基于VISSIM的駕駛員行為特征對城市道路網絡影響的仿真與優化

關金金，莊 彥，未 培

(安徽工商職業學院，安徽 合肥 231131)

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基于VISSIM的駕駛員行為特征對城市道路網絡影響的仿真與優化

關金金，莊 彥，未 培

(安徽工商職業學院，安徽 合肥 231131)

基于安全行駛原則，探究駕駛員在高級神經活動下產生的不同氣質類型，對不同駕駛模式下的動作切換.以安徽省合肥市黃山路與天智路至潛山路4個交叉口為例，通過現場調研得到關聯信號交叉口序列的相關交通數據，利用VISSIM軟件和交通計算理論，依托交通現狀信號配時和交通工程管理等方法，對原交通信號控制方案進行改進，并進行仿真、優化和比較.

智能交通；氣質特征類型；交通流參量；數據采集與處理；VISSIM仿真

為了實現城市中心區交叉路口的信息化建設與管理，逐步實現城市交通現代化，整治我國城市道路交通通行緊張的狀況，疏通城市道路交通系統的瓶頸成為城市道路交通發展的關鍵性舉措.

眾所周知，氣質時刻牽引著高級神經系統活動，它是人類心理活動下生理動力特征外顯的獨特表現，屬性穩定，一般不隨活動動機、目的和內容變化而有所變化，因而在交通行為產生過程中會賦予駕駛員不同的行車方式.本文引入因個體行為差異產生的不同性格駕駛員在交通環境下的具體駕駛操作的差異，并結合交通數據采集及調查結果、交通系統模型參數建立，以及運用交通數據模型來表達交通流駕駛行駛過程中的各種狀態具有現實參考意義.

1 城市道路日高峰時間段交通流中的駕駛行為分析

將城市道路按地理位置將相互銜接的若干個交叉口輻射開，南北方向作為交通流的平行流、東西方向作為縱向流將城市中心區域用若干條路網線路劃分開來；其中若干平行流和縱向流匯集處即形成路段交叉口群，將由若干連續路段構成的路網唯一映射到按照地理分布位置分布的關聯信號交叉口序列上；交叉口序列中行駛的駕駛員根據性格心理因素可以分為激進、普通和保守3類，相應的駕駛模式有自由駕駛、接近駕駛、跟馳駕駛和制動4種，綜合考慮相鄰車輛間的安全距離，當達到了駕駛員心理安全極限時，駕駛行為將從一種模式轉換到另一種[1].

選取的控制子區由于自身路段的獨特性，其交互屬性一般都處于非自由駕駛模式下完成；將延誤駕駛加速度作為模型研究的中心，將綠信比、進口道流量和信號周期作為調控手段，觀察并記錄數據采集的若干周期內的高峰期小時車流量和序列中車輛排隊情況，同時在東西方向對模型觀測參數進行一定的協調控制.

具體參量表示和約束控制如下：

(1)最小排隊長度計算.

第T周期時，由交叉口h下行到交叉口h+1的車流量為：

(1)

第T周期時，交叉口h+1上行到交叉口h的車流量為：

(2)

類推在T+1周期時，由交叉口h+1處下行即方向西的車流量可表示為：

QLW(T+1)=

Fh,h+1(T)+F(h+1)下(T)-λ(h+1)C0S

(3)

由交叉口h+1處上行即方向東的車流量為：

QLE(T+1)=Fh+1,h(T)+F(h)上(T)-λ(h)C0S

(4)

協調方向車流量取東西方向較大值有：

QLW?E(T+1)=

MAX[QLW(T+1),QLE(T+1)]

(5)

因此最小排隊長度為：

(6)

注：約束條件設定為每個交叉口前排隊長度應小于車輛所在的該路段長度，即

LSh(T+1)/3

(7)

(2)車均延誤時間計算.

T周期內，設Pijk為放行狀態變量，有

則關聯交叉口序列的車輛總延誤時間為：

(8)

因此，車均延誤時間有：

(9)

(3)非自由狀態下的行程速度.

(10)

(4)延誤駕駛加速度.

非自由模式下不同氣質的駕駛員在交通調研周期內產生的車均延誤與最小排隊長度共同作用的結果，其中駕駛員特性可歸結為興奮沖動型、一般型和安靜穩重型，具體的計算公式如下：

(11)

其中：

h=1,2,…,n

(12)

其中，記Fijk(T)為各個交叉路口在i相位、j方向、k車道在T周期的車流量；λ表示信號燈下的綠信比；最佳信號周期C0表示關聯信號交叉口序列信號周期.C0=MAX(C1,C2,Ch,Cn)，Cn=(1.5L+5)/(1-Y)是為了保證控制子區內交叉口間相位差恒定，故各交叉口必須采用相等信號周期時長，L表示全部關鍵車流總的損失時間，Y表示的即是全部關鍵車流總的交通流量之比；NChij表示在第h交叉口第i相位第j方向的停車數目；Ahn表示n秒鐘的周期內第h交叉口車輛到達數；Shijk表示對應車流的飽和流量；thi表示第h交叉口第i相位的信號配時[2].

2 實例分析

2.1 城市道路路網實例

(1)關聯信號交叉口序列平面圖概述：選擇黃山路所在的關聯信號交叉口序列，它上行天智路，下行至潛山路，共4個地理連續銜接的四相位交叉口群，根據從西至東協調方向，各交叉口分布如圖1所示.

