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河北工程大学本科毕业论文开题报告邯郸市东客站区域交通仿真与优化学生姓名：学院：土木工程学院专业：交通工程班级：10-02学号：100240208指导老师：河北工程大学土木工程学院2014年4月6号一、VISSIM软件简介PTV-VISSIM是一种微观的、基于时间间隔和驾驶行为的仿真建模工具，用以城市交通和公共交通运行的交通建模。它可以分析各种交通条件下，如车道设置、交通构成、交通信号、公交站点等，城市交通和公共交通的运行状况，是评价交通工程设计和城市规划方案的有效工具。VISSIM仿真软件内部由交通仿真器和信号状态产生器两部分组成，它们之间通过接口交换检测器数据和信号状态信息。VISSIM既可以在线生成可视化的交通运行状况，也可以离线输出各种统计数据，如：行程时间、排队长度等。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（可以是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。图1-1跟驰模型（CarFollowing，CF）交通仿真模型的精确性主要取决于车流量模型的质量，例如路网中的车辆行驶行为。与其它不太复杂的模型采用连续速度和确定的跟车模型不同，VISSIM采用的跟车模型是Wiedemann于1974年建立的心理-生理类驾驶行为模型。该模型的基本思路是：一旦后车驾驶员认为他与前车之间的距离小于其心理（安全）距离时，后车驾驶员开始减速。由于后车驾驶员无法准确判断前车车速，后车车速会在一段时间内低于前车车速，直到前后车间的距离达到另一个心理（安全）距离时，后车驾驶员开始缓慢地加速，由此周而复始，形成一个加速、减速的迭代过程。车速和空间阈值的随机分布能够体现出驾驶员的个体驾驶行为特性。德国Karlsruhe工业大学进行了多次实地测试以校准该模型的参数。定期进行的现场测试和模型参数更新能够保证驾驶行为的变化和车辆性能的改善在该模型中得到充分地反映。在多车道路段上，VISSIM允许驾驶员不仅考虑本车道上前面的车辆（默认为2辆），也可以考虑两边邻近车道的车辆。此外，在距离交叉口停车线100米处，驾驶员警惕性会提高。在VISSIM中，通过在路网中移动“驾驶员-车辆-单元”来模拟交通流。具有特定驾驶行为的驾驶员被分配到特定的车辆，驾驶员的驾驶行为与车辆的技术性能一一对应二、研究内容及预期成果2.1研究内容对邯郸市东客站广场及其周围路段进行交通仿真、依据给定的邯郸市东客站规划方案和现状的交通特性，通过在实际路段以及交叉口交通运行状况分析中使用VISSIM这一微观交通仿真软件，模拟现状装或未来交通，发现交通症结、寻找交通规律，为方案的评价优化提供依据。东客站及其周围情况如图所示。图2-1研究对象总体平面图图2-2研究对象的路网编辑图2-3研究对象的原方案的仿真运行2.2重点解决的问题对VISSIM的熟练掌握，将该软件用于邯郸市东客站及其周边机动车交通分析，对其交通现状进行仿真模拟，利用VISSIM软件在实际应用中的有效性、精确性，将不同交通组织方案进行对比，分析周边路段及交叉口道路行程时间、平均延误、排队长度、停车次数、通行能力等指标，探讨交通组织优化方法，可为提高道路交叉口通行能力提供借鉴，并最终改进并优化邯郸市东客站及其周边机动车交通设计方案，通过在实际路段以及交叉口交通运行状况分析中使用VISSIM这一微观交通仿真软件，模拟现状或未来交通，发现交通症结、寻找交通规律，为方案的评价优化提供依据。并应用该软件成功的对邯郸东客站及其周围路段进行仿真，对通行能力进行、延误等评价，并完善规划方案。2.3预期的成果准确的做出邯郸市东客站区域的交通仿真，表示出每个路段、交叉口的交通组织，交通控制管理、交通流线，交通决策，交通组成，单点交叉口信号控制，干线交通信号控制，让行规则等，以及路段及交叉口的排队长度，延误，行程时间等的评估，发现交通症结，并完善方案，将优化的方案与原方案进行评价参数对比，寻求最优方案。