基于VISSIM 的道路優(yōu)化設(shè)計(jì)①

張 帥

(天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院，天津300051)

0 引 言

VISSIM 是一種微觀的、基于時間間隔和駕駛行為的仿真建模工具，其核心模型是跟車模型和車道變換模型［1］.跟車模型是一種基于生理—心理的駕駛行為模型，該模型的基本原理是:當(dāng)后車的駕駛員覺得他與前車之間的距離太小，而且小于他認(rèn)為的最安全的距離時，他就要采取減速措施.后車駕駛員不容易判斷出前車的行駛車速，因此會保持低于前車的車速行駛一段時間后，前后車的距離達(dá)到了后車駕駛員所認(rèn)為的另一個可以開始加速的安全距離時，后車開始加速.周而復(fù)始形成了一個加速、減速的迭代過程.在多車道的路段上，VISSIM 仿真時車輛的駕駛員除了考慮本車道車輛外，還要考慮相鄰車道上的車輛變化情況，會根據(jù)車輛運(yùn)行情況進(jìn)行換道，車道變換采用的是Rule—based 算法［2］.使用VISSIM 修正可以最大程度的模擬自由流交通條件下車輛的運(yùn)行狀態(tài)，其修正的運(yùn)行速度是基于駕駛員的生理特征和行為習(xí)慣得出的，真實(shí)度相對較高.

1 基于VISSIM 的運(yùn)行速度采集

某高速K5+000 ～K19+000 段路線直曲多變，縱坡路段多，又有高填深挖段，由此我們以其為研究對象，通過VISSIM 軟件對路線運(yùn)行速度進(jìn)行預(yù)測采集，以檢查設(shè)計(jì)指標(biāo)和實(shí)際成果之間的符合性，若相差較大，須重新調(diào)整設(shè)計(jì).

(1)劃分路段

由于VISSIM 采用跟車模型和路線縱坡有很大關(guān)系，，在VISSIM 軟件的跟車模型中，認(rèn)為+1%的坡度值相當(dāng)于加速度降低0.1m/s2，－1%的坡度值相當(dāng)于加速度增加0.1m/s2，為了更好的擬合平面線形，根據(jù)路線的直曲情況和縱坡情況把整段路線劃分為20 個路段，劃分情況詳見表1.

表1 路段劃分

7 K9+600 ～K10+400 －3.60 17 K16+991 ～K17+500 2.00 8 K10+400 ～K10+915 －1.88 18 K17+500 ～K17+950 2.50 9 K10+915 ～K11+538 －1.88 19 K17+950 ～K18+700 3.60 10 K11+538 ～K12+100 －1.88 20 K18+700 ～K19+0002.00

(2)導(dǎo)入待分析路段的CAD 底圖

導(dǎo)入K5+000 ～K19+000 段平面圖文件，然后點(diǎn)擊顯示路網(wǎng)按鈕，在VISSIM 軟件中創(chuàng)建K5+000 ～K19+000 待分析路段.

圖1 小客車運(yùn)行速度變化曲線

圖2 大貨車運(yùn)行速度變化曲線

(3)擬合平面線形

首先創(chuàng)建K5+000 ～K5+345 路段單元，點(diǎn)擊創(chuàng)建路段按鈕，在底圖上從路段起點(diǎn)拖動到路段終點(diǎn)，依次輸入路段編號、名稱、車道數(shù)量以及縱坡坡度，行為類型選擇高速公路(隨意選擇車道)，點(diǎn)擊確定按鈕，完成了第1 個路段的描繪.描繪曲線時，可以通過選中路段后在需要的位置點(diǎn)右鍵插入節(jié)點(diǎn)，然后拖動路段，更好的擬合線形.

依次描繪余下的19 個路段，使用連接器連接相鄰的兩路段單元.依次連接所有的路段單元形成一條完整的路線.

(4)標(biāo)定小客車和大客車的期望運(yùn)行速度

標(biāo)定路段內(nèi)的期望運(yùn)行速度分布，小客車(100km/h ～120km/h)、大貨車(60km/h ～80km/h)，依次選擇仿真基礎(chǔ)數(shù)據(jù)一分布一期望車速，分別輸入小客車和大貨車的期望運(yùn)行車速值:

(5)標(biāo)定交通構(gòu)成和交通量

輸入交通構(gòu)成，依次點(diǎn)擊交通－交通構(gòu)成，輸入車輛類型及其所占的比例.選擇交通流量輸入模式，雙擊需要定義交通量的路段，在彈出窗口中輸入?yún)?shù).

