1、五邑大学本科毕业设计I摘 要随着城市的发展，交通拥挤已成全世界的交通难题，车辆排队是交通拥挤的一种典型表现形式，因此车辆排队长度是一个很重要的交通信息参数。本文基于二流理论，把真实交通流状态转换为二流运行状态，计算转换后得到一种车辆排队长度，即当量排队长度。根据流量守恒方程，建立了单车道路段的当量排队长度模型，并在此基础上推出多车道的平均当量排队长度模型，并用 VISSIM 软件模拟交通拥堵路段，对该模型进行测试。仿真结果表明，模型计算出来的当量排队长度均大于实际车辆排队长度，实际排队长度变化时，当量排队长度相对稳定。关键词 交通流；交通拥挤；车辆排队长度；二流理论；当量排队长度五邑大学本科毕
2、业设计IIAbstractWith the development of cities, traffic jam has become a whole worlds problem. Queue of vehicles is a typical manifestation of congestion. So the queue length is an important traffic information parameter. A kind of queue length transformed by the real queue length, called equivalent qu
3、eue length, which turns the real traffic flow into a two-fluid operation status, is brought forward in this article, based on the theory of two-fluid. On this basis, the equivalent queue length model is built for the single-lane sections according to flow conservation equation. And the multi-lane se
4、ctions average equivalent queue length is built based on the single-lane model. To test the model, the simulation schemes are designed for the congested traffic road by using the VISSIM software. The simulation results show that the actual queue lengths are all shorter than the equivalent ones, the
5、equivalent queue lengths are stable when the actual ones fluctuate. Key words traffic flow congested traffic stream two-fluid theory equivalent queue length五邑大学本科毕业设计III目 录摘 要 IAbstractII第 1 章 绪论 .11.1 研究背景和意义 .11.2 排队长度研究现状 .21.3 本文主要工作 .21.4 本文章节安排 .3第 2 章 基础理论 .42.1 交通流理论 .42.2 交通量、速度、密度三者关系 .42.
6、3 二流理论 .52.4 本章小结 .6第 3 章 当量排队长度模型的建立 .73.1 车辆当量排队长度 .73.2 单车道的当量排队长度模型 .83.3 多车道的当量排队长度模型 .103.4 模型参数确定 .113.5 本章小结 .11第 4 章 VISSIM 仿真模型的建立 .124.1 累计车辆的检测 .124.2 单车道仿真模型建立 .124.2.1 路段设置 .124.2.2 车辆流入量设置 134.2.3 检测器设置 144.2.4 排队计数器设置 154.2.5 设置评价文件 154.2.6 信号灯设置 164.3 双车道仿真模型建立 .184.3.1 双车道仿真道路设置 18