三、进度安排周次设计内容第五周搜集资料及道路技术等级、技术指标的确定第六周英文翻译第七周开题报告第八周VISSIM软件的学习第九周第十周原方案的仿真第十一周第十二周原方案的优化第十三周优化方案的仿真第十四周方案对比、得出结论第十五周第十六周编写、装订设计说明书第十七周毕业答辩四、实现本项目预期目标已具备的条件4.1交通仿真的现状4.1.1国外交通仿真技术的研究现状交通系统仿真技术是随着电子计算机和系统仿真技术的发展而发展起来的。在国外大体上经历了三个发展阶段tl3〕。第一阶段，20世纪40年代末至60年代初，为诞生期。该时期的工作大多讨论的是如何进行交通流仿真，直到大约1%O年，用仿真技术研究交通流状态的可能性和可行性才得到普遍承认，并且开始开发一些交通系统仿真软件。第二阶段，20世纪60年代初至80年代初，为发展期。该时期，发表了大量的论文和专著，主要都是关于交通流仿真方法及其模型建立的内容。与此同时，大量的交通系统仿真应用软件被开发出来，这些软件可以分为两种类型，一类以宏观交通仿真模型为基础，另一类则以微观交通仿真模型为基础。第三阶段，20世纪80年代初至现在，为成熟期。这一时期，交通系统仿真技术在美国已经得到了迅速的发展和广泛的应用。本阶段，交通系统仿真技术的发展呈现如下特征:①系统建模开始突破微观模型与宏观模型，出现了混合模型。一个典型的例子是由schwerdtfeger于1984年提出的DYNEMO仿真模型，采用交通流的一般关系式来描述车流运动，而将每辆车看作是一个基本单元。另外，、乞nAerde于20世纪80年代中期开发的INTEGRATION，混合使用了微观和宏观交通流模型，被认为是准微观模型。②仿真软件开始向大型化、综合性方向发展。例如，由Hubschnelder从1983年开始研制的MlsSION软件，既可用于高速公路，又可用于城市道路;既可用于一般的交通流仿真，又可用于公共交通系统的仿真试验。再如，由英国M琳公司开发的T班PS和美国caliper公司推出的肠anscAD软件包，都是以四阶段模型为基础，用于区域交通规划。值得一提的还有，由英国Quadstone公司从1992年开发奴它ARAMIcs，能够持100万个结点，，_400万个路段，32000个区域的路网。除此之外，这一时期还研制出用于信号交叉口的CALSIG(1988年)、CAPSSI(1986年)、POSIT(1985年)、SIDRA2.2(1986年)、sIGNA乓55(1986年)、soAP一84(1984年)，用于高速公路的CoRQ以及用于乡村道路的TWOPAS等。③研究重点从软件开发逐渐转向了系统模型的改进，包括模型的精炼，如加入优化子模型和加入有效性测定、仿真模型集成、向个人计算机移植等等。于是，己开发出的软件不断推出新的版本，比如，到1983年，sIGOP己上升为SIGOP一111;到1987年，TRANSYT已经上升为TRANSYT7F;到1985年，FREQ已上升为FREQSPE，TRARR己提出了第三版等等。④新的计算机技术开始用于交通系统仿真，主要表现为仿真界面更加友好，人机交流更加方便。另外，计算机图形技术的应用使得仿真过程更加透明和直观。其中一个典型的例子是德国卡尔斯鲁厄交通运输与规划公司(PTv—planungsburoTransPortandVerkehr，Karlsruhe)于20世纪80年代末开始研制并于90年代逐渐改进的系列软件，它由用于道路网交通分配的Vl一SUM一IV、用于交通需求预测的VlsEM、用于城市道路交通分析的VISSIM和用于公交线路优化的VISUM一OV四个独立的软件组成。这套软件采用了人机交互的图形化界面，特别是1994年7月推出的VlsSIM2.00版，在Windows3.1环境下运行，可以同时观察多个交叉口的交通状态。