建立路网的方法VISSIM使用两个基本的组件（Link和Connector）来描述一个路网。Link（路段）：有方向性，是矢量。定义路段时需要输入该路段的车道数、车道宽度、坡度等。按纽用于建立和移动Link。按纽用于编辑Link。Connector（连接）：用于连接同方向Link中的车道，每条Connector可以同时连接一条或几条车道。按纽用于建立和编辑Connector。VISSIM通过Link和Connector来描述一条连续的路径，也可以描述整个路网。81（1）定义Link（路段）Link（路段）单元参数设置对话框中包括以下各项内容：图4.5Link参数对话框1）number：路段编号。2）Name：路段名称。3）Type：路段类型。4）LinkLength：路段长度。5）NO.ofLanes：路段车道数6）LaneWidths：车道宽度。7）Gradient：路段坡度。8）Height：路段高度，仅在3D显示时生效，左右两格分别代表路段单元的起始高度和终点高度。9）Opp.Direction：复制对向车道。10）NO.ofLanes：复制的对向车道的车道数。11）Animation：打开/关闭车道上的车辆显示。12）ChangeDirect.：改变车道的方向。13）Cost…：计算行驶成本，仅在安装了动态分布功能的模块时生效。14）Evaluation：确定评价路段时所用区段（segment）的单位长度。15）LaneClosure…：车道关闭。可以禁止某类车辆在路段的某条车道上通行。82(可用于设置公交专用道、小汽车专用道等)（2）定义Connector（连接）单元Connector（连接）单元参数设置对话框中包括以下各项内容：1）Name：连接的名称。2）在FromLink和ToLink两栏中可以选择起始路段和终止路段对应连接的车道（车道数必须匹配）。3）Emerg.Stop：紧急停车距离。要进入目标车道的车辆如果在车流量很大的情况下难以进入目标车道，它将在Emerg.Stop控制的地点停车，等候间隙变道。4）LaneChange：变换车道距离。车辆为了进入目标车道开始变换车道的距离（距前方连接的距离）。5）Gradient：坡度。连接单元的坡度。注意：连接单元的高程由其两端的路段单元高程决定。6）Points：Splines（连接曲线）的插入点数。选择Spline可以设置Points的插入点数，点数越多，连接曲线越平滑；用户也可以用鼠标右键在连接单元上添加节点。7）大多数情况下，Direction并不起任何作用。只有当车辆被指定了转向以后（用按纽指定），该选项才需要设置。未被指定转向的车辆只通过Direction为All的连接单元。8）车道关闭（LaneClosure）的功能与路段单元相同，都是用来禁止某种车辆通行的。9）Cost…和Evaluation…的功能与路段（Link）中介绍的相同。3．路网建立实例83在用Link和Connector建立交叉口和路网时，是用一个Link表示一条车道还是多条车道、Connector如何连接等问题都要结合实际的道路情况而定。下文将以一个交叉口为实例进行具体说明。在建立十字交叉口过程中需要处理好进口道Link的设置、车道展宽/缩减渐变段的处理、进口道和出口道的连接三个关键部分。（1）进口道路段的处理路段上如对车道功能无特殊划分（如设公交专用道），可用一条多车道的Link来表示，如图4.6中五车道路段。如果两条车道功能完全不相同，并且车辆不能相互变换车道，最好用两条Link来表示。图4.6进口道车道设置示意图（2）车道展宽/缩减渐变段的处理84实际的道路上经常有车道增加和缩减的情况。车流在这种渐变段上的跟车行为、变换车道行为都与正常路段不同，更为复杂。VISSIM中仍然是通过Link和Connector单元来模拟，因此若处理不当会造成仿真的严重失真。车道展宽渐变段图4.7车道展宽渐变段示意图车道展宽渐变段因为车道数增多，通常很少有大的交通问题。图4.7车道展宽渐变段是从三车道增加为四车道。可采用两种方案进行处理：方案一：一条Connector（Connector1）连三条车道（图4.8），另一条Connector（Connector2）连一条车道（图4.9）。85图4.8一条Connector连接三条车道86图4.9一条Connector连接一条车道方案二：两条Connector分别连二条车道（见图4.10、图4.11）。87图4.10Connector分别连二条车道88车道缩减渐变段车道缩减时的连接方法与车道增加时类似，只是方向相反。但需要注意的是车道增加时前面两种方案在效果上不会有什么差别。而车道缩减渐变段往往是交通瓶颈处，不同的处理方法会有不同的效果。需要根据道路上实际的合流情况来确定。（3）进口道和出口道的连接该交叉口的西进口共有五条车道，用三个Link来表示。每一个Link代表一个车道组。所谓车道组（lanegroup）是指具有完全相同功能的车道组合。注意车辆在Link之间是不能变换车道的，只能在同一Link内的不同车道之间才可以变换车道。该交叉口的北出口道用一个Link来表示，因为这两条车道具有完全相同的功能。89西进口的左转车道和北出口道用一个Connector连接，需要注意的是这里的Connector与西进口道的Link连接段应尽量短。图4.11进口道和出口道的连接90完成上述三个部分的设置后，就建立了一个平面交叉口的仿真路网图4.12。图4.12十字交叉口仿真路网建立实例91第三节交通流特性及行驶规则的设置在建立了仿真路网后，需要进行交通流特性参数及行驶规则的设置，以便真实地模拟实际车流在路网中的运行。交通流特性参数可分为微观和宏观交通流特性；行驶规则应与实际路网上的标志标线等交通控制和管理措施对应。1．微观交通流特性参数微观交通流特性参数包括各种车辆的期望车速分布曲线、车辆的加/减速特性、车辆的几何尺寸、驾驶员行为参数设置等。（1）车辆的期望车速（DesiredSpeed）对于任何车辆，期望车速特性是一个极为重要的参数，对于车辆之间的跟车和变换车道有重要的影响，并间接影响通行能力和行车速度。车辆期望车速设定后，每一类车辆进入仿真系统时如果没有其它车辆干扰或其它交通规则限制，车辆将以该速度行驶（仅有一个较小的随机变化量）。各车型的Des.Speed可以在NetworkEditor→Distribution→DesiredSpeed中定义，会出现图4.13的对话框。一般，在确定输入流量的车种组成时，定义每种车辆类型的期望车速，同时可以定义分布曲线。图4.13期望车速和分布曲线对话框（2）车辆的加、减速特性车辆的加减速性能对于车辆的行驶性能有重要影响，并且车辆的加、减速特性会随着个体车辆的不同而变化，车辆的期望加、减速与当前车辆速度以及司机的行为有关，而最大加、减速度特性往往反映车辆自身的动力性能。VISSIM在描述车辆加、减速特性时，是结合车辆类型进行定义的。共有四个参数，期望加、减速度，最大加、减速度。各种车型的加减速参数在NetworkEditor→Acceleration中定义，通常采用默认值。（3）车辆的几何尺寸92车辆的车身长度直接影响车辆的跟车行为和超车行为，对变换车道也有影响。对车辆的几何尺寸的描述包括长度和宽度，以及前后轴距等，见图4.14。VISSIM的2D模型中没有对车辆高度进行描述，在3D模型中车辆的高度是随长度和宽度按比例自动确定的。仿真模型中的车道宽度对车辆的行驶没有影响，这点是与实际情况不相符的。图4.14车辆几何尺寸设置对话框（4）驾驶员行为参数设置交通流理论中对驾驶员的跟车行