7、4.3.2 设置车流源输入 194.3.3 车辆检测器设 置 204.3.4 双车道的排队计数器设置 214.3.5 设置评价文件 21五邑大学本科毕业设计IV4.3.6 信号灯设置 224.4 本章小结 .26第 5 章 仿真结果分析 .275.1 仿真结果 .275.2 模型的有效性 .295.3 本章小结 .29结 论 .30参考文献 .31致 谢 .32五邑大学本科毕业设计1第 1 章 绪论1.1 研究背景和意义随着城市的快速发展，人们生活水平逐渐提高，人均汽车拥有率提升明显，城市的车辆快速增加，交通拥挤已是全球性的交通难题。交通拥挤给城市发展带来巨大的阻碍，当碰上交通拥挤，车辆需要停
8、车排队，增加了出行时间，使得可以用在工作生产的时间浪费掉，从而造成驾驶人和该地区经济上的损失；交通阻塞会导致驾驶人感到愤怒和烦躁，增加驾驶员的压力，进一步损害他们的身体健康；在车辆处于排队队伍中，引擎仍在不断运转，持续消耗燃料，而且在阻塞路段，车辆需要不断地加速、刹车，增加了燃料的耗费，所以说交通阻塞不单单造成燃料浪费，还会造成空气污染；当一个地区经常发生交通阻塞，就会使该地区的生活品质下降，人们就会倾向于迁至郊外（也就是所谓的郊区化） ；当出现紧急状况时，比如出现火灾等，救火车就可能因为交通堵塞而难以迅速到达目的地。建设新路新桥是传统的解决交通拥挤的方法，但建设路桥等交通基础设施很大程度受限
9、制于当地的土地资源和财政收入；此外，根据研究显示，单从建设基础交通设施并不能根治城市的交通拥挤问题，因为城市的路桥利用率普遍不高。所以说，若能提高城市路桥的利用率，则不仅优化交通网，节约资源，还能找出解决交通阻塞的关键所在。观察道路阻塞的发展过程，一般是由于一个路段的车流量激增或发生交通事件从而产生车辆排队的情况，车辆排队队伍不能够及时消去，不断会有车流进入阻塞路段，加入排队队伍，使拥挤程度加重，发展下去就是从单路段的拥挤到多路段甚至路网的交通拥挤。也就是说，交通拥挤是从局部拥挤发展成路网拥挤瘫痪。如果能够及时快速检测到城市路网中的局部阻塞路段，对排队的趋势变化作出预判，就可以对拥挤路段采取相
10、应的手段，比如控制进入车流或疏导排队车流，来达到提高路段的利用率，防止或减轻交通拥挤。20世纪IT技术的突飞猛进，使人们的生活发生翻天覆地的变化。人们将计算机等技术广泛用于交通控制与管理上，于是智能交通系统就应运而生。智能交通系统（Intelligent Transportation System，简写为 ITS）是将先进的信息技术、数据通信传输技术、电子传感技术、电子控制技术以及计算机处理技术等有效的集成运用于整个地面交通管理系统而建立的一种在大范围内、全方位发挥作用的，实时、准确、高效的综合交通运输管理系统。ITS的核心是对实时交通信息的收集和处理，对交通系统进行智能化的控制，而达到提高道
11、路设施的利用率和安全。传统的收集数据方式有感应线圈、红外线、超声波以及摄像头图像处理等固定检测装置。另外，一种新的检测方式探测车系统则受到交通研究者们的注意。探测车系统由探测车与控制中心组成，探测车通过装载在车上的GPS，收集路段车辆的速度、经纬度和时间等实时信息，再将信息传送到控制中心对实时数据进行分析处理，为决策者提供交通控制策略的依据 1。不管是传统的固定设施或是新式的探测车，也只能够为系统提供在成本尽可能小的五邑大学本科毕业设计2情况下尽可能高精度的原始数据。怎样对原始数据进行处理分析，为智能系统提供能够作出交通控制策略的依据成为智能交通研究者的重中之重。排队长度是衡量评价交通状况的重
12、要指标，而目前对排队长度的定义繁多，缺乏统一认识。本文根据Herman 的二流理论，将一段拥挤路段内的交通流分割成两种成分，一是阻塞交通流，还有畅通交通流。通过建立当量排队长度模型，来预测排队长度，从而为交通决策提供数据支撑。1.2 排队长度研究现状阻塞排队在全世界范围内的公共交通运输系统内都可看到。全球的研究交通的学者专家们一直努力研究该问题的缘由以及解决方法。从分析排队长度的方式上看，包括有微观模拟、随机过程、冲击波、概率论、神经网络、排队论与累计曲线等。微观模拟则是通过模拟驾驶员行为（换道、跟驰），再现车流排队现象，基于车队中车辆减慢到某一速度时加入排队队伍，加速至某一速度时离开排队队伍
