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        基于VISSIM 的道路優(yōu)化設(shè)計(jì)①

        2015-04-14 08:06:52
        關(guān)鍵詞:小客車線形差值

        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(shí)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(shí),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(huì)保持低于前車的車速行駛一段時(shí)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(gè)可以開始加速的安全距離時(shí),后車開始加速.周而復(fù)始形成了一個(gè)加速、減速的迭代過程.在多車道的路段上,VISSIM 仿真時(shí)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(huì)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(duì)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(duì)象,通過VISSIM 軟件對(duì)路線運(yùn)行速度進(jìn)行預(yù)測(cè)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(gè)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(dòng)到路段終點(diǎn),依次輸入路段編號(hào)、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(gè)路段的描繪.描繪曲線時(shí),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(dòng)路段,更好的擬合線形.

        依次描繪余下的19 個(gè)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?cè)诿總€(gè)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(gè)運(yùn)行速度采集點(diǎn),全線共設(shè)置32 個(gè).運(yùn)行仿真,得到了這32 個(gè)點(diǎn)的運(yùn)行速度值,如下所示:

        2 結(jié)果分析

        對(duì)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(gè)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(shì)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(dòng)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(zhǎng)距離的平直路段加速,使得在直線段末端速度過高;相對(duì)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(dòng),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(guó)的規(guī)定,直線最大長(zhǎng)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(zhǎng)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(shí)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(gè)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(duì)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(duì)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(shí)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.

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