圖3 小客車、大貨車相鄰路段運(yùn)行速度差值曲線

圖4 修正后的小客車運(yùn)行速度曲線

圖5 修正后的小客車相鄰路段運(yùn)行速度差值曲線

(6)設(shè)置路線起終點(diǎn)

選擇行駛路徑?jīng)Q策模式，分別選擇第首末路段單元，生成路線路徑.

(7)運(yùn)行速度采集

激活數(shù)據(jù)采集模式，設(shè)置數(shù)據(jù)采集點(diǎn).由于路線只有直線段和縱坡段兩種類型的特征路段單元，因此我們在每個豎曲線的起終點(diǎn)、中點(diǎn)位置以及路線的起終點(diǎn)各設(shè)置一個運(yùn)行速度采集點(diǎn)，全線共設(shè)置32 個.運(yùn)行仿真，得到了這32 個點(diǎn)的運(yùn)行速度值，如下所示:

2 結(jié)果分析

對VISSIM 得到的結(jié)果進(jìn)行整理，得到了小客車和大貨車在32 個數(shù)據(jù)采集點(diǎn)的運(yùn)行速度和相鄰路段的差值，如圖1 ～3 所示.

從圖2，3 可以看出，小客車和大客車的運(yùn)行速度變化趨勢較為一致.小客車相鄰路段單元的運(yùn)行速度差絕大部分在20km/h 變化范圍內(nèi)，在7，8 和22，23 處運(yùn)行速度波動較大，在7，8 處運(yùn)行速度差值大于20km/h;這是因?yàn)檐囕v經(jīng)過了長距離的平直路段加速，使得在直線段末端速度過高;相對小客車，大貨車的運(yùn)行速度較為穩(wěn)定，同樣在7，8 和22，23 處的運(yùn)行速度出現(xiàn)了大幅波動，但運(yùn)行速度差值仍保持在±10km/h 范圍內(nèi).

參考日本和德國的規(guī)定，直線最大長度不超過20V［3］.在劃分的路段單元中，把平直路段單元看成直線，數(shù)據(jù)采集點(diǎn)7，8 之間的平直段之間的長度為2700m.因此，需要在K8+700 ～K8+800 處設(shè)置一處減速區(qū).VISSIM 模型中，車輛在達(dá)到減速區(qū)之前就開始減速，到達(dá)減速區(qū)時的速度等于限速的值.

重新運(yùn)行VISSIM 仿真，重復(fù)以上步驟，再次得到小客車的運(yùn)行速度曲線和相鄰路段運(yùn)行速度差值如圖4 和5 所示.

從圖4 和圖5 可以看出，增加減速區(qū)修正后，消除了先前7，8 處的運(yùn)行速度突變，小客車全線的運(yùn)行速度差值均在20km/h 變化范圍內(nèi)，滿足了線形一致性和連續(xù)性的要求.

3 結(jié) 論

本文以某高速K5+000 ～K19+000 段工程實(shí)例為基礎(chǔ)，根據(jù)VISSIM 軟件中跟車模型的特點(diǎn)，將路線劃分為20 個路段進(jìn)行擬合，使用VISIIM 軟件采集了全線32 處的運(yùn)行速度，通過對相鄰路段運(yùn)行速度差值的分析，發(fā)現(xiàn)了設(shè)計(jì)中存在的安全隱患，通過設(shè)置減速區(qū)限速的方法，重新對路線的運(yùn)行速度進(jìn)行了修正采集，保證了速度協(xié)調(diào)性和線形的一致性.

［1］ 謝正全.基于VISSIM 的實(shí)時數(shù)據(jù)交通仿真技術(shù)的應(yīng)用研究［D］.西安:西南交通大學(xué)，2010.

［2］ 高晶.基于VISSIM 的駕駛模擬系統(tǒng)交通流仿真研究［D］.云南:昆明理工大學(xué)，2007.

［3］ 劉小梅.高速公路線形設(shè)計(jì)［J］.科學(xué)之友，2007，(2):33 ～34.