13、的思想，确定排队长度 2；随即过程使用Markov链方法得到了信号交叉口队列长度的时变概率分布级其时间序列函数（假定车辆以Poisson 分布到达交叉口，绿灯期间以负二项分布离开停止线）3；冲击波方法是根据流体力学的理论，把交通流看成稳定的流体，认为两种交通流转换中，其过程形成冲击波，该两种的状态的分界面就是波阵面，车辆在波阵面上完成速度的改变是瞬间的，当车速为0时可以看作进入排队队列中，通过停车波波速的传播时间来预测排队长度 4；概率论方法认为车辆到达和离去服从某种概率分布，车辆到达累计数与离去累计数之差为排队车辆数 5；神经网络是基于仿真数据或实时数据对网络进行训练来获得输入变量和排队长度
14、之间的对应关系；排队论将交通系统中的某种设施（如十字路口、瓶颈等）比作服务台，把在路段中运行车辆看作在队伍中等待或接受服务，应用排队论算出各系统的平均车辆数；累计曲线法通过描绘累计到达、离开空间时序图或排队车辆累计数时变图，利用图解法求出排队长度和排队时间，把累计到达与离开曲线间的部分为排队车辆部分；从上述的方法来看，关于排队的定义有两种：1、速度降至为0时加入排队队伍；2、在车流中车速降至某一速值时加入排队队伍。根据不同的排队模型定义，以及计算方式的不同，得出不同的排队长度。1.3 本文主要工作本文是在借鉴前人大量的研究成果和改进基础上，提出一种预测排队长度的模型。本文的研究工作主要包括以下
15、几个方面：1、相关理论调查。一方面研究Herman提出的二流理论，阅读相关文章，为本文的工作打下不可或缺的基础。另一方面，也阅读了许多关于排队长度估算和研究的文献。参考以往的模型，分析其中的不足之处，拓宽了知识面，并在阅读相关文献中学习到撰写五邑大学本科毕业设计3学术论文的方法。2、设计当量排队长度模型，根据本文的研究方向，运用VISSIM软件模拟拥挤路段，并对路段上设置检测器，收集路段的一些实时交通数据。3、使用VISSIM 收集到的数据，套入当量排队长度模型中，再与实测到的排队长度对比，如有必要，对模型稍作调整。1.4 本文章节安排第1章为绪论。主要介绍当今常见的交通拥挤问题，对其简要分析
16、，以及人们目前对交通拥挤问题的一些研究方向。还提及一些研究排队长度的方法。同时介绍本文工作内容。第2章为基础理论。先介绍交通流理论的一些基本要点，以及本文需要借鉴到的速度密度交通量三者的关系。最后介绍二流理论。第3章为当量排队长度模型的建立。详细介绍根据理论建立模型，讲述模型建立的过程，并提及其中所遇到的困难，以及解决困难的过程。第4章为VISSIM 仿真模型的建立。详细描述利用VISSIM模拟建立一个单车道拥挤路段和一个双车道拥挤路段，并设置好其中的道路、输入车流量等有关参数的设定。第5章为仿真结果分析。通过把VISSIM收集到的上下游车辆累计数，利用当量排队长度公式进行计算，其结果与仿真得
17、到的排队长度进行对比，检验当量长度是否比实际排队长度要长。五邑大学本科毕业设计4第 2 章 基础理论2.1 交通流理论交通流理论，指的是为减少车辆在道路上的时间延误，减低交通事故发生的概率，以及提高道路设施的使用效率，研究、分析行人出行规律和驾驶员驾驶心理，与车流量、车流速度和车流密度三者的关系的理论。交通流理论起源于 20 世纪 30 年代，而概率统计方法是最早被应用于交通流理论，概率论为解决具有随机现象的交通问题提供了有效手段。从 40 年代起，在计算机技术和系统工程学等学科的发展基础上，交通流理论又有了新的突破，学者们将动力学和流体力学等方法应用于交通流理论当中。自 1959 年 12月
18、第一次交通流理论会议召开后，交通流理论作为一门独立学科逐渐走向理论的成熟。交通流理论主要的研究内容包括交通流的概率统计分布、跟驰理论、排队论和流体力学模拟理论。下面着重介绍排队论的应用。排队论，也称随即服务系统理论，是研究由于随机干扰而导致出现排队现象的规律，以及优化系统以达到提高服务水平的一门理论。排队论主要涉及服务对象的等待时间的概率分布，和服务对象所形成排队的长度的概率分布，通过分析，协调好服务者与服务对象的关系，使系统能够最大限度节省资源的同时，保证服务质量，满足被服务者的需求。排队论最早开始于 20 世纪初的电话服务理论，在二战后，被诸多行业领域所采用。亚当斯首次在 1936 年把排
19、队论用于无信号十字交叉口的行人延误问题的研究中。之后，排队论被广泛用于研究一些需要停车等候的交通设施（如停车场，收费站，信号灯）的设计和管理等方面。近年来，在研究信号灯前的排队现象以及所形成的延误，利用排队论，优化信号灯配时方案，或为路网指定交通控制策略。排队论已成为交通研究者分析研究交通的一大重要内容。2.2 交通量、速度、密度三者关系描述交通流基本特征的宏观指标是交通量、速度、密度三个参数。交通量指单位时间通过某道路断面的交通体的数量，单位通常为“辆 h”或者“辆 (hL)”；速度指“区间平均车速” ，单位通常采用“kmh” ；密度指单位长度道路区段上的车辆数量，单位通常为“辆km ”或者
