VISSIM仿真技術(shù)在交通領(lǐng)域中的應(yīng)用

鄭曉鴻

【摘 要】隨著計(jì)算機(jī)和仿真技術(shù)的不斷發(fā)展，論文以VISSIM技術(shù)特點(diǎn)為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)VISSIM技術(shù)在不同領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行深入分析，闡明了VISSIM系統(tǒng)的優(yōu)越性，提出了基于VISSIM仿真建模在工程領(lǐng)域和實(shí)踐教育教學(xué)領(lǐng)域方面應(yīng)用推廣的重要性，在交通領(lǐng)域方面具有一定的理論和實(shí)踐應(yīng)用指導(dǎo)的參考價(jià)值。

【Abstract】With the continuous development of computer and simulation technology， based on the characteristics of VISSIM technology， paper in-depth analyzes the application of VISSIM technology in different fields， and expounds the advantages of the VISSIM system， this paper points out the importance of VISSIM modeling and simulation application in the field of engineering and practice teaching field， it has reference value for theoretical and practical application in the field of transportation.

【關(guān)鍵詞】VISSIM；仿真軟件；交通；交通模擬

【Keywords】VISSIM； simulation software； traffic； traffic simulation

【中圖分類號(hào)】U491 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2017）07-0147-02

1 引言

隨著計(jì)算機(jī)信息、網(wǎng)絡(luò)和仿真技術(shù)的飛速發(fā)展，國(guó)內(nèi)外各行各業(yè)越來(lái)越多地通過(guò)計(jì)算機(jī)硬件和軟件為載體的仿真工具，利用系統(tǒng)建立模型的方式對(duì)實(shí)際的或是構(gòu)思設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題，以提高工作效率和減少成本的投入，在這樣的背景下誕生了一個(gè)個(gè)應(yīng)用于不同專業(yè)領(lǐng)域的仿真技術(shù)產(chǎn)物。 本文基于VISSIM仿真軟件在工程領(lǐng)域和實(shí)踐教學(xué)領(lǐng)域方面的應(yīng)用，強(qiáng)調(diào)利用VISSIM仿真技術(shù)，以促進(jìn)現(xiàn)代化交通管理與控制技術(shù)水平的提升。

2 VISSIM仿真軟件概述

2.1 VISSIM簡(jiǎn)介

交通仿真技術(shù)的發(fā)展源于20世紀(jì)60年代，發(fā)展至今，其國(guó)內(nèi)外的品牌和版本也是百花齊放。相比之下，德國(guó)霹圖衛(wèi)（PTV）公司推出的VISSIM仿真軟件的應(yīng)用最為廣泛。

VISSIM是針對(duì)微觀交通流（通常指交叉口/路段的車輛和行人等）的仿真系統(tǒng)軟件，可用于交通系統(tǒng)中各種運(yùn)行狀態(tài)的分析，包括車道類型、交通組成、交通信號(hào)控制、停讓控制、沖突區(qū)域等眾多條件下的交通運(yùn)行狀態(tài)[1]。

VISSIM能夠直觀形象地模擬出車輛（機(jī)動(dòng)車和非機(jī)動(dòng)車）、行人、道路、交叉口、信號(hào)燈等隨時(shí)間變化的二維和三維動(dòng)畫(huà)狀態(tài)，能夠真實(shí)精確地重現(xiàn)交通系統(tǒng)中的交通運(yùn)行狀況，避免了在擬定交通控制方案及對(duì)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)因無(wú)法直觀觀測(cè)車輛在道路及交叉口的運(yùn)行狀況而引起方案規(guī)劃設(shè)計(jì)的缺陷和沖突。

將VISSIM應(yīng)用于交通領(lǐng)域中，在城市道路交叉口及區(qū)域交通組織等方案必選、評(píng)定和優(yōu)化上提供了一條切實(shí)可行的新思路和新方法，具有良好的操作性。