圖1 關聯信號交叉口序列平面圖

(2)本例涉及的4個連續交叉口的信號相位如表1～表5所示.

表1 黃山路段4個交叉口的四相位配時

表2 連續4個交叉口第一相位下的交通數據

信號配時/s車均延誤/s停車次數通過車輛數到達車輛數平均排隊長度/輛G=25sL=3s9.30.362.06433.32611G=23sL=3s8.70.352.02333.25011G=25sL=3s9.40.342.18534.82712G=41sL=3s19.30.925.04882.42322

表3 連續4個交叉口第二相位下的交通數據

表4 連續4個交叉口第三相位的信號配時

表5 連續4個交叉口第四相位的信號配時

其中，天智路的第三和第四相位的黃燈配時總共分配3.

(3)據地磁采集得到的關聯信號交叉口序列各進口道高峰期小時流量數據如表6～9所示.

綜上所見，關聯交叉口序列的交通瓶頸(只考慮東西協調方向)分別是天智路東西直行方向，懷寧路東西直行方向，岳西路東西直行方向和潛山路東西直行與左轉方向明顯多于這4個交叉口的其他方向車流量，這些進口在既定信號相位配時條件下的高峰小時流量、行程延誤時間和排隊長度較其他進口大，考慮到當地的交通流情況和運營建設費用，對東西進口信號配時參數優化.

表6 交叉口一入口道高峰期小時流量數據

表7 交叉口二入口道高峰期小時流量數據

表8 交叉口三入口道高峰期小時流量數據

表9 交叉口四入口道高峰期小時流量數據

表10 與若干駕駛員相關的交通速度調查結果

2.2 利用VISSIM優化仿真[3]

黃山路路口交通流量大小差異明顯，關聯交叉口序列中4個連續交叉口的交通流量，車均延誤和車輛最小排隊長度大，缺乏合理的配時協調，利用濾波控制技術方案將大路口(潛山路)與其他3個小路口(天智路、懷寧路和岳西路)協調起來設計，為保證控制子區內地理銜接交叉口之間相位差恒定，必須采用相等的信號周期長.采取保持原有的雙周期濾波控制方案，即大路口運行大周期(140 s)，小路口運行小周期(70 s)，且大周期是小周期的2倍，利用設計分配各個交叉口東南西北4個方位的信號相位，對路口信號重新設計[4-5].

按西至東定義排隊計數器，設置仿真時間范圍為0～3 600 s，統計間隔時間為70 s，輸出原始數據文件后把車均延誤時間、最小排隊長度的數值轉化為3 600 s內分各項平均值；根據4個交叉路口的高峰小時交通流量的情況，對現時信號配時改進以適應實際的交通路況，重新進行信號配時設計(如表11所示)，利用軟件和交通模型計算得到單個交叉口(如表12所示)和關聯信號交叉口序列(如表13所示)仿真結果，對現時數值和優化后的數據進行比較，并輸出效益差值[6].

表11 優化后的交叉口信號配時

其中，天智路的第三和第四相位的黃燈配時總共分配3s.

表12 在東西協調方向下4個交叉路口車均延誤、排隊長度和延誤加速度的現狀和優化比較表

表13 關聯信號交叉口序列車均延誤、排隊長度和延誤加速度的現狀和優化比較表

3 結論

通過微觀交通仿真軟件VISSIM模擬城市道路交通運行環境，針對黃山路與天智路至潛山路形成的關聯信號交叉口序列在東西協調控制方向上存在的車流量、車均延誤和排隊長度過大的情況，利用交通計算理論和交通工程管理等方法，對現時不合理的交通信號配時進行重新設計[7]，驗證文中建立的延誤駕駛加速度模型在優化前后的數值變化.

[1]關金金，熊祎，李旸.基于三層路網優化策略模型的關聯交叉口序列研究[J].世界科技研究與發展，2010，32(5):670-672.

[2]黎明,宋國華,于雷,張嫣紅.基于VISSIM的道路交通排放評價可行性分析[J].交通運輸系統工程與信息，2013(5):30-32.

[3]呂貞,李成兵.VISSIM仿真軟件在“交通管理與控制”實驗教學中的應用[J].科技視界，2013(18):57-59.

[4]沈雅婕.VISSIM仿真系統在交通信號控制教學中的使用[J].實驗技術與管理，2014(02):102-103.

[5]張帥.基于VISSIM的道路優化設計[J].佳木斯大學學報(自然科學版)，2015(05):89-91.

[6]張志云,何廣進,顧家悅,盧健.基于VISSIM的機非混行程度閾值研究[J].中國公共安全(學術版)，2014(04);114-115.

[7]馮海波,盧慶雷.高校學子設計“可變行駛方向車道[N].廣東科技報，2015-08-21(006).

(責任編輯:王前)

10.13877/j.cnki.cn22-1284.2016.08.001

2016-01-03

2015安徽高校自然科學研究重點項目“基于分級特征值算法的重復信息過濾研究”(KJ2015A419)；2016年高校優秀青年人才支持計劃重點項目(gxyqZD2016436)

關金金，女，安徽肥西人,講師.

TP391.9

A

1008-7974(2016)04-0001-04