20、“辆 (kmL)”。在这里，区间平均车速以及密度指标均针对特定的一段道路或一段车道，而交通流量则针对特定的地点。在现实的交通道路中，当道路上进入的车流量突然增多，车流密度就增大，驾驶员就被迫减速。当车辆开始疏散走，车流密度由大变小，车速又会增加。这说明速度、密度和车流量有一定的关系。下面简单列举 4 种速度密度关系式。1、直线关系模型。1933 年格林希尔兹(Greenshields)在对大量观测数据进行分析之后，提出了速度密度的单段式直线关系模型：五邑大学本科毕业设计5(2-1)vabK式中，a 和 b 是常数。当 K=0 时，v 值可以达到理论最高速度，自由速度 vf 代入式(2-1)可得
21、 a=vf。当密度达到最大值，即 K=Kj 时，速度 v=0，代入式(2-2)可得 。将fjbKa=vf、 代入式(2-1)得：fjvbK(2-2)(1)fffj jvK格林希尔兹提出的速度密度的单段式直线关系模型，在车流密度式中的情况下是比较符合实际的。但当车流密度很大或很小时就不适宜使用该模型。2、对数关系模型。当车流密度大时，速度密度的关系用格林伯格(Greenberg)提出的对数模型就比较符合实际，公式为：(2-3)ln()jmK式中，v m为对应最大交通量的速度， Kj为阻塞密度。此模型和交通流拥挤情况的现场数据相符合，但当车流密度小时，就不能用这种关系式。3、指数模型当车流密度小时
22、，安德伍德(Underwood)提出的指数模型比较符合实际，公式为：(2-4)(1)Kjmfe式中，K m为最大交通量时的密度，即临界密度；K j为阻塞密度；v f为自由速度；e 唔自然对数的底数。4、广义速度密度模型(2-5)(1)nfjK2.3 二流理论Prigogine等人在1971年提出含有两种不同流量模式的交通流动力学理论 6。之后，Herman等人于 1979年和1984 年分别根据处理多车道的交通流动力学理论提出了描述城市路网中拥挤流模式的城市交通二流理论。该理论用于描述路网的宏观交通流理论模型，五邑大学本科毕业设计6这个模型已被应用于城市路网情况评价中。“二流”指的是来自交通流
23、中的两类车辆：一是行驶车辆，一是停止车辆。停止车辆指的是在车流中停止行驶的车辆，原因有信号灯、交通标志、临时装载、临时上下客、阻塞等交通事件。但不包含如停车场中的停止车辆、路边长时间的停车等交通流以外的停车 7-8。2.4 本章小结本章先介绍交通流理论以及里面所提及到的速度密度交通量三者的关系。接着介绍一些常见的排队长度的研究方法。接着介绍了Herman等人所提出的交通二流理论。为后文详细讲述模型建立先铺下理论的基础。五邑大学本科毕业设计7第 3 章 当量排队长度模型的建立3.1 车辆当量排队长度当量排队长度与我们平常所了解的排队长度有所区别，它是把交通流中不均匀的过渡部分中的拥挤部分，叠加到
24、原有的排队长度上，形成一种新的排队长度。因此，当量排队长度理应是比实际排队长度要稍长；更重要的是当量排队长度包含有过渡部分的成分，能够更好的表现拥挤路段的交通流状况。现在假设某一路段上有一车流运行，在发生某交通事件（红灯等）后，开始产生排队车队。过程如图3-1所示，断面2至断面1的车流分成三部分：A部分为停车排队队伍，车辆速度为0，交通流密度呈现为阻塞；B部分车辆的车速是变化的，交通流密度也是变化的，车辆速度由车流运行方向逐渐减慢，交通流密度由小逐渐变大；C部分速度最快，交通流密度最小。A和C部分是均匀的，A部分由于全部都是停车排队状态，车速与交通流密度维持不变，而C部分由于不受交通事件影响，
25、驾驶员能自由正常驾驶，所以车辆速度和交通流密度也没有受影响。但B部分属于一种渐变的、过度的非均匀状态，虽然没有停车排队，驾驶员已经不同程度受到交通事件的影响，开始减慢车速，交通密度也开始增大。现实交通中，处于过渡状态的交通流由于不断变化，很难用某种特定的规律对其进行描述，加之难以在实际交通中对这一状态的交通流进行检测，所以对这一交通状态定一个确凿状态较为复杂。然而，实际中交通流在不同时间不同地点往往表现出不同的状态，交通研究者通常不不关心一些瞬间的、短暂的变化，而是关心一个时间段内一条路段内的变化。于是，处理好B部分这一不均匀的过渡部分，从更宏观的角度来描述一条路段交通流的拥挤程度成为了交通研