2.2 VISSIM主要特點(diǎn)

①便捷路網(wǎng)編輯功能。VISSIM可以方便地將JPG、BMP、PNG及DWG等格式的文件作為VISSIM的底圖（背景文件），并在導(dǎo)入的底圖基礎(chǔ)上通過(guò)簡(jiǎn)便直觀的路網(wǎng)編輯指令快速創(chuàng)建編輯路網(wǎng)。②豐富的三維動(dòng)畫(huà)效果。VISSIM可以將所創(chuàng)建的交通模型進(jìn)行二維和三維兩種不同模式的編輯和顯示切換，為用戶提供直觀、逼真的交通仿真效果。例如：道路周邊的建筑物、樹(shù)木、隔離帶、安全島及信號(hào)燈等。同時(shí)VISSIM還可以借助強(qiáng)大的3DM模塊，將3DS的車輛和建筑物等文件導(dǎo)入VISSIM交通模型中，以達(dá)到三維動(dòng)態(tài)的虛擬現(xiàn)實(shí)的視覺(jué)效果。③詳盡的效果評(píng)價(jià)方法和結(jié)果分析。VISSIM提供了對(duì)車輛、信號(hào)控制和行人三大類型指標(biāo)評(píng)價(jià)和結(jié)果分析。該功能大大地滿足了用戶在進(jìn)行指標(biāo)分析和方案比選時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)分析的需求。例如，在車輛評(píng)價(jià)類型中，可以通過(guò)設(shè)置檢測(cè)器評(píng)價(jià)車輛行程時(shí)間、車輛排隊(duì)長(zhǎng)度、平均車速及延誤等。此外，VISSIM還可以通過(guò)設(shè)置評(píng)價(jià)信號(hào)控制參數(shù)，每個(gè)信號(hào)組的最小/最大/平均綠燈時(shí)間，車輛檢測(cè)上有車輛駛過(guò)以后的等候時(shí)間，動(dòng)態(tài)的信號(hào)時(shí)間表以及用戶定義參數(shù)的顯示等。

2.3 VISSIM采用的核心模型

VISSIM采用的核心模型是Wiedemann于1974年建立的生理—心理駕駛行為模型。該模型的基本思路是：一旦后車駕駛員認(rèn)為他與前車之間的距離小于其心理（安全）距離時(shí)，后車駕駛員開(kāi)始減速。由于后車駕駛員無(wú)法準(zhǔn)確判斷前車車速，后車車速會(huì)在一段時(shí)間內(nèi)低于前車車速，直到前后車間的距離達(dá)到另一個(gè)心理（安全）距離時(shí)，后車駕駛員開(kāi)始緩慢地加速，由此周而復(fù)始，形成一個(gè)加速、減速的迭代過(guò)程。

2.4 VISSIM主要系統(tǒng)模塊構(gòu)成

①車輛定義模塊。該模塊主要用于對(duì)仿真車輛的各種參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)置，包括車輛類別和車輛類型（車輛的長(zhǎng)寬以及前后車輪之間的軸距等）等。②速度定義模塊。該模塊主要用于對(duì)各種車型車輛的期望車速分布進(jìn)行定義。在VISSIM中，該速度是以區(qū)間的形式來(lái)表示。③交通量定義模塊。該模塊主要用于對(duì)車輛構(gòu)成及其每種車輛的相對(duì)流量和期望速度進(jìn)行定義。④路徑?jīng)Q策模塊。VISSIM提供了動(dòng)態(tài)和靜態(tài)兩種汽車行駛路徑的建模方法，即使用行駛路徑?jīng)Q策點(diǎn)或行駛方向決策點(diǎn)的靜態(tài)路徑和使用OD 矩陣的動(dòng)態(tài)交通分配路徑。⑤評(píng)價(jià)分析模塊。該模塊可幫助用戶實(shí)現(xiàn)對(duì)方案模型中的指標(biāo)進(jìn)行分析，用戶并可以輕松地將所評(píng)價(jià)的數(shù)據(jù)從系統(tǒng)中以電子數(shù)據(jù)表（如：記事本和Excel表格等）形式導(dǎo)出，最終進(jìn)行方案評(píng)價(jià)、比選和優(yōu)化。⑥信號(hào)控制模塊。對(duì)于有信號(hào)控制的交叉口仿真，該模塊提供了內(nèi)建的固定配時(shí)信號(hào)控制和可選的外部信號(hào)狀態(tài)發(fā)生器建模信號(hào)控制路口。VISSIM 也可以與其他的信號(hào)控制邏輯設(shè)計(jì)軟件一起使用，如VS-PLUS、TRENDS、VOS、Type 2070 VS-PLUS 等。⑦其他模塊。除以上主要的幾個(gè)系統(tǒng)模塊外，VISSIM系統(tǒng)模塊還包括用于3D建模的模塊、基于生理—心理駕駛行為模型的車輛跟馳模塊和車道變換模塊等。endprint

