基于VISSIM的驾驶员行为特征对城市道路网络影响的仿真与优化

关金金，庄 彦，未 培

(安徽工商职业学院，安徽 合肥 231131)



基于VISSIM的驾驶员行为特征对城市道路网络影响的仿真与优化

关金金，庄 彦，未 培

(安徽工商职业学院，安徽 合肥 231131)

基于安全行驶原则，探究驾驶员在高级神经活动下产生的不同气质类型，对不同驾驶模式下的动作切换.以安徽省合肥市黄山路与天智路至潜山路4个交叉口为例，通过现场调研得到关联信号交叉口序列的相关交通数据，利用VISSIM软件和交通计算理论，依托交通现状信号配时和交通工程管理等方法，对原交通信号控制方案进行改进，并进行仿真、优化和比较.

智能交通；气质特征类型；交通流参量；数据采集与处理；VISSIM仿真

为了实现城市中心区交叉路口的信息化建设与管理，逐步实现城市交通现代化，整治我国城市道路交通通行紧张的状况，疏通城市道路交通系统的瓶颈成为城市道路交通发展的关键性举措.

众所周知，气质时刻牵引着高级神经系统活动，它是人类心理活动下生理动力特征外显的独特表现，属性稳定，一般不随活动动机、目的和内容变化而有所变化，因而在交通行为产生过程中会赋予驾驶员不同的行车方式.本文引入因个体行为差异产生的不同性格驾驶员在交通环境下的具体驾驶操作的差异，并结合交通数据采集及调查结果、交通系统模型参数建立，以及运用交通数据模型来表达交通流驾驶行驶过程中的各种状态具有现实参考意义.

1 城市道路日高峰时间段交通流中的驾驶行为分析

将城市道路按地理位置将相互衔接的若干个交叉口辐射开，南北方向作为交通流的平行流、东西方向作为纵向流将城市中心区域用若干条路网线路划分开来；其中若干平行流和纵向流汇集处即形成路段交叉口群，将由若干连续路段构成的路网唯一映射到按照地理分布位置分布的关联信号交叉口序列上；交叉口序列中行驶的驾驶员根据性格心理因素可以分为激进、普通和保守3类，相应的驾驶模式有自由驾驶、接近驾驶、跟驰驾驶和制动4种，综合考虑相邻车辆间的安全距离，当达到了驾驶员心理安全极限时，驾驶行为将从一种模式转换到另一种[1].

选取的控制子区由于自身路段的独特性，其交互属性一般都处于非自由驾驶模式下完成；将延误驾驶加速度作为模型研究的中心，将绿信比、进口道流量和信号周期作为调控手段，观察并记录数据采集的若干周期内的高峰期小时车流量和序列中车辆排队情况，同时在东西方向对模型观测参数进行一定的协调控制.

具体参量表示和约束控制如下：

(1)最小排队长度计算.

第T周期时，由交叉口h下行到交叉口h+1的车流量为：

(1)

第T周期时，交叉口h+1上行到交叉口h的车流量为：

(2)

类推在T+1周期时，由交叉口h+1处下行即方向西的车流量可表示为：

QLW(T+1)=

Fh,h+1(T)+F(h+1)下(T)-λ(h+1)C0S

(3)

由交叉口h+1处上行即方向东的车流量为：

QLE(T+1)=Fh+1,h(T)+F(h)上(T)-λ(h)C0S

(4)

协调方向车流量取东西方向较大值有：

QLW↔E(T+1)=

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

(5)

因此最小排队长度为：

(6)

注：约束条件设定为每个交叉口前排队长度应小于车辆所在的该路段长度，即

LSh(T+1)/3

(7)

(2)车均延误时间计算.

T周期内，设Pijk为放行状态变量，有

则关联交叉口序列的车辆总延误时间为：

(8)

因此，车均延误时间有：

(9)

(3)非自由状态下的行程速度.

(10)

(4)延误驾驶加速度.

非自由模式下不同气质的驾驶员在交通调研周期内产生的车均延误与最小排队长度共同作用的结果，其中驾驶员特性可归结为兴奋冲动型、一般型和安静稳重型，具体的计算公式如下：

(11)

其中：

h=1,2,…,n

(12)

其中，记Fijk(T)为各个交叉路口在i相位、j方向、k车道在T周期的车流量；λ表示信号灯下的绿信比；最佳信号周期C0表示关联信号交叉口序列信号周期.C0=MAX(C1,C2,Ch,Cn)，Cn=(1.5L+5)/(1-Y)是为了保证控制子区内交叉口间相位差恒定，故各交叉口必须采用相等信号周期时长，L表示全部关键车流总的损失时间，Y表示的即是全部关键车流总的交通流量之比；NChij表示在第h交叉口第i相位第j方向的停车数目；Ahn表示n秒钟的周期内第h交叉口车辆到达数；Shijk表示对应车流的饱和流量；thi表示第h交叉口第i相位的信号配时[2].