26、究者的重点了。图3-1 路段上车流的实际运行情况根据二流理论，行驶车辆构成了交通流中的行驶交通流，停止车辆构成了交通流中的拥挤交通流。于是，将图3-1中B部分不均匀的过渡部分看作是A 部分与C 部分的某种加权和，即只含有阻塞排队和自由行驶两种均匀的交通流。由此，将图3-1中实际运行的交通状态转化为图3-2中的只有两种均匀交通流的二流交通状态。从上述的转化的思想来看，二流理论可以用于描述各种阻塞排队现象。五邑大学本科毕业设计8图3-2 路段上车流的二流等价情况前面提及过有两种定义排队的方式，如果采取第二种方式，则需要主观的规定两个速度值，计算得到的排队长度也会随着定义速度值的不同而不同。本文采取
27、第一种方式，把速度为0的车辆排成的车队长度定为排队长度。图3-1中的L A只表示实际交通流A 部分的排队长度，而没有反映出B部分中减速车辆所受交通事件的影响。所以说这种排队模型不能充分宏观地反映该路段交通流的阻塞程度。其实B部分交通流含有两种成分，可以根据某种方法将其划分成拥挤交通流和畅通交通流两种完全不同的交通流。用L A表示当量排队长度，即二流运行交通流中的排队长度。运用流量守恒方程建立当量排队长度模型。如果是多车道路段，由于没办法预测驾驶员换道行为，因此车辆换道可以看作是一个随机事件。针对此问题，采用多车道平均当量排队长度来研究多车道路段的阻塞情况。3.2 单车道的当量排队长度模型根据前
28、面的理论分析，实际的交通流排队模型可以转化为二流运行交通流排队模型，也就是说任意状态下的交通流都能转化成由阻塞交通流和行驶交通流组成的二流交通流。但是，畅通行驶的交通流有很多种状态，选择哪种状态作为本文中的畅通行驶交通流是一个需要考虑的问题。由交通流理论得知，交通流量与车辆密度的关系是一个抛物线的二次函数关系，如图3-3所示。根据图3-3我们可以得出一些交通流与密度的关系特征：当车流密度值为0时交通量为0，密度增大，交通量增大，交通量增加，密度到临界密度时，交通量取最大值；密度再增大，到阻塞密度时，交通量为0（因为车流密度为0时，表明无车辆行驶，交通量为0）；而车流密度达到最大的阻塞密度时，车
29、辆暂时停驶，短时间内交通量为0 9。当车流密度小于临界密度时，表示车道不拥挤的情况，而当车流密度大于临界密度时，则表示车道拥挤的情况。于是，当路段车流密度取得最佳值时，交通流量就能得到最大值，以这个值为分界点，能将交通流状态分成畅通与拥挤两种状态。交通流研究中往往关心的是拥挤交通，当交通信号灯的配时策略方案能应付拥挤交通流时，就一定能满足畅通状态下的交通流的需求。所以把划分拥挤和畅通两种状态的临界密度（即最佳交通流行驶状态）为畅通交通流的标准。五邑大学本科毕业设计9图3-3 交通流量密度曲线图首先研究单一进出口的不可超车的单车道路段，根据能量守恒原理，可知:N0+NU(t)=ND(t)+N(t
30、) (3-1)式中，N 0为初始时刻（即开始数据收集检测，t=0时刻）被测路段（即上下游检测器间）的车辆数；N U(t)为在t时刻通过上游检测器的车辆累计数；N D(t)为在t 时刻通过下游检测器的车辆累计数； N(t)为在t时刻上下游检测器间的车辆数。由图3-2 ，利用二流理论， N(t)又可以推导成下列表达式：N(t)=kjLD(t)+kmL-LD(t) (3-2)式中，L D(t)为上下游检测器之间的当量排队长度； L为上下游检测器之间的距离；k m为该路段的最佳行驶密度；k j为该路段的阻塞密度。联立式(3-1)和式(3-2)，可得到：(3-3)0()()UDmDjNttkLt式(3-
31、3)就是本文所要求得到的基于二流理论的阻塞交通流当量排队长度模型（单车道） 。现讨论式(3-3)的适用范围。若用 k(t)表示在 t 时刻上下游检测器之间的平均交通流密度，则 。从宏观交通流的角度来分析，当 时，上0()()/UDktNttL 0()mkt下游检测器之间的交通流处于非阻塞状态；当 时，上下游检测器间的交通流处于()=mkt最佳行车状态；当 时，上下游检测器间的交通流处于阻塞状态。而事实上，路()mjkt段的排队长度不可能小于 0 也不可能大于路段长度，即 LD(t)服从不等式 。当0()DLt时，L D(t)刚好与 L 相等，当量排队长度达到最大值，即检测路段0()UDjNtt
