下载文档原格式
收稿日期:2003212216 3国家自然科学基金资助(70122201) 教育部博士点基金资助(20020247036)微观交通仿真模型系统参数校正研究———以V ISSIM 的应用为例3孙 剑 杨晓光(同济大学 上海200092)摘 要 微观交通仿真模型在交通系统管理、控制和优化中得到广泛应用,然而大多数仿真模型参数均是针对外国的交通情况确定的,并不一定适合中国国情。
文章提出了微观仿真模型参数校正流程,以上海市北京东路V ISSIM 仿真为实例,根据实际采集的数据,运用拉丁方格法进行实验设计,对V ISSIM 的仿真参数进行了校正,指出了微观仿真模型参数校正有待改进的方面。
关键词 交通仿真模型;参数校正;V ISSIMAbstract :Microscopic simulation models have been widely used in traffic system management ,con 2trol and optimization ;however ,most of the simulation parameters are determined according to the situa 2tions in foreign countries and not always suitable for those in China.Firstly ,this paper proposes a proce 2dure for microscopic simulation model calibration.Then taking a V ISSIM simulation exam ple of Peking road in Shanghai as an example ,we have designed the experiment by using Latin Square algorithm and calibrated the simulation parameters by using the field data.Finally ,it points out the aspects that need improving.K ey w ords :traffic simulation model ;parameter calibration ;V ISSIM0 引 言交通流仿真是再现交通流运行规律,对交通系统进行管理、控制和优化的重要实验手段和工具。
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4.1 VISSIM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。
基于VISSIM的微观交通仿真模型参数标定研究作者：张鹍鹏刘鼎谢秉磊来源：《价值工程》2020年第28期摘要：在仿真软件进行交通仿真之前，必需进行模型参数的标定，以提升交通模型的适用性和交通仿真的准确性。
目前国内应用的主流交通仿真软件大多依托于国外交通特性开发，不能充分适用于我国实际交通运行特征。
在已有研究的基础上，本文借助VISSIM COM接口，以排队长度、最大排队长度、旅行时间、出行延误为评价指标，借助遗传算法的智能寻优功能，利用C#语言开发了模型参数标定工具，实现了29种模型参数的自由组合以及自动化和便捷化标定，并且用深圳市实际案例验证了模型算法的有效性。
本研究提供了一套通用性强、操作便捷的模型标定方法，可为实际模型标定工作提供支持。
Abstract： It is necessary to calibrate parameters to improve the applicability of traffic models and accuracy of traffic simulation before conduction of the traffic simulation. At present， most of traffic simulation software applied in China is mostly developed by the foreign traffic characteristics， but it cannot adapt to the actual traffic operation characteristics of China. On the basis of the existing researches， with the help of VISSIM COM interface， this paper takes the queuing length， maximum queuing length， travel time and travel delay as the evaluation indexes，and uses the intelligent optimization function of