基于VISSIM仿真系统的城市路网评价_以昆明城市路网整治为例

收稿日期:2006-01-09.

第一作者简介:秦雅琴(1972～),女,在读博士研究生,讲师.主要研究方向:道路交通仿真及虚拟现实技术.

E -ma il:laosiqin001@yahoo .com.cn

基于V I SS I M 仿真系统的城市路网评价

———以昆明城市路网整治为例

秦雅琴,熊坚

(昆明理工大学交通工程学院,云南昆明650224)

摘要:城市道路交通系统是一个复杂系统,城市道路交通管理措施实施之前必然要求对方案进行客观的效果评价.论文阐述了微观交通仿真软件V I SSI M 的模型及理论基础.将V I SSI M 仿真系统用于昆明城市路网交通整治项目的方案评价中,通过对昆明城市的交通整治方案及某单行方案的仿真评价,提出了在复杂交通条件下评价交通管理方案的新思路、新方法.实践表明,应用V I SSI M 对城市道路路网进行交通仿真应用,可为交通管理部门提供一定的决策依据.

关键词:交通评价;仿真;V I SSI M

中图分类号:U121文献标识码:A 文章编号:1007-855X (2006)06-0087-03

Traff i c Eva lua ti on of Urban Road Net

———Ba sed on the Software V I SS I M 3170

Q I N Ya 2q i n,XI O N G J i an

(Faculty of Trans portati on Engineering,Kun m ing University of Science and Technol ogy,Kun m ing 650224,China )

Abstract:U rban r oad traffic syste m is comp lex .Bef ore the i m p le mentati on of traffic manage ment measures of ur 2ban r oads,i m pers onal evaluati on must be done f or the effect of the sche me .The models and theories of m icr ocos 2m ic traffic si m ulati on s oft w are V I SSI M have been described .I n the scientific research of Kun m ing city traffic ren 2ovati on,s ome sche mes have been evaluated using the s oft w are V I SSI M .By the si m ulati on app licati on of renova 2ti on and one -way traffic sche mes,a ne w idea has been put f or ward t o evaluate traffic manage ment sche mes un 2der the comp lex traffic conditi ons,and it is p r oved that the app licati on of V I SSI M t o si m ulate the urban traffic r oads can offer s ome decisi on -making basis f or the traffic manage ment depart m ents .

Key words:traffic evaluati on;si m ulati on;V I SSI M

0引言

在城市交通规划、组织管理和科学研究的理论验证、方案评估、重大决策过程中,计算机仿真技术发挥了重要作用,交通运输系统仿真的研究正逐步深入.国内外在交通仿真方面已经进行了大量的工作,开发了很多优秀的仿真软件,如:英国MVA 公司开发的TR I O S 、美国Cali per 公司的Trans CAD (交通规划软件)以及本文重点应用的V I SSI M 等.一般地,道路交通仿真分为宏观仿真和微观仿真两大类.所谓宏观仿真是用描述交通运行宏观规律的参数来设计模型进行仿真,而微观模型则是用描述交通运行微观规律的参数来设计模型进行仿真.道路交通仿真的不断发展,使得道路交通仿真模拟在区域交通规划、区域交通控制管理和区域交通影响分析工作中起着举足轻重的作用.

1V I SSI M 概述

德国卡尔斯鲁厄交通运输与规划公司(PT V ———Planungsbur o Trans port and Verkehr,Karlsruhe )于20

世纪80年代末开始研制并于90年代逐渐改进了一系列的应用于城市交通规划的系列软件[1],它由用于

道路网交通分配的V I S UM -Ⅳ、用于交通需求预测的V I SE M ,以及用于城市道路交通分析的V I SSI M 和公交线路优化的V I S UM -OV 4个的软件组成.论文中所涉及的V I SSI M 3170是其中的一个离散的、随机的,以(1/10)s 为时间步长的城市道路微观仿真的软件.它基于城市交通与公共交通仿真模型,其中车辆的纵向运动采用心理-生理跟驰模型;车道变换采用基于规则的算法,而驾驶员行为则分为保守型和冒险型行为模拟.它提供了图形化交互界面,并可采用2D 和3D 视景向用户显示车辆运动,运用动态交通分配进行路径选择.它能分析在一些如车道设置、交通组成、交通信号、公交车站等条件下的交通行为.最终,可将仿真结果用于评估和优化交通区域内的交通行为;评价并入城市道路网络的轻轨系统的可行性和影响;

公共汽车及轻轨的车站规划的容量及运营分析;公共汽车的一些优先措施和公交专用道的分析等等[3];

因此,V I SSI M 在交通工程及交通规划方面是一个较为有效的工具.