随着21世纪的到来，国外对智能交通系统JTS(IntelligentTransPo到通tionSysterms)的研究日益深入，世界各国竞相开展以ITS为应用背景的交通仿真软件的研究，并达到了道路交通仿真研究前所未有的高潮，出现了一大批评价和分析rrs系统效益的仿真软件。如西班牙TSS公司开发的AIMSUN2[‘4]，是一个交互式交通仿真模型，主要用于测试和评价新的交通控制系统和交通管理策略，但它同时又能够用于交通状况的预测以及车辆导航系统和其他实时交通信息的应用。4.1.2国内交通仿真技术的研究现状与国外相比，国内在道路交通系统仿真方面研究起步较晚。用系统仿真技术进行道路交通的仿真试验开始于20世纪80年代，并且主要集中在高等院校等研究机构。1984年，北京工业大学就开始了交通仿真的研究工作，在以后几年里用各种应用软件对各种交通行为进行仿真研究[l5一];同济大学在20世纪90年代，先后建立了优先控制T型交叉口车辆运行的仿真模型[22]和名为Microsim的高速公路入口匝道交通仿真软件的对象模型[23]，并研制了相应的仿真软件;东南大学于20世纪90年代中后期进行了城市交通网络研究、城市交通实时模糊控制研究1241，提出了单路口交通实时模糊控制方法，还采用动态微观仿真方法研究了路段通行能力，考虑驾驶员、车辆、道路、环境和交通规则的相互关系对通行能力的影响，从微观角度出发建立了仿真模型125][26];清华大学交通研究所于20世纪90年代末期，在Windows平台以面向对象的设计思想开发了名为肠asimul的仿真软件，用于模拟城市平面交叉口的拥挤特性，为缓解城市平交路口的交通拥挤提供了有力工具127];西南交通大学进行了初步的交通系统仿真及在交通控制中的应用研究，利用仿真技术进行了高速公路车头间隙分布规律及其应用的研究;华南理工大学利用交通仿真分析了信号交叉口的通行能力和服务水平[28][29];上海交通大学建立了宏观交通流分配仿真模型130]，实现了路网中的流量分配;北京理工大学开发了城市交通诱导仿真系统;天津大学利用仿真进行了交通流自组织管理控制研究[3’]，以交通流元细胞自动机模拟和仿真结果说明交通流中自组织现象并进行了理论分析和数学描述;中国科学技术大学进行了基于微粒跃动模型的趁势交通仿真研究[32〕;吉林大学在交通系统仿真方面也开展了一系列的研究，主要是用GPSS仿真语言对交叉口的交通状态进行仿真研究133]。此外，长安大学[7][34一l、西安交通大学、吉林工业大学[38]、交通部公路科学研究所等单位也开展了交通仿真方面的工作。目前，交通仿真软件在交通工程理论研究中的应用主要集中在交通流理论方面。随着计算机技术的迅猛发展，以计算机为辅助工具，利用其可重复性、可延续性模拟交通运行状况，进行交通运行特性和通行能力研究，已成为交通流理论研究的一个发展方向。在通行能力研究方面，国内外都己有利用仿真模型进行通行能力研究的实例。如美国HCS(HighwayC即acitySoftware)软件系统由美国交通运输研究委员会(TRB)研制开发，与美国《道路通行能力手册》HcM配套使用[39]。Hcs系统软件为美国道路运输与交通工程设计、规划与控制提供了良好的服务，发挥了巨大的效用。国内以东南大学为首的一些研究所也开展了对道路路段、交叉口等通行能力的研究。目前，我国道路交通部门正在加紧研究和开发适合中国国情的相关模拟软件，力争使我国的通行能力研究与国际接轨。4.2VISSIM的优势VisSim是离散的、随机的、以0.1s为时间步长的微观仿真模型。在VisSim中,车辆的纵向运动采用了心理、生理跟车模型,横向运动采用基于规则(rule-based)的算法,并采用动态交通分配进行路径选择。在VISSIM模型中，信号灯控制程序可以在定时控制或者感应式信号程序方式下进行模拟。在信号控制程序的模拟时，西门子、飞利浦、PTV、BASEL等公司的产品都可以与之兼容。VISSIM仿真系统中，对于交通流和信号控制之间有一个接口，