genetic algorithm. Then the calibration tool of modelparameters is developed by using C# language， which realizes the automatic and convenient calibration of 29 model parameters. The model algorithm is verified by the actual case in Shenzhen. This study provides a set of universal and convenient calibration method for driving behavior model，which can provide support for the actual model calibration work.關键词：交通仿真;VISSIM;参数标定;遗传算法;标定工具Key words： traffic simulation;VISSIM;parameter calibration;genetic algorithm;calibration tool中图分类号：U491;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; 文献标识码：A;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; 文章编号：1006-4311（2020）28-0189-050; 引言在实际重大工程建设、片区交通改善、重点活动交通组织等项目中，常利用Vissim、Tansmodeler、PARAMICS等微观交通仿真软件进行方案评估，旨在对方案实施前后的效果、交通影响进行量化分析，辅助比选设计方案，以提升决策的科学性。
城市交通ＵｒｂａｎＴｒａｎｓｐｏｒｔｏｆＣｈｉｎａ２００６年１１月第４卷第６期Ｎｏｖ．２００６Ｖｏｌ．４Ｎｏ．６摘要：交通仿真技术对于道路交通研究工作提供了十分重要的工具。
尽管各仿真软件有自身的特色，但就其核心思想而言并未发生深刻变化。
仅以在国内外应用较为广泛的Ｖｉｓｓｉｍ仿真软件为例，简要介绍了仿真系统的基本结构，并对路段仿真所涉及的相关参数进行了剖析。
重点选取显著影响仿真结果的跟车模型所关联的参数进行多情景实验分析，对比仿真结果与规范值，得出在通常情况下较为合理的参数取值范围。
最后，结合实际应用，拟定一个双车道路段仿真实验方案，比较不同仿真参数取值时仿真路段交通特性的变化，进一步验证了实验参数调整的重要性。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｒａｆｆｉｃｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅｐｒｏｖｉｄｅｓａｃｒｉｔｉｃａｌｔｏｏｌｆｏｒｔｒａｆｆｉｃｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｓｔｕｄｉｅｓ．Ａｌｔｈｏｕｇｈｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅｆｅａｔｕｒｅｓｖａｒｙａｃｒｏｓｓｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｐａｃｋａｇｅｓ，ｔｈｅｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｔｈｏｓｅｐａｃｋａｇｅｓｒｅｍａｉｎｓｔｈｅｓａｍｅ．ＴａｋｉｎｇＶｉｓｓｉｍ，ａｗｅｌｌ－ｋｎｏｗｎｔｒａｆｆｉｃｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｏｆｔｗａｒｅｔｏｏｌ，ａｓａｎｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｂｒｉｅｆｌｙｉｎ－ｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｂａｓｉｃｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｒｅｌａｔｅｄｔｏｌｉｎｋｔｒａｆｆｉｃｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ａｎｅｍｐｈａｓｉｓｗａｓｐｌａｃｅｄｏｎａｎａｌｙｚｉｎｇｖｅｈｉｃｌｅ－ｆｏｌｌｏｗｉｎｇｍｏｄｅｌｒｅｌａｔｅｄｐａｒａｍｅｔｅｒｓｔｈａｔｓｉｇｎｉｆｉ－ｃａｎｔｌｙｉｎｆｌｕｅｎｃｅｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｃｅｎａｒｉｏｓ．Ａｃｏｍ－ｐａｒｉｓｏｎｏｆｓｔａｎｄａｒｄｐａｒａｍｅｔｅｒｖａｌｕｅｓｗｉｔｈｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｌｅａｄｓｔｏａｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｒｅａｓｏｎａｂｌｅｒａｎｇｅｏｆｐａｒａｍｅｔｅｒｖａｌｕｅｓｕｎｄｅｒｎｏｒｍａｌｃｏｎ－ｄｉｔｉｏｎｓ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｂａｓｅｄｏｎａｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｃｅｎａｒｉｏｆｏｒａｔｗｏ－ｌａｎｅｓｔｒｅｅｔｓｅｇｍｅｎｔ，ｔｈｅｉｍｐｏｒｔａｎｃｅｏｆａｄｊｕｓｔｉｎｇｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｗａｓｖａｌｉｄａｔｅｄｔｈｒｏｕｇｈｖａｒｉａｔｉｏｎｓｏｆｔｒａｆｆｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｒｅｓｕｌｔｅｄｆｒｏｍｄｉｆ－ｆｅｒｅｎｔｐａｒａｍｅｔｅｒｖａｌｕｅｓｕｓｅｄｉｎｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．关键词：Ｖｉｓｓｉｍ；路段仿真；跟车模型；参数标定Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｖｉｓｓｉｍ；ｌｉｎｋｔｒａｆｆｉｃｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｃａｒ－ｆｏｌｌｏｗｉｎｇｍｏｄｅｌ；ｐａｒａｍｅｔｅｒｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ中图分类号：Ｕ４９１．１＋２３文献标识码：Ａ目前国内使用的微观仿真软件有相当一部分是从国外引进的，其系统开发背景较大程度上基于国外的交通特性，因此在实际引进应用时，需要对系统参数根据国内的相关情况加以修正。
然而，在应用中很多使用者往往忽略参数标定这一环节的工作，一般采用系统默认推荐值直接进行建模分析，使得仿真结果缺乏合理性。
本文以德国ＰＴＶ公司开发的Ｖｉｓｓｉｍ微观仿真软件为例，对其路段仿真涉及的关键参数进行研究。
１Ｖｉｓｓｉｍ仿真系统路段仿真参数标定涉及的问题Ｖｉｓｓｉｍ仿真系统对路段交通流模拟时，主要考虑车辆、道路、驾驶行为、环境、交通管制措施等影响因素［１］，使用者可根据需要自行变动模型参数。
在实际应用中发现许多使用者通常采用系统默认的参数值，并未根据实际需要作出修订。
对于车辆尺寸、道路宽度等物化设备及设施的基本参数，国内外差异不甚明显，并且此类参数的调整使用者也容易判别；但对于涉及驾驶人行为的部分参数，因国内外驾驶习惯及行驶规则差异等影响，参数的不同对仿真结果的影响相当显著。
实验中发现，采用影响驾驶行为的不同参数的仿真结果与系统默认值对比，单车道车辆单位时间内车辆通过数、车道占有率、车流密度等相差可达３５％～４５％。
与驾驶人行为相关的参数内嵌在Ｖｉｓｓｉｍ仿真系收稿日期：２００５－１０－１３作者简介：杨洪，男，同济大学交通运输学院硕士研究生，主要研究方向：交通运输规划与管理。
Ｅ－ｍａｉｌ：ｙａｎｇｈｏｎｇ１０８＠ｓｉｎａ．ｃｏｍVissim 仿真软件模型参数标定与应用杨洪１韩胜风２陈小鸿１（１．同济大学交通运输学院，上海２０００９２；２．上海市道路交通研究中心，上海２０００９２）ＹＡＮＧＨｏｎｇ１，ＨＡＮＳｈｅｎｇｆｅｎｇ２，ＣＨＥＮＸｉａｏｈｏｎｇ１（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＴｏｎｇｊｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００９２，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｈａｎｇｈａｉＲｏａｄＴｒａｆｆｉｃＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００９２，Ｃｈｉｎａ）ＰａｒａｍｅｔｅｒＣａｌｉｂｒａｔｉｏｎａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅＶｉｓｓｉｍＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＭｏｄｅｌ城市交通ＵｒｂａｎＴｒａｎｓｐｏｒｔｏｆＣｈｉｎａ２００６年１１月第４卷第６期Ｎｏｖ．２００６Ｖｏｌ．４Ｎｏ．６文章编号：１６７２５３２８（２００６）０６００２２０４２２Ｖｉｓｓｉｍ仿真软件模型参数标定与应用ＰａｒａｍｅｔｅｒＣａｌｉｂｒａｔｉｏｎａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅＶｉｓｓｉｍＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＭｏｄｅｌ杨洪等交通模型与软件ＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＭｏｄｅｌｉｎｇａｎｄＳｏｆｔｗａｒｅ图２各参数影响下流量图Ｆｉｇ．２Ｆｌｏｗｍａｐｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐａｒａｍｅｔｅｒｓ３５００２２．２５２．５２．７５３３．２５３．５３．７５４４．２５４．５３０００２５００２０００１５００１０００５０００３０ｋｍ／ｈ４０ｋｍ／ｈ５０ｋｍ／ｈ６０ｋｍ／ｈ单车道流量／（ｐｃｕ／ｈ）ｂｘ－ｍｕｌｔ统的ＤｒｉｖｉｎｇＢｅｈａｖｉｏｒ模块中。
对于城市道路路段研究而言主要涉及的４类影响因素为：①车道变换、等待时间参数；②必要的车道或路径变换加减速度最大值及可接受值参数；③横向特性参数；④跟车行为参数。
根据实际应用经验，前３个参数软件推荐的平均值基本能满足使用要求。
除了这三个可调整影响因素以外，Ｖｉｓｓｉｍ系统中对于仿真结果起到关键影响因素之一的在于车辆跟车行为的设定。
因此，本文选取第四个，即对于跟车行为所涉及的参数进行相应分析，找出与国内道路交通特性比较吻合的特征值，为仿真应用提供一定参考。
２问题分析与研究２．１路段仿真核心模型及关键参数交通仿真模型的选取对于仿真结果至关重要。
Ｖｉｓｓｉｍ仿真系统采用的是Ｗｉｅｄｅｍａｎｎ（１９７４年）研发的基于驾驶人心理—生理（ｐｓｙｃｈｏ－ｐｈｙｓｉｃａｌ）的跟车模型。
这一模型的基本理念为：以较快车速行驶的车辆其驾驶人感知到前方较慢的车辆时开始减速，并达到期望速度限值跟近行驶，由于后车驾驶人不能精确判断前车车速，因此其车速会低于前车速度，从而引发他一定程度上采取加速措施直至再次达到期望值。
这一结果直接导致加速与减速反复作用的过程［２］（ｉｔｅｒａｔｉｖｅｐｒｏｃｅｓｓ）。
车辆的运动过程基本状态如图１所示。
仿真系统中采用的Ｗｉｅｄｅｍａｎｎ模型在原有基础上不断改进，反映车辆之间关键参数的模型如下：ｄ＝ａｘ＋ｂｘ，ｂｘ＝（ｂｘ＿ａｄｄ＋ｂｘ＿ｍｕｌｔ×ｚ）・ｖ!，"式中：ｄ为车辆跟驰间距／ｍ；ａｘ为车辆静止时的平均期望间距／ｍ，具有±１ｍ的变化；ｂｘ为车辆期望安全间距／ｍ；ｂｘ＿ａｄｄ为车辆期望安全距离的加和项（Ａｄｄｉ－ｔｉｖｅｐａｒｔｏｆｄｅｓｉｒｅｄｓａｆｅｔｙｄｉｓｔａｎｃｅ）；ｂｘ＿ｍｕｌｔ为车辆期望安全距离的乘数项（Ｍｕｌｔｉｐｌｉｃｐａｒｔｏｆｄｅｓｉｒｅｄｓａｆｅｔｙｄｉｓｔａｎｃｅ）；ｚ为在［０，１］的系数，正常分布值为０．５，具有０．１５的标准差；ｖ为车辆速度／（ｍ／ｓ）。
实际应用中发现以上参数的调整对于仿真结果影响十分明显，在模型中因变量ｂｘ的取值可变范围较大，与之对应的ｂｘ＿ａｄｄ和ｂｘ＿ｍｕｌｔ因而作为重点分析对象。
２．２参数测试及结果分析利用宽度为３．５０ｍ的单车道在给定ａｘ＝２ｍ以及其他驾驶行为参数标准化的前提下，测试车速、ｂｘ＿ａｄｄ和ｂｘ＿ｍｕｌｔ分别取不同值的情况下，对单车道通过能力进行测试。
对应参数之间的一般关系，此处选取相应的ｂｘ＿ａｄｄ和ｂｘ＿ｍｕｌｔ（等于ｂｘ＿ａｄｄ＋１）参数值，为特定模拟内容做好准备。
由图２可以看出：①当ｂｘ＿ｍｕｌｔ＜２．７５时，其变化对单位时间内车道通过流量影响不太明显；②当ｂｘ＿ｍｕｌｔ＞３．７５时，其变化对单位时间内车道通过流量影响也不甚明显；③ｂｘ＿ｍｕｌｔ处于２．７５～３．７５时，不同参数取值确定的单车道最大通过流量差异较大。
相比而言，当参数取值较小时，每车道每小时能够通过的最大车辆数随着速度的增加而不断增大。
按照《城市道路设计规范》推荐值，不同设计速度单车道可能通行能力值见表１。
调整ｂｘ＿ｍｕｌ取值，对其在２．７５～３．７５取不同特征值，仿真得到的单位时间车道最大通过流量与规范推荐值见图３所示。
由图３可以看出仿真系统默认的参数值ｂｘ＿ａｄｄ＝２和ｂｘ＿ｍｕｌｔ＝３对应的流量值明显高于规范推荐的通行能力。
当ｂｘ＿ｍｕｌｔ取值处于３．５￣３．７５时各速度对应最大通过流量能够较好地和规范推荐的通行能力值拟合，考自由行驶减速靠近加速接近跟近行驶图１车辆跟驰基本过程Ｆｉｇ．１Ｂａｓｉｃｐｒｏｃｅｓｓｏｆｃａｒｆｏｌｌｏｗｉｎｇ表１单车道可能通行能力Ｔａｂ．１Ｐｏｓｓｉｂｌｅｃａｐａｃｉｔｙｏｆｓｉｎｇｌｅｌａｎｅ计算行车速度／（ｋｍ／ｈ）可能通行能力／（ｐｃｕ／ｈ）６０１７３０５０１６９０４０１６４０３０１５５０２３城市交通ＵｒｂａｎＴｒａｎｓｐｏｒｔｏｆＣｈｉｎａ２００６年１１月第４卷第６期Ｎｏｖ．２００６Ｖｏｌ．４Ｎｏ．６虑到车道通行能力是在最大通过流量的基础上进行一定修正而得，因此建议在进行仿真试验时，实验参数值ｂｘ＿ｍｕｌｔ取３．５￣３．７５，ｂｘ＿ａｄｄ取２．５￣２．７５比较合理。
３应用实例３．１实验方法设计为了进一步反映前述参数对于实验结果的影响，此处以一路段仿真情况为例，对比分析采用建议参数与系统推荐参数对应的双车道混合车流路段交通特性。
