交通仿真技术在“交通管理与控制”实验教学中的应用

黄兴华

摘 要 本文简要叙述了交通仿真技术的特点及现阶段常用的几款交通仿真软件，通过某十字交叉口的信号配时及仿真过程，介绍了VISSIM软件在交通控制实验课程中的应用。

【关键词】交通仿真 实验教学 交通控制

1 交通仿真的概念

交通仿真是随着计算机技术的进步而发展起来的采用计算机数字模型来反映复杂道路交通现象的交通分析技术和方法。它是计算机仿真技术在交通工程领域的一个重要应用，因它能够非常直观地表现出路网上车辆的运行情况，所以在各种道路交通规划、交通控制管理方案设计中为交通工程研究人员提供了更为细致和准确的决策支持手段。

2 交通仿真的优势

相对于实际交通，交通仿真具有以下优势：

（1）经济性。

（2）安全性。

（3）可重复性。

（4）开放性。

3 常用的交通仿真软件

交通仿真软件可分为交通规划软件、宏观交通仿真软件、中观交通仿真软件、微观交通仿真软件和交通信号优化软件。目前常用的交通仿真软件主要有以下几款：

VISSIM是德国PTV公司的微观仿真软件。VISSIM的核心由交通仿真器和信号状态产生器两部分组成，它们之间能够交换检测器数据和信号状态信息。VISSIM对公交车辆的组成及运行特点做了一定的考虑，在交通流组成中考虑了摩托车、自行车及行人。它既可以在线生成可视化的交通运行状况，也可以离线输出行程时间、排队长度等统计数据。

AIMSUN 是西班牙TSS公司的产品，它是第一个将宏观、中观、微观模型集成于单个软件的交通建模系统。三个模型间能更好地互通，从一级到另一级重新使用路径分配。AIMSUN基本应用是基于线下交通工程问题，同样也在线提供短期或中短期规划与营运问题的动态或离散方法形成的解决方案。

国外典型的交通仿真软件经过多年实际检验、修正，技术成熟，应用广泛，但大都操作界面专业，仿真路网建模过程繁琐，仿真参数标定复杂。道路交通管理、设计人员需经过专门的培训、学习，才能掌握运用，这一特点限制了国外交通仿真软件在公安交通管理实战部门的推广、普及。 DynaCHINA是完全由国内自主研发的动态网络交通分析与实时路况预测软件。核心技术包括动态交通需求分析、动态交通分配、离散选择模型、实时在线交通仿真，以及离线/在线系统参数标定等。它可为智能交通系统中与ATMS/ATIS相关的研究与应用提供仿真测试、分析、优化和评价的手段，更加有效的缓解交通拥堵、提升公众的出行效率和出行质量。

4 交通仿真技术在实验教学中的应用

交通管理与控制是交通工程学的重要组成部分之一，主要研究如何在最小化改变既有交通基础设施条件下，通过交通法规或行政管理、工程技术、交通信号控制技术等方面的综合技术应用，实现交通系统的安全、有序、畅通和可持续发展等目标。交通管理与控制随交通条件的不同其效果呈现很大的差异，对实践环节的要求非常高。单纯的理论教学让学生感到乏味，也不利于培养出动手能力强，能较快适应交通管理实战部门工作的警务技能人才。而通过交通仿真软件，能够有效地解决这一问题，学生可以自行设计各种交通控制方案，直观的看到控制方案对交通的影响，增强了学习兴趣，提高了解决实际问题能力及创新能力。在有条件的学校，教师可以选择本市范围内较为拥堵的一个或几个交叉口，让学生进行综合分析研究，完成对单个交叉口控制、干线协调控制、区域交通面控系统的信号配时控制方案设计。本文以某十字交叉口交通组织问题为例，描述如何应用VISSIM交通仿真软件进行信号配时设计及仿真评价的操作过程。

（1）交通调查分析首先采集路口交通流量和基础的设计信息，鼓励学生进行真实交叉口交通流量调查，观察路口的交通管理措施并获取所需数据。

（2）方案设计。引导学生根据现状分析结果，设计初始化交通组织方案。主要是路口的交通渠区划的改造，信号配时怎么样设置及设置后的影响，禁左禁右怎么样评估等。

（3）模型标定与校验。在进行仿真前对模型的特性、通行能力和参数反复进行校正，确保模型数据和实际情况能够一致。

（4）仿真分析。指导学生针对不同设计方案搭建VISSIM仿真路网，在路网建模完成的基础上，根据实际采集的道路交通流量或OD矩阵，对各个路口加载流量数据，创建路段和连接器，进行交通流路径决策设置和交通冲突设置，然后定义信号控制机和对信号灯设置信号周期、信号相位、红灯时间、黄灯时间等数据。经过对各方案进行仿真分析，选择评价文件中需要输出的指标，包括行程时间、延误时间、排队长度等。

（5）方案比选和优化。学生可以从仿真输出结果发现信号配时存在的问题，不停调整方案，然后对交叉口的信号配时重新设计，再对每个方案进行评估，直到找到比较优化的方案，并形成最终方案。

通过交通仿真技术在“交通管理与控制”实验教学中的应用，从课程功能上，提高了对学生创新精神和实践能力的培养，提高了信息素养和环境意识。从课程结构上，突出了交通管理实践对学生岗位能力和素质的训练，有效地通过信息化手段进行课程的整合，提高了课堂专业理论教育有效联系公安交通管理实践的能力，丰富了理论知识和管理实践检验的途径。从学生学习方式上，强调学生自主探索问题并解决问题的学习模式，强调学生搜集和处理信息的能力、交流与合作的能力，更加关注学生的学习过程。

5 结束语

交通仿真技术的研究目前已经相当深入，但是在微观仿真方面没有哪个国家开发的模型和软件能充分考虑到交通系统中的所有影响因素。今后，适应智能交通系统方案评价需求的仿真系统研究和开发面向ITS的应用软件是道路交通仿真技术更高层次的发展方向。

参考文献

[1]曹静等.CDIO理念下交通仿真实践教学方式的探索[J].教育教学论坛，2013（33）.

[2]郭敏等.微观交通仿真基础理论及应用实例[M].北京：人民交通出版社，2012.

[3]邓建华等.道路交通系统仿真技术与应用[M].北京：国防工业出版社，2013.

作者单位

江西警察学院 江西省南昌市 330100