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1、http:/ - 1 - VISSIM 在动态交通分配仿真中的应用研究在动态交通分配仿真中的应用研究 陈扶崑，朱月河 河海大学交通学院，南京（210098） E-mail： 摘摘 要：要：为了研究 VISSIM 中的动态交通分配仿真。以 VISSIM 的建模规则为基础，文中详 细阐述了 VISSIM 实现动态交通分配的原理和过程。最后利用 VISSIM4.10 软件，构建了一 个 33 的道路网络， 并成功实现了动态交通分配的效果， 证明 VISSIM 软件在大型路网的动 态交通分配仿真中的应用价值。 关键词：关键词：VISSIM，动态交通分配，微观仿真 1 前言前言 德国 PTV 公司开发的
2、交通微观仿真软件 VISSIM 以车辆驾驶行为为基础，具有直观、逼真的演示效果，现广泛应用于以下领域：交叉口设计方案比较研究；分析公交优先和轻轨加速方案；通行能力分析和公交优先方案测试；对于交通流控制、收费道路、路段控制系统、道路进口控制系统和特殊车道等交通管理系统进行分析；公交集散点的客流仿真与可视化，建立具有三维效果的地下铁路车站和客流模型； 完成高度专业的交通工程任务， 例如铁路运行闭塞区段通行能力分析， 收费广场或者边境控制管理； 另外还可运用动态交通分配对大型道路网络进行可行性分析。基于以上 VISSIM 在交通领域的广泛应用，近年来国内众多学者对其应用做了大量研究，本文主要研究利用
3、 VISSIM 进行大型路网的动态交通分配。 2 VISSIM 仿真软件简介仿真软件简介 VISSIM 是德国 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 1/10 秒为时间步长的微观仿真软件。 车辆的纵向运动采用了 Wiedemann 教授的“心理生理跟驰模型”，横向运动（车道变换）采用了基于规则(Rule-based)的算法。VISSIM 软件能够仿真出车道类型、 交通种类、 交通信号控制、 停让控制等交通运行情况，具有分析、评价、优化道路网络、不同设计方案比较等功能，是分析许多交通问题的有效工具。该软件向用户提供了操作方便的网络元素编辑和参数输入功能， 网络元素
4、如路段和车道、 公共汽车站停车及让路标志、交通信号灯的位置和编号、车辆检测器的位置和编号、路径选择、不同路径交通量分配比例均可通过系统所提供的各种功能进行设计， 另外 VISSIM 还可实现动态交通分配的仿真优化1。本文重点研究在 VISSIM 中如何实现动态交通分配的仿真。 3 利用利用 VISSIM 实现动态交通分配原理实现动态交通分配原理 一般用 VISSIM 进行静态分配时，需要使用路网编辑器手工输入仿真车辆的行驶路径，所以驾驶员无法选择出行起迄点间的行驶路径，而实际中驾驶员选择路径是随着路网中的 交通量变化而变化的， 这样就产生动态交通分配的研究问题。 在 VISSIM 的动态交通分
5、配中，可以建立驾驶员的路径选择行为模型，并使用 OD 矩阵取代静态分配时的输入交通量。 VISSIM 的动态交通分配是通过迭代仿真运行的方法实现的，也就是说，路网模型进行多次仿真实验， 驾驶员根据每次迭代仿真期间所感知的出行费用来选择路径， 具体可分为以下几步。 （1）获得 OD 间的所有行驶路径。VISSIM 假设多数驾驶员选择最优路径，少数驾驶http:/ - 2 - 员选择非最优路径，所以在仿真运行时，VISSIM 反复计算 OD 间的最优路径并找出多条行驶路径，将这些行驶路径存档供驾驶员选择。 （2）分析评价找出的行驶路径。驾驶员对路径的选择行为是建立在他们对行驶费用的评价结果之上的，
6、VISSIM 中采用一般性费用作为评价行驶路径费用的指标。一般性费用是评价行驶路径优劣的一个综合指标，它反映了路径的距离、行驶时间和其它各种费用。 （3）选择行驶路径。根据一系列可选择路径和它们的一般性费用，计算出选择每条路径的驾驶员比例。VISSIM 采用改进的 logit 模型进行路径选择。 下面详细阐述在 VISSIM 中实现动态分配的过程。 3.1 建立抽象路网建立抽象路网 为了使交通分配更加有效，VISSIM 中需对路网进行抽象处理，将交叉口抽象成节点，将交叉口间的路段抽象成通路。动态交通分配中的交通量是以 OD 矩阵的形式输入的，所以需要将仿真区域分成几个交通小区， 并在交通小区内
7、设置停车场， 停车场用于生成和吸引交通量。建立抽象路网的具体要求如下： （1）一个停车场只能属于一个特定的小区，一个小区可以拥有一个以上的停车场。VISSIM 中的停车场分为真实停车场和抽象停车场，真实停车场符合实际停车状况，并且停车场有容量限制，默认容量为 700 辆/小时/车道，该类停车场适用于路网模型比较符合实际的情况， 而抽象停车场没有容量的限制， 适用于建模车辆不使用真实存在的停车场驶入或驶出路网起点和迄点的情况。 （2）VISSIM 中将交叉口简化为节点， 并且规定将处于路网边缘的路段终点也需要定义节点， 各个节点间及节点内部存在多条通路，OD 点间的路径是由一系列通路组成的。 3
8、.2 交通需求的加载交通需求的加载 在 VISSIM 中可使用 OD 矩阵构建交通需求模型， 也可使用出行链文件或二者结合定义交通需求。一般使用 OD 矩阵加载各个交通小区间的出行量，每个 OD 矩阵中可以定义该矩阵的时间间隔和小区之间的出行量。用户无法在 VISSIM 中直接定义和编辑 OD 矩阵，可以在记事本中按照固定格式编写 OD 矩阵， 并将编好的文件以后缀名 fma 保存，详细的 OD 矩阵编写格式见实例仿真分析。 在 VISSIM 的动态分配中，也可使用出行链文件加载交通需求。出行链文件中包括一系列单一车辆的出行定义， 出行链与车辆是一对一的关系， 可以通过与车辆相关的 3 个编号
9、来定义各出行链，3 个编号分别是：车辆编号、车辆类型和起点小区编号。出行链文件对于单一车辆出行描述详尽，但是它的编码工作量很大，一般较少采用。 3.3 路径搜索和路径选择路径搜索和路径选择 利用 VISSIM 进行动态交通分配仿真，交通流量是分步在一系列可选路径上。在每次迭代仿真过程中，搜索每个 OD 对间的最优路径，最优路径的评价指标是一般性费用，路径搜索操作在每个评价时间间隔的起始时刻进行， 搜索的依据是前一迭代仿真过程计算得出的一般性费用。 一般性费用中考虑了行程时间、出行距离和经济费用（如：通行费） 。VISSIM 中将这三个因素赋予不同权重，如式（1）所示。 附加费用经济费用出行距离
10、行程时间一般性费用+= （1）http:/ - 3 - 其中权重、由用户自己定义，并且可对不同类型的车辆赋予不同的权重，这样可以针对具有不同路径选择行为的驾驶员群体进行建模。行程时间是一般性费用的关键参数，一条通路的行程时间是指一个评价时间间隔内所有车辆的行程时间均值，VISSIM 中采用指数平滑法处理得到的行程时间作为一般性费用函数的计算，具体见（2）式。 kn akn akn aTOTT, 1,)1 (+= （2） 其中：kn aT,仿真时段 k，迭代仿真过程 n，通路 a 上的目标行程时间， k仿真时段的评价时间间隔索引， n动态交通分配的迭代仿真过程索引， a道路的索引， kn aTO
11、,仿真时段 k，迭代仿真过程 n，通路 a 上测得的行程时间， 平滑系数。 每次迭代仿真过程结束时，下一迭代仿真过程的目标行程时间将存入 VISSIM 的费用文件（*.bew）中，为下一迭代仿真过程进行路径选择提供依据。 根据搜索到的可选路径和一般性费用进行路径选择，一般性费用是非集计路径选择模型中的效用值的倒数。效用函数为： jjCU1= （3） 其中：Uj路径 j 的效用， Cj路径 j 的一般性费用。 在涉及到选择问题时，logit 模型是常用的一种非集计模型，但 logit 模型只能判断“效用”的绝对差异，VISSIM 采用 Kirchhoff 分布方程建立非集计路径选择行为模型，避免
12、了 logit 模型的缺陷，如（4）式。 =ik ik j jUURP)( （4） 其中：Uj路径 j 的效用， )(jRP路径 j 被选择的概率， k模型的敏感系数（k） 。 敏感系数 k 决定“效用”差异对于路径选择决策的影响程度，在公式（4）中，“效用”的相对差异决定了分布，这样更加符合实际的路径选择2。 3.4 动态交通分配的收敛控制动态交通分配的收敛控制 在 VISSIM 的动态交通分配迭代仿真运行时， VISSIM 进行路径信息和时间信息的采集，将其分别存储在路径文件（*.weg）和费用文件（*.bew）中，用以描述交通分配的当前状态。当仿真运行达到一种稳定的交通状态时， 迭代仿真
13、运行将停止， 这种稳定的状态是指随着迭代次数的增加，每一次评价时间间隔内得到的行程时间和交通流量数据均不发生显著变化。在仿真运行之前，需要用户设定收敛标准。在仿真运行期间，VISSIM 可以自行检测收敛标准是否达到，若达到收敛标准，则停止仿真运行。VISSIM 提供了 3 种收敛判断标准2，分别是： （1）路径行程时间。计算并比较相邻的迭代仿真过程中，每条路径的行程时间变化，http:/ - 4 - 当所有的变化值均低于定义的值时，达到收敛； （2）通路行程时间。计算并比较相邻的迭代仿真中，每条通路的行程时间变化，当所有的变化值均低于定义值时，达到收敛； （3）通路的交通量。计算并比较相邻的迭
14、代仿真过程中，每条通路上交通流量的绝对变化，当所有的变化值均低于定义的值时，达到收敛。 VISSIM 在每次评价时间间隔结束时进行收敛性检测，当满足收敛条件时，仿真运行结束。 4 实例仿真分析实例仿真分析 本文采用一个 33 的区域道路网络在 VISSIM 中进行动态分配，如图（1）所示，图中的数字标号为小区停车场编号。要在 VISSIM 中成功实现动态交通分配，各个交通小区的发生和吸引停车场编号必须相同，本文共设 24 个停车场，停车场的编号从 112。 图 1 小区停车场图 VISSIM 动态分配仿真的节点定义如图 2 所示，在交叉口和路网边缘的路段终点定义节点，图中数字编号为节点编号，共
15、 21 个节点。 http:/ - 5 - 图 2 节点定义图 本文仿真例子使用 OD 矩阵构建交通需求模型，OD 矩阵的编写格式如下所示。其中以*开头的行为注释行。第一个非注释行为矩阵定义时间间隔从 0 到 1 小时，第二个非注释行为矩阵缩放比例因子 （本例中为 1.0） ， 第三个非注释行为交通小区个数 （本例中为 12 个） ，第四个非注释行为交通小区编号（本例中为 112） ，最后是交通小区之间的 OD 分布量。 *time interval in hours 0.00 1.00 *scaling factor 1.0 *number of zones 12 *zones: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 *numbers of trips between zone