2 实例分析

2.1 城市道路路网实例

(1)关联信号交叉口序列平面图概述：选择黄山路所在的关联信号交叉口序列，它上行天智路，下行至潜山路，共4个地理连续衔接的四相位交叉口群，根据从西至东协调方向，各交叉口分布如图1所示.

图1 关联信号交叉口序列平面图

(2)本例涉及的4个连续交叉口的信号相位如表1～表5所示.

表1 黄山路段4个交叉口的四相位配时

表2 连续4个交叉口第一相位下的交通数据

信号配时/s车均延误/s停车次数通过车辆数到达车辆数平均排队长度/辆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 连续4个交叉口第二相位下的交通数据

表4 连续4个交叉口第三相位的信号配时

表5 连续4个交叉口第四相位的信号配时

其中，天智路的第三和第四相位的黄灯配时总共分配3.

(3)据地磁采集得到的关联信号交叉口序列各进口道高峰期小时流量数据如表6～9所示.

综上所见，关联交叉口序列的交通瓶颈(只考虑东西协调方向)分别是天智路东西直行方向，怀宁路东西直行方向，岳西路东西直行方向和潜山路东西直行与左转方向明显多于这4个交叉口的其他方向车流量，这些进口在既定信号相位配时条件下的高峰小时流量、行程延误时间和排队长度较其他进口大，考虑到当地的交通流情况和运营建设费用，对东西进口信号配时参数优化.

表6 交叉口一入口道高峰期小时流量数据

表7 交叉口二入口道高峰期小时流量数据

表8 交叉口三入口道高峰期小时流量数据

表9 交叉口四入口道高峰期小时流量数据

表10 与若干驾驶员相关的交通速度调查结果

2.2 利用VISSIM优化仿真[3]

黄山路路口交通流量大小差异明显，关联交叉口序列中4个连续交叉口的交通流量，车均延误和车辆最小排队长度大，缺乏合理的配时协调，利用滤波控制技术方案将大路口(潜山路)与其他3个小路口(天智路、怀宁路和岳西路)协调起来设计，为保证控制子区内地理衔接交叉口之间相位差恒定，必须采用相等的信号周期长.采取保持原有的双周期滤波控制方案，即大路口运行大周期(140 s)，小路口运行小周期(70 s)，且大周期是小周期的2倍，利用设计分配各个交叉口东南西北4个方位的信号相位，对路口信号重新设计[4-5].

按西至东定义排队计数器，设置仿真时间范围为0～3 600 s，统计间隔时间为70 s，输出原始数据文件后把车均延误时间、最小排队长度的数值转化为3 600 s内分各项平均值；根据4个交叉路口的高峰小时交通流量的情况，对现时信号配时改进以适应实际的交通路况，重新进行信号配时设计(如表11所示)，利用软件和交通模型计算得到单个交叉口(如表12所示)和关联信号交叉口序列(如表13所示)仿真结果，对现时数值和优化后的数据进行比较，并输出效益差值[6].

表11 优化后的交叉口信号配时

其中，天智路的第三和第四相位的黄灯配时总共分配3s.

表12 在东西协调方向下4个交叉路口车均延误、排队长度和延误加速度的现状和优化比较表

表13 关联信号交叉口序列车均延误、排队长度和延误加速度的现状和优化比较表

3 结论

通过微观交通仿真软件VISSIM模拟城市道路交通运行环境，针对黄山路与天智路至潜山路形成的关联信号交叉口序列在东西协调控制方向上存在的车流量、车均延误和排队长度过大的情况，利用交通计算理论和交通工程管理等方法，对现时不合理的交通信号配时进行重新设计[7]，验证文中建立的延误驾驶加速度模型在优化前后的数值变化.

[1]关金金，熊祎，李旸.基于三层路网优化策略模型的关联交叉口序列研究[J].世界科技研究与发展，2010，32(5):670-672.

[2]黎明,宋国华,于雷,张嫣红.基于VISSIM的道路交通排放评价可行性分析[J].交通运输系统工程与信息，2013(5):30-32.

[3]吕贞,李成兵.VISSIM仿真软件在“交通管理与控制”实验教学中的应用[J].科技视界，2013(18):57-59.

[4]沈雅婕.VISSIM仿真系统在交通信号控制教学中的使用[J].实验技术与管理，2014(02):102-103.

[5]张帅.基于VISSIM的道路优化设计[J].佳木斯大学学报(自然科学版)，2015(05):89-91.

[6]张志云,何广进,顾家悦,卢健.基于VISSIM的机非混行程度阈值研究[J].中国公共安全(学术版)，2014(04);114-115.

[7]冯海波,卢庆雷.高校学子设计“可变行驶方向车道[N].广东科技报，2015-08-21(006).

(责任编辑:王前)

10.13877/j.cnki.cn22-1284.2016.08.001

2016-01-03

2015安徽高校自然科学研究重点项目“基于分级特征值算法的重复信息过滤研究”(KJ2015A419)；2016年高校优秀青年人才支持计划重点项目(gxyqZD2016436)

关金金，女，安徽肥西人,讲师.

TP391.9

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1008-7974(2016)04-0001-04