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VISSIM仿真软件中微观交通仿真模型参数校正研究

2020/8/11    来源:互联网    作者:陈梅艳      
关键字:VISSIM  仿真  微观交通仿真模型  
本文简述了VISSIM仿真软件的含义,浅析了微观交通仿真模型参数校正的概念和流程,探究了微观交通仿真模型校正参数选取与算法选择,以期为相关研究提供借鉴。

    微观交通仿真模型,将秒或者分秒设定为时间刻度,对单个车辆相应的运行规则进行模拟,并对城市道路或者行人系统之间的相互作用进行科学评估,进而实现对道路网交通流状况的详细描述和客观评价。相对于传统的数学模型,微观交通仿真模型具有显著的优越性。

    对微观交通仿真模型实施科学有效的参数校正,能有效保障输出结果的有效性和质量。其中,关键要选取模型校正的具体参数和适宜算法。

1 VISSIM仿真软件概述

    VISSIM仿真软件是基于行为驱动的多用途软件,能实现对交通流状况的科学分析和客观评价,在城市道路交通以及综合运输等各类系统分析中得到了广泛应用。借助其内置模型,VISSIM仿真软件能实现对复杂交通状况和相关条件的模拟再现。VISSIM仿真软件具有多目标,且模块功能极为强大,并具有较强的灵活性,能实现对车辆感应信号控制、收费道路相应的通勤状况等内容的真实模拟。同时,VISSIM仿真软件实现了对各类交通情境的有效包含,具有细致强大的建模能力,对于任意道路交通状况,均能实现良好的建模。VISSIM仿真软件能实现对各类交通情境的细致模拟,对内存和显卡等硬件要求相对较高。

2 微观交通仿真模型参数校正的概念和流程

    2.1 微观交通仿真模型参数校正概念

    微观交通仿真模型参数校正,是将实地交通呈现出的运行状况作为根据,对仿真系统相应的各类独立参数实施科学调整,确保仿真模型实现对仿真对象的准确表达。通常,需要对交通控制运行参数、交通流特性等仿真参数进行校正。对参数进行校正主要是为了最大化地降低仿真输出结构与实际测量二者呈现出的数据差异。

    2.2 微观交通仿真模型参数校正流程

    微观交通仿真模型参数校正流程主要包括如下步骤:(I)对参数校正的具体目标进行确定。通常,参数校正的具体目标是缩小输出结果与实际测量二者呈现出的数据差异,并尽量使数据差异为0。(2)对校核参数指标进行适当选择。模拟输入参数可分为以下两类:①不可控参数,此类参数不会跟随模型发生同步变化,包括道路交通条件、交通车流量和人流量以及信号配时等。②可控参数,此类参数是仿真模型中数值可以发生变化的参数,包括车道变换距离、车辆等待时间以及最小车头时距等。必须选择实际测量较为容易,且可控制的校核参数。(3)对实际数据进行采集。对校核参数进行选定后,要实地对校核参数以及各类不可控参数进行测量,并注意对高峰数据采集以及平峰数据采集进行区分。(4)对于各类仿真对象,在不同条件下,各模型参数占据着不同权重,将仿真进度作为根据,对影响仿真结果的参数实施有效校正,并对参数相应的变化范围进行确定。(5)考察仿真需要,对各类待校正参数实施科学的必要性评价。(6)仿真系统所涉及的可控参数较多,且各参数相应的取值范围不尽相同。受时间限制,难以对每种情况均实施仿真实验。因此,实施参数校正,要对仿真实验进行科学设计。通常,可对拉丁方格法进行选用实施实验设计,对实验次数进行减少,并将校核参数确定为因变量,将可控的校正参数设定为自变量,对模型进行构建。(7)在多次运行的基础上,对模型参数进行确定。同时,将仿真结果及画面作为根据,对可控参数的最佳取值进行确定。(8)将仿真结果作为根据,对校正过程中止进行确定。

3 微观交通仿真模型校正参数选取与算法选择

    3.1 微观交通仿真模型校正参数选取

    要深入考察模拟对象,对校正参数进行正确选取。在微观交通仿真模型参数校正中,通常对如下校正参数进行选取:(1)底层仿真模型相应的各类核心参数。对此类参数,必须实施有效校正。(2)部分参数缺乏敏感性,但为保障仿真运行的良好效果,需对之进行科学配置。下列参数对于微观交通仿真模型中道路交通网通行能力以及驾驶员利用道路交通的实际状况具有显著的敏感性和重要性:①车辆动力性能。车辆加速能力以及减速能力,道路坡度以及车辆自身性能会对此类参数造成影响。②期望速度分布。此参数严重影响交通流量呈现出的稳定性。③反应时间。此参数是指驾驶员对车辆行驶状况进行改变所需的反应时间。④驾驶员感知前后车辆的能力。此参数包括驾驶员感知前后车辆具体数量的能力,以及观察前后车辆距离的能力等。⑤车头间距。此参数是指两辆车在行驶状态下呈现出的车头距离。⑥可穿越空挡时间。此参数车辆换道、车辆让行等相应的最小时间间隔。⑦最小停车间距。此参数对道路通行能力具有关键性影响,且会影响排队长度。上述参数对各项车辆特性以及驾驶特性进行了描述,诸如,车辆期望采取多块时速进行行驶、车辆实现加速以及减速操作所需的具体反应时间、车辆完成换道所需的各项条件、车辆对道路交通状况的准确判断等。在实际中,各驾驶员均具备不同的驾驶习惯,VISSIM仿真软件采用随机种子参数对此类分布特性进行定义。另外,仿真步长这一参数指标也具有较强的重要性,仿真步长的实际长度对模拟仿真相应的精确程度具有决定性影响。

    3.2 微观交通仿真模型校正算法选择

    当前,VISSIM仿真软件偏向于对智能优化算法进行选择。通常,可对SPSA算法进行选择,此类算法简单便捷,且具有较高的效率。从本质上讲,SPSA算法属于梯度逼近算法,在局部搜索性能上具有较高的效率。因此,可选择SPSA算法作为微观交通仿真模型参数校正的求解算法。

    SPSA算法是对K-w随机逼近算法的改进,借助计算目标函数相应的近似梯度实现对最优解的逐渐逼近。在该算法求解过程中,每一步梯度逼近,只能对两个目标函数相应的估计值进行计算,该值的计算与优化问题相应的维数P不存在相关性。在逼近过程中,对梯度信息进行估计的目标函数,其测量次数被大幅度减少。因此,对维数较高或者具有大规模随机系统的相关优化问题进行解决,SPSA算法具有较强的有效性。

4 结语

    综上所述,VISSIM仿真软件是基于行为驱动的多用途软件,能实现对交通流状况的科学分析和客观评价,在城市道路交通以及综合运输等各类系统分析中得到了广泛应用。要对微观交通仿真模型校正参数和校正算法进行正确选取,并严格遵循微观交通仿真模型校正的流程实施参数校正。

责任编辑:程玥
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