32、k全段阻塞，车流全进入排队队列中；当 时，L D(t)的值为 0，即没有0()UDmNttk五邑大学本科毕业设计10当量排队长度，该路段处于畅通行驶状态，车辆能自由行驶。上述就是式(3-3)的临界条件。综上所述，式(3-3)的适用条件为 。()mjkt本篇论文仅讨论路段上交通流出现稳定排队后的情况。这时将交通流一分为二，一部分为拥挤交通流，另一部分为畅通交通流。拥挤交通流的长度视作该路段的当量排队长度。这里的拥挤交通流指的是车流达到阻塞而不能行驶；畅通交通流就是车流密度为最佳密度的交通流。在排队趋势刚出现之初，由于路段车流密度不稳定，用此模型计算得出的排队长度并不准确。此模型不适用于畅通路段。
33、根据式(3-3)，使用当量排队长度模型需要数据有 N0，N U(t)，N D(t)，L ，k j 和 km。其中，N 0 和 L 是实际值，可实测得到；k j 和 km 则需要对实际路段进行多次交通调查，统计数据后确定；N 0，N U(t)和 ND(t)则由检测器实时检测获取。 3.3 多车道的当量排队长度模型对于单一入口和单一出口的多车道路段，若交通状况处于阻塞，每一条车道都不存在超车机会，在这种情况下，可以认为该路段不允许换道，把每一条车道看作是多条单车道路段，分别用式(3-3) 的当量排队模型算出各自车道排队长度。但实际中车辆换道是一件很平常的驾驶事件，无法预测哪一辆车在什么时候换进哪一
34、条行车道，这个时候，可以把多路段车道看作是一个车道组，整个车道组就是一个单一进出口的单车道，尽管不能得到每一条车道的当量排队长度，但可以算出一个均值来描述车道组的当量排队长度。在单车道当量排队长度模型的基础上，推算出多车道平均当量排队长度模型，表达式为：(3-4)0U11(i,t)(,)()MDmiiDjNNtkLMLtk式中 为多车道组在 t时刻上下游检测器间平均当量排队长度； 为初始时刻()Dt 0N(t=0)上下游检测器间的所有车道的总车辆数； 为第i条车道，在t 时刻上游检测器的U(,)N累计车辆数； 为第i条车道，在t时刻下游检测器的累计车辆数；M为车道数； 为(,)DN mk平均畅
35、行车流密度（最佳密度）； 为平均阻塞密度。jk与单车道的当量排队长度模型相似，式(3-4)的适用范围为 ，该模型适用()mjkt于车道数不变的多车道路段。若车道数量发生改变，可以分段统计，这样计算每一路段的车道数都是不变的。五邑大学本科毕业设计113.4 模型参数确定上述提到畅通（最佳）密度 以及阻塞密度 需根据实际路段的实际情况而设定。mkjk根据交通流理论里描述的速度与密度关系，可知当车辆的速度为0，意味着进入排队队伍，不能前进，此时道路的交通流密度达到最大值。根据相关研究，该最大密度与驾驶员因素、道路条件等有关。本文定义阻塞密度为160辆 km，而一般出现排队现象时，交通流/状态都是拥挤
36、状态，根据前面提及到交通流理论里，当车流密度大时，速度密度的关系用格林伯格(Greenberg)提出的对数模型比较符合实际。根据(2-3)式，当密度k m取k j/e时，速度就为最佳密度时速度，也就是说，当定义阻塞密度为160辆 km时，最佳密度就取值/为59辆 km。本文所提到的仿真模型里计算当量排队长度时，阻塞密度和最佳密度都是采/用这两个值。由当量排队长度模型可以看出，当量排队长度越长，在检测路段内的车辆数就越多；同时路段内车辆数越多，路段的交通流密度也就越大。根据交通流理论，交通密度是评价道路拥挤程度的重要指标之一。而当量排队长度从侧面上能宏观的反映路段的交通密度。因此，当量排队长度也
37、可以作为评价道路拥挤程度的一项指标。3.5 本章小结本章着重介绍基于二流理论的当量排队长度，用当量排队长度描述各种拥挤交通状态下的交通流排队长度。接着在上述理论基础上推导出单车道的当量排队长度模型和多车道的平均当量排队长度模型，并对其中的参数进行设定。五邑大学本科毕业设计12第 4 章 VISSIM 仿真模型的建立VISSIM是一种基于时间间隔和驾驶行为的、微观的仿真建模工具。自1992进入市场以来，在行业中就处于模拟软件的领先地位。VISSIM是由交通仿真器和信号产生器组成，两者之间通过接口进行数据和信息的交换。该软件既能在线生成，也能离线输出各种统计数据。鉴于VISSIM 的多种优点，本文