应用V I SSI M ,我们可以在城市的交通进行规划或调整时,进行仿真,看其结果是否合理,也可以对城市交通的某区域内对比规划或调整方案的优劣.

2V I SSI M 在城市路网评价中的应用

211城市交通路网整治方案仿真评价

在昆明市城市交通综合整治过程中,提出了一系列改善交通状况的路网整治的管理方案,作者采用V I SSI M 对方案进行了仿真评价,并由此得出了供选方案是否可行的结论.下面即以其中的一个方案为例

进行介绍[2].

昆明市城市布局为单中心同心圆模式,以昆百大、正义路为中心,一环路、二环路形成同心圆.城区主要道路由“三横、四纵、两环”主干道和支路组成.南北向交通由北京路、五一路、春城路、西昌路承担,而东西向交通主要由东风路、人民路、金碧路承担.仿真评价选取了此次交通整治所需进行调整的区域,包括金碧路、东风路、人民中路、正义路、北京路、五一路、西昌路、春城路、国防路、建设路等路段所组成的路网区域.该区域为昆明的核心区,也是昆明市最拥堵的区域,对主城区的整治的最主要目的就是缓解核心区的拥堵问题,因此,我们以它作为评价区域.如图1为该区域采用V I SSI M 标定后的路网系统

.

该评价的区域内共计25个交叉口,在此次交通整治项

目中进行现状交通调查时,对主要交叉口的12h 流量及高峰

小时流量进行了测定,并对其高峰小时的延误和排队长度进

行了测定及计算,因此,评价中选取了高峰小时,即早上8:00

～9:00的所有数据进行车流量的输入,同时各交叉口红绿灯

配时按实际情况进行设定.

运行现状标定路网仿真,得到仿真评价结果,与实际的

延误与路段车速比较可知误差在允许范围之内.所以可认定

所构造的路网符合实际情况,可以利用它来对整治中拟采取

的方案进行仿真评价.

现状路网标定后,针对整治方案可以进行仿真评价.该

路网整治方案决定对路口进行车流的改造,如在北京路不允

许出租车空载行驶,通过Trans CAD 的分析结果可知,本措施可减少车流量的15%.另外,在交三桥、塘子巷、潘家湾、弥勒寺4个交叉口实行禁直,在小花园、南太桥、得胜桥、五华大厦实行禁左处理,来控制进入交通核心区的穿行交通.这样,可以对已标定的路网进行改造.如在车流分配时,若禁直则可将直行改为左转或右转,如有安全岛则将直行改为左转,否则改为右转;若禁左则根据需要改为直行,或将车道宽度分配给右转.路网整治方案中的交通流量及其分配同样采用Transcad 进行流量分配,并按该交通整治后分配流量比例输入V I SSI M 的仿真路网中.

在路网改造和流量分配后,设定需要进行评价的参数,运行仿真程序,得到整治方案的仿真评价结果.

88昆明理工大学学报(理工版)　　　　　　　　　　　　　　第31卷

由于我们主要对该路网5条路段的平均行程车速和5个主要路口的平均延误进行评价,所以仿真结果只需设定路段的旅行时间和延误时间,并由此可得出路网的平均行程车速和平均延误.在V I SSI M 中可输出的设定路段的旅行时间和5个路口的延误.

通过仿真结果经过计算可知交通核心区内平均行程车速为20139km /h,比现状实测车速16152k m /h 提高了2314%;交叉口平均延误降为2118s,比现状实测延误2416s 降低1114%.由此可知,在不改变路口信号控制的条件下,整治改造后交通状况要优于改造前,因此,通过仿真评价,可认为此方案应该是可行的.

2.2城市道路单向交通组织方案仿真评价

单向交通是在城市道路交通系统中,解决城市交通拥挤,充分利用现有城市道路网容量的一种既经济又有效的交通管制措施.当城市道路上的交通量超出其自身的通行能力时,将造成城市交通拥塞、延误及交通事故增多等问题.此时,在道路交通系统中,若对某条道路或几条道路,甚至某些路面较宽的巷、弄,考虑组织单向交通,则将会使得上述交通问题明显得到缓解和改善.但是,我们也应该清楚,单向交通的实施也会带来一系列的问题,如增加了车辆的绕行距离和经过交叉口次数,从而也增加了道路网上的流量;给公共交通带来不便等等交通问题.所以,对于单行交通的设置不仅要考虑设置的路线形式,更要考虑单行管理后的效果是否大大优于单行前.采用V I SSI M 对单行路段进行交通仿真可以得到单行后的效果评价,如果扩大到单行路段的附近区域进行仿真,则更可以通过仿真评价结果了解单行管理对于周边交通的影响程度.以下为昆明城市某单行管理方案的仿真评价

.

