淺析交通管理精細(xì)化中的“仿真參數(shù)顯著性分析法”

文圖｜張春寧

隨著不同城市“十四五”發(fā)展規(guī)劃政策的出臺，全國各地要求打造數(shù)字交通新基建的同時，還要推進(jìn)數(shù)字化、精細(xì)化的交通管理。利用現(xiàn)有設(shè)施采集的多源數(shù)據(jù)，結(jié)合仿真平臺構(gòu)建數(shù)字化交通場景，實現(xiàn)交通問題在線剖析、優(yōu)化方案可視化論證，可提高交通管理效率。而目前眾多仿真軟件默認(rèn)參數(shù)不符合實際駕駛?cè)颂匦?，行為特征（跟馳行為、換道行為）也會產(chǎn)生差異，導(dǎo)致仿真后的結(jié)果與實際不符合，直接影響評估精度。因此，有必要對仿真參數(shù)進(jìn)行深入研究，只有經(jīng)過精細(xì)化建模，才能獲取更真實的仿真結(jié)果，不斷為支撐交通管理工作服務(wù)。本文重點研究國內(nèi)常用的VISSIM仿真軟件在交通管理中應(yīng)用，以江西省贛州市蓉江新區(qū)新時代大道—佳辰路為例，通過明確各參數(shù)代表的含義及進(jìn)行參數(shù)顯著性分析，進(jìn)一步體現(xiàn)仿真結(jié)果與現(xiàn)實數(shù)據(jù)之間的內(nèi)在關(guān)系。

一、交通仿真模型構(gòu)建理論體系

（一）仿真模型構(gòu)建流程

整個仿真模型構(gòu)建主要分為五個步驟：道路設(shè)計參數(shù)確定、道路模型構(gòu)建、仿真參數(shù)分析、仿真參數(shù)標(biāo)定、仿真效果評估。

（二）道路模型構(gòu)建

在進(jìn)行自動駕駛仿真模型構(gòu)建與標(biāo)定之前，需確定相關(guān)道路設(shè)計參數(shù)，數(shù)據(jù)主要包括：車道長度及寬度、車道功能、車道數(shù)、坡度等。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行道路模型的構(gòu)建，并進(jìn)行道路周邊環(huán)境模型實景化搭建，最終建立一套精細(xì)、直觀、準(zhǔn)確的道路模型。

（三）道路仿真模型參數(shù)分析

VISSIM 仿真模型中所涉及的交通參與者包括機(jī)動車（含公交車）、非機(jī)動車、行人以及具有我國特色的電動車、摩托車以及三輪車等用戶自定義的交通參與者。因此，為了在模型中準(zhǔn)確展現(xiàn)各類交通參與者的特征，有必要對各類交通參與者分別采集其特征數(shù)據(jù)。從建模對象的特征來看，無論是機(jī)動車、非機(jī)動車還是行人，VISSIM建模所必須采集的交通參與者特征數(shù)據(jù)參數(shù)都可以分為車輛特性數(shù)據(jù)和駕駛?cè)颂匦詳?shù)據(jù)兩類。

本研究分析主要對駕駛影響顯著的模型參數(shù)進(jìn)行控制標(biāo)定，實現(xiàn)不同參數(shù)控制下的交通流運(yùn)行效果呈現(xiàn)，以及通過模型參數(shù)調(diào)整來達(dá)到不同的管控效果。

二、交通仿真關(guān)鍵參數(shù)顯著性分析

（一）參數(shù)測試方案

如表1所示，選取仿真中關(guān)鍵控制參數(shù)進(jìn)行顯著性測試，分析出關(guān)鍵參數(shù)對仿真模型結(jié)果影響的幅度大小。測試方法采用控制單一變量法，集中研究單一參數(shù)變化所產(chǎn)生的影響。選取單一參數(shù)變化測試時，其他參數(shù)均為默認(rèn)值。仿真測試模型采用路段+交叉口的方式，針對仿真模型輸入交通量、交織比例、車型比例、平均車速等統(tǒng)一的背景數(shù)據(jù)，采集車流量和平均速度作為評價指標(biāo)，分析跟車模型和換道模型中不同參數(shù)對其道路運(yùn)行狀態(tài)產(chǎn)生的影響。其中仿真測試運(yùn)行次數(shù)為10次，初始隨機(jī)因子為38，隨機(jī)增量1.2。

表1 數(shù)據(jù)分析測試

（二）仿真參數(shù)測試顯著性分析結(jié)果

經(jīng)軟件測試，在期望車速設(shè)置為80km/h（范圍為78～88km/h）、期望車頭時距為1和車隊車輛數(shù)為10時，道路運(yùn)行狀況趨于穩(wěn)定，隨著參數(shù)的變化，道路流量、車輛平均速度基本保持不變。如表2所示，跟車狀態(tài)閾值、車速震蕩參數(shù)對車輛運(yùn)行效率影響較小，而期望車速對仿真模型流量結(jié)果影響最大，差值比例達(dá)到16.71%；最小車間距、期望車頭時距、車隊車輛數(shù)對仿真模型結(jié)果影響較大，達(dá)到2%～5%；跟車狀態(tài)閾值、車速震蕩、安全距離折減系數(shù)對仿真模型流量結(jié)果影響一般，差值比例不足1%。因此，仿真結(jié)果關(guān)鍵影響因素最為顯著的是期望行駛車速，其次是最小車間距和期望車頭時距。這意味著在仿真模型參數(shù)標(biāo)定過程中，要根據(jù)現(xiàn)實交通流特征獲取期望車速、期望車頭時距、車隊車輛數(shù)（流量），從而標(biāo)定到模型中，才能獲得真實的仿真數(shù)據(jù)，支撐交通管理工作。

表2 顯著性測試結(jié)果對比表

三、轄區(qū)主要交叉口仿真評估

（一）平面交叉路口實例分析

本次實例驗證采用贛州蓉江新區(qū)新時代大道與佳辰路交叉口及500米范圍內(nèi)的路段進(jìn)行測試分析。

根據(jù)布設(shè)的相關(guān)感知設(shè)施，獲取了交叉口高峰小時的真實流量數(shù)據(jù)如圖1所示，特征交通數(shù)據(jù)及評估數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 交通特征參數(shù)值及真實評估指標(biāo)

圖1 真實流量數(shù)據(jù)

（二）仿真模型構(gòu)建及參數(shù)標(biāo)定

1.構(gòu)建仿真模型及方案參數(shù)

如圖2為基于路口航拍圖及CAD構(gòu)建VISSIM仿真道路模型，設(shè)定不同方案參數(shù)如表4所示。

表4 不同方案參數(shù)標(biāo)定值

圖2 新時代大道與佳辰路交叉口仿真模型

2.仿真運(yùn)行效果評估

如表5所示，由方案運(yùn)行效果評估可知，方案3仿真結(jié)果與案例真實數(shù)據(jù)相吻合，誤差率僅1.5%，這表明了仿真參數(shù)標(biāo)定時，若與實際情況相一致，得到的仿真結(jié)果具有一定的可信性和有效性。

表5 不同方案運(yùn)行效果

因此，在交通仿真技術(shù)的實際應(yīng)用過程中，只有精細(xì)化的建模以及合理地運(yùn)用數(shù)據(jù)，才能真正體現(xiàn)仿真的價值，為后期城市交通管理奠定堅實的基礎(chǔ)。