38、将利用此软件建立路段仿真模型并进行检验。根据前文所述，本文需要建立两个模拟真实路段的仿真模型，分别为单车道的当量排队长度模型和多车道的平均当量排队模型两个排队长度模型进行数据收集。因此本文仿真的主要内容是运用VISSIM软件铺设一条路段、设置车辆输入、设置信号灯、设置检测器、运行仿真，以及对比实测数据与模型估算的结果作对比，检验理论是否正确。4.1 累计车辆的检测上述提到的当量排队长度模型实时检测需要检测的两个数据 和 ，现介绍()UNtDt数据获取方法。在需要检测的封闭路段的上下游分别各设置一个检测器，间距为 ，上下L游的检测器负责检测记录经过上下游断面的车辆数。假设在t时刻刚好是第 i 个
39、采样周期末，则在t时刻通过上游检测器的累计车辆数为(4-1)()(-1)(UUNiiQi式中， 为第 i 个周期末上游检测器记录到的通过上游断面的累计车辆数；U(i)N为第i-1个周期末上游检测器记录到的通过上游断面的累计车辆数； 为第i个(-1)Ui ()UQ周期内上游检测器检测到的通过上游断面的车辆数。同理，则在 t时刻通过下游检测器的累计车辆数为(4-2)()(1)(DDNtiiQi式中， 为第i个周期末下游检测器记录到的通过下游断面的累计车辆数；()DN为第i-1个周期末下游检测器记录到的通过下游断面的累计车辆数； 为第i个(1)D ()DQ周期内下游检测器检测到的通过下游断面的车辆数
40、。4.2 单车道仿真模型建立4.2.1 路段设置五邑大学本科毕业设计13打开VISSIM, 在界面左侧快捷工具栏中找到“Links&Connectors” ，选中它，在路段的起始位置点击鼠标右键，顺着交通流方向拖行，到达终点时放开鼠标按键，就会呈现如图4-1的界面：图4-1 创建单路段界面从窗口中分别设置路段长度(500m)，宽度等关键参数(3.5m)4.2.2 车辆流入量设置在界面左侧快捷工具栏中找到“Vehicle Input”, 指定需要输入交通流量的路段，双击左键该路段，一个对话窗口会被打开。如图4-2。图4-2 车辆输入参数设置窗口在对话窗口中分别设置车流量（1000辆 h）和仿真时
41、间（0至3600秒）。/另外，需要对车辆的速度进行设置，在界面上方菜单栏点击“Traffic Vehicle Compositions”，新建一个期望速度，设置速度为“75-110km h”，如图4-3/五邑大学本科毕业设计14图4-3 期望速度设置返回图4-2 中的对话框，指定刚设好的期望速度为该车流的速度方案。4.2.3 检测器设置在界面左侧快速工具栏找到“Data Collection Points”，点击后，选择需要设置的路段，在需要设置检测器的位置处右击鼠标，然后会出现一个对话框，在对话框里设置好检测器的位置，如图4-4。图4-4 上游检测器设置由图4-4 可知，上游的检测器设置在2
42、50m处，另一个检测器（下游）则设置在 450m处，设置方式一样，如图4-5。五邑大学本科毕业设计15图4-5 下游检测器设置4.2.4 排队计数器设置在界面左侧快速工具栏找到“Queue Counters”，左击鼠标选择设置的路段，再在需要设置排队计数器的地方右击鼠标，会出现一个对话框，如图4-6。图4-6 排队计数器设置因为此路段末处、离路段开始端450m有一个信号灯，所以 450m处是排队的前段，所以把排队计数器设置在450m处，也就是路段的末端。4.2.5 设置评价文件须对评价文件进行设置，才能将仿真的数据记录下来。在界面上方菜单栏点击“Evaluation File”，把“Data
43、collection”“Queue length”两项勾上，并分别点击“Configuration” 进行设置，在“Data Collection”对话框里，把“Interval” 一项的参数设置成60，这是因为信号灯一个周期为60秒，这里是配合信号周期，每60秒统计一次数据。如图4-7，图4-8。五邑大学本科毕业设计16图4-7 设置检测器评价文件图4-8 设置排队长度评价文件在进行仿真过后，在文件夹中会出现后缀为“mes”文件（记录上下游的检测器所记录的车辆数）和 “stz”文件（记录排队长度），可以用记事本打开查看。4.2.6 信号灯设置VISSIM软件里对信号灯的设置一般有3个步骤，先