3 VISSIM仿真技術(shù)的應(yīng)用

3.1 在交通工程領(lǐng)域方面的應(yīng)用

在交通工程領(lǐng)域方面，VISSIM具體應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①工程建設(shè)設(shè)計(jì)方案比選。通常在交通工程中，如道路路口/路段的交通改造工程、公交站點(diǎn)設(shè)置工程、停車場(chǎng)、地下通道工程、道路收費(fèi)系統(tǒng)工程及道路路徑誘導(dǎo)系統(tǒng)工程等，對(duì)于一個(gè)項(xiàng)目的規(guī)劃設(shè)計(jì)方案并不是唯一的，即使這些方案都是合理的，但又如何優(yōu)中取優(yōu)呢？那么交通工程項(xiàng)目完全可以利用VISSIM實(shí)現(xiàn)微觀上的方案效果模擬，繼而為各種交通規(guī)劃設(shè)計(jì)和改造方案提供決策支持。②設(shè)計(jì)方案碰撞試驗(yàn)。利用VISSIM仿真軟件按道路交通的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行交通建模，可以直觀、形象地模擬呈現(xiàn)實(shí)施后的效果，并可以通過(guò)VISSIM評(píng)價(jià)功能對(duì)方案效益的合理性及有效性等數(shù)據(jù)進(jìn)行確切的分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案中存在的問(wèn)題，并不斷地進(jìn)行優(yōu)化并反復(fù)地模擬仿真，以達(dá)到最優(yōu)的方案和效果。③工程項(xiàng)目投標(biāo)階段效果演示。隨著信息技術(shù)地推陳出新，在工程招投標(biāo)方面，如何能夠在眾多的投標(biāo)候選單位中脫穎而出，在一定程度上還要取決于在投標(biāo)文件等材料準(zhǔn)備方面的創(chuàng)新。

利用VISSIM仿真軟件，可以將停留在紙面上的文字表達(dá)方式轉(zhuǎn)變?yōu)橹庇^、生動(dòng)、形象的三維實(shí)體展現(xiàn)方式，讓評(píng)標(biāo)委員會(huì)成員更能身臨其境地體驗(yàn)到實(shí)施方案的成效，這勢(shì)必更能打動(dòng)評(píng)委，從而更有助于項(xiàng)目的中標(biāo)。

3.2 在實(shí)踐教學(xué)方面的應(yīng)用

目前很多設(shè)立了智能交通技術(shù)應(yīng)用專業(yè)的高校已開(kāi)設(shè)了道路交通控制技術(shù)等相關(guān)課程，而在課程配套實(shí)訓(xùn)設(shè)備的投入上，公辦和民辦的差距尤其凸顯。一些民辦高職院校在專業(yè)實(shí)訓(xùn)建設(shè)方面，由于資金壓力而無(wú)法組建配套的實(shí)訓(xùn)室滿足專業(yè)課程開(kāi)設(shè)需求。

對(duì)于這種情況，基于VISSIM仿真軟件就可以很好地解決實(shí)訓(xùn)設(shè)備與課程教學(xué)之間的矛盾。在教學(xué)環(huán)節(jié)中，學(xué)生通過(guò)交通控制技術(shù)課程的學(xué)習(xí)，提高對(duì)控制模型和控制效果的理解，需對(duì)多種信號(hào)控制的類型及其信號(hào)配時(shí)參數(shù)等進(jìn)行驗(yàn)證分析，而這些教學(xué)需求恰恰是VISSIM所能實(shí)現(xiàn)的功能[2]。

如利用VISSIM仿真軟件可以進(jìn)行交叉口定時(shí)、感應(yīng)、干道信號(hào)協(xié)調(diào)、區(qū)域信號(hào)協(xié)調(diào)和高速公路等控制設(shè)計(jì)與仿真等。

4 VISSIM仿真流程

VISSIM提供了清晰的模擬仿真操作流程，整個(gè)流程具體包括以下幾個(gè)關(guān)鍵性操作步驟：①導(dǎo)入底圖；②路網(wǎng)創(chuàng)建；③交通量輸入；④路徑?jīng)Q策（流量流向輸入）；⑤信號(hào)燈設(shè)置（優(yōu)先規(guī)則設(shè)置）；⑥添加3D模型；⑦運(yùn)行仿真。

5 結(jié)語(yǔ)

VISSIM仿真技術(shù)極具模擬仿真方案實(shí)施效果的特性，是方案比選、試驗(yàn)和演示強(qiáng)有力的輔助決策手段，能彌補(bǔ)實(shí)踐教學(xué)中實(shí)訓(xùn)設(shè)備的不足而使得學(xué)生更深入地理解掌握課程相關(guān)機(jī)理，VISSIM仿真技術(shù)在交通領(lǐng)域里已越來(lái)越受到重視和利用。本文對(duì)VISSIM仿真技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)地介紹，以期為從事交通領(lǐng)域的人能夠很好地應(yīng)用VISSIM仿真技術(shù)提供參考性意見(jiàn)。

【參考文獻(xiàn)】

【1】蓋春英.VISSIM微觀仿真系統(tǒng)及在道路交通中的應(yīng)用[J].公路，2005（08）：118-121.

【2】沈雅婕.VISSIM仿真系統(tǒng)在交通信號(hào)控制教學(xué)中的使用[J].試驗(yàn)技術(shù)與管理，2014（02）：89-92.endprint