昆明市建设路(师大附中)区域各条街道

均实行车辆双向行驶,由于该片区地处昆明

市中心繁华商业地段,行人和车辆均比较集

中.百汇商场附近行人过街对车辆行驶影响

问题尤为突出.而文林街与建设路交叉口至

一二一大街与建设路交叉口路段由于道路狭

窄,在高峰时间行人车流量比较大,加之附近

有师大附中和公交车站,堵车现象比较严重.

通过先期的交通调查,高峰小时时间内,建设

路(师大附中)上的平均车速为7168k m /h,在

建设路口南北向的平均延误为3112s .为解决

该路段的交通拥堵,拟采用以下单行方案.如

图2所示.将建设路(建设路口-百汇商场

段)和与之对应的凤翥街配对实施单行管理.

由于建设路上有师大附中一所学校,允许公

交车在建设路上双向行驶.即建设路上由南

向北允许各类车通行,由北向南只允许公交车通行,凤翥街只允许由北向南各类车通行.

在单行前对仿真路网进行标定,然后将同样的交通流量和交叉口设置输入单行后的路网.此时,由于凤翥街的引入,可以将单行前在建设路上由北向南的交通量除去公交车可全部输入凤翥街.运行仿真,得到该区域实施单行后的交通结果,建设路(师大附中)上的平均车速为1516km /h ,建设路口南北向的平均延误为2414s .可见从仿真结果可知,实施单行管理后,该区域的交通拥堵状况将大大缓解,同时不会对周边的交通造成大的影响.

(下转第117页)

98第6期　　　　　　秦雅琴,熊坚:基于V I SSI M 仿真系统的城市路网评价———以昆明城市路网整治为例

d P d t =r 2x (1-x k )(1-2x k

)这时若:k 2Φx Φk

则

d P /d t <0,表明系统在非平衡线性区稳定,或系统局部稳定.

当系统处于非平衡非线性区时,有超熵产生:

δP x =br k 2x -(13)k

2x -(1-13

)k 2(d x )2这时若(1-13)k 2则δP x >0,系统在非平衡非线性区稳定,或系统整体稳定.如果

k 2Φx <(1+13)k 2(4)

则系统局部和整体都稳定.因此,可以将(3)式中x 的取值范围,作为一个国家或地区制定人口的持续发展目标的参考依据.人口数量若超出这个范围,则人口系统将失稳,呈发散状态.

从经济发展、耕地等诸方面看,中国的最大人口容量约为16亿人,因此,在(3)式中,若取k =16,那么,就可以得出在可持续发展目标下人口数量为8～1216亿人.从目前来看,中国面临的人口压力相当大,因此,应该继续实行计划生育、提高人口素质的,以实现人口、经济、社会、资源、环境相互协调的持续发展.

参考文献:

[1]王放,李后强.非线性人口学导论[M ].成都:四川大学出版社,1995.

[2]李京文.走向21世纪的中国经济[M ].北京:经济管理出版社,1995.

(上接第页)

3结语

从上面的两个路网仿真评价来看,可以说明该整治方案基本可行,然而我们不能通过仿真这一单一评价方式就此下结论,认定该方案必定优良.应该了解的是,交通系统仿真只是为数众多的交通分析技术中的一个,既不是唯一的也不一定是最好的一个.只有利用多种交通分析方法进行综合分析,才能有助于决策者作出准确的方案选择.但是,采用V I SSI M 仿真系统对将要实施的方案进行可行性研究,对于规划和交通管理部门无疑是一种技术上的进步.由于道路交通的系统性,对于道路交通规划或管理方案的实施效果难以准确预测,通常在实施后才会发现该方案又带来一系列其它的弊端.因此,在复杂交通条件下,采用仿真系统对这类规划和整治方案进行实施前的系统评价是一种新的思路和方法,具有一定的客观性和可操作性,可以为交通管理部门提供一定的决策依据.

参考文献:

[1]刘运通,石建军,熊辉.交通系统仿真技术[M ].北京:人民交通出版社,2002.6-7.

[2]熊坚,孙静怡,林卫,等.昆明城市交通综合整治项目研究报告[M ].昆明理工大学交通学院,2004.

[3]德国PT V 公司.V I SSI M 3170USER MANUAL [R ].德国PT V 公司,2002.7

11第6期　　　　　　　　　　　　　　　干晓蓉,杨林泉:人口系统的稳定性研究