44、对信号参数进行设置，在安放好信号灯的位置，再处理好冲突位置的优先权。这里只需做前两步。在界面上方点击“Signal Control Edit Controllers”，设置好基本名称等，点击“Edit Signal Control”对信号灯进行配时设置，红灯时长37 秒，绿灯时长为20秒，黄灯时长为3秒。如图4-9 ，图4-10和图4-11 ：五邑大学本科毕业设计17图4-9 信号灯控制设置图4-10 信号灯组设置五邑大学本科毕业设计18图4-11 信号灯配时方案设置最后设置好信号灯的位置，点击界面左侧快速工具栏的“Signal Heads”,左击鼠标选定路段，再右击鼠标选择信号灯设置位置，此
45、时会弹出一个对话框，设置好相关参数。如图4-12 。图4-12 信号灯相关设置4.3 双车道仿真模型建立多车道的仿真设置与单车道的同理，但里面的很多参数设置并不相同。本文建立一个双车道拥挤路段来进行仿真，为多车道的平均当量排队模型的计算收集数据。4.3.1 双车道仿真道路设置五邑大学本科毕业设计19与单车道类似，点击“Links&Connectors” ，按住鼠标右键拖动画出路段，之后也会出现一个对话框，在“No. of Lanes”一项中，将参数设置成“2”，表示这是一条有两条路段的双路段，如图4-13。图4-13 创建双路段4.3.2 设置车流源输入双车道中的车流源参数不同于单路段的，有必
46、要重新设置。先对车流的期望速度进行设置。在界面上方的菜单栏里按顺序点击“Traffic Vehicle Compositions”，设置一个新的速度方案，命名为“2ndFlow”，速度为75-110km/h,如图4-14。图4-14 双路段上的期望速度设置点击界面左侧快速工具栏里的“Vehicle Input”，单击选定路段，再右击鼠标一下，就会出现一个对话框，把车流量设置成2000辆/h，期望速度方案选择 “2ndFlow”，如图4-15。五邑大学本科毕业设计20图4-15 车辆输入参数设置4.3.3 车辆检测器设置点击左侧快速工具栏里的“Data Collection Points”，左击
47、鼠标选定需要设置的路段，右击鼠标选定安放的位置，此时会出现一个对话窗口，对各个检测器进行设置。如图4-16,图4-17, 图4-18,图4-19。图4-16 路段1上游检测器设置 图4-17 路段1下游检测器设置五邑大学本科毕业设计21图4-18 路段2上游检测器设置 图4-19 路段2下游检测器设置4.3.4 双车道的排队计数器设置点击界面左侧快速工具栏里的“Queue Counters”，单击鼠标左键选定需要设定的路段，右击鼠标选定安放排队计数器的位置，因为离此双路段的头端450m 处是信号灯，停车排队由此处开始，所以在此处设置排队计数器。如图4-20。图4-20 排队计数器设置4.3.5
48、 设置评价文件与单车道路段仿真一样，双车道路段的仿真也需要设置评价文件，才能查看收集得到的数据。点击界面上方菜单栏的“Evaluation File”，将对话框里的“Data collection”“ Queue length”两项勾上，并分别点击“Configuration”进行设置，在“Data Collection”对话框里，先对“Interval”一项中的参数设置为80，因为一个信号周期为80秒，所以设置成80秒统计一次数据。在分别对4个检测器设置成收集车辆数的功能。同理，也需要把排队计数器设置成每80秒统计一次数据。如图4-21，图4-22。五邑大学本科毕业设计22图4-21 设置检
49、测器评价文件图4-22 设置排队长度评价文件仿真结束后，以文档（txt格式）打开后缀名为“mes”和“stz”查看车辆数和排队长度。4.3.6 信号灯设置五邑大学本科毕业设计23双车道路段的信号灯设置需要两个信号灯组和配时方案（不能共用一个），所以设置两个一样的配时方案。也是按照先对信号参数进行设置，再安放好信号灯的位置的顺序设置信号灯。在界面上方菜单栏点击“Signal Control Edit Controllers” 设置好基本名称等，点击“Edit Signal Control”对信号灯进行配时设置，灯时长 47秒，绿灯时长为30秒，黄灯时长为3秒。如图4-23，图4-24 ，图 4-25，图4-26 ，图4-27 ，图4-28。图4-23 信号灯1控制设置图4-24 信号灯1组设置五邑大学本科毕业设计24图4-25 信号灯1配时方案设置图4-26 信号灯2控制设置图4-27 信号灯2配时方案设置五邑大学本科毕业设计25图4-28 信号灯2配时方案设置在设置下信号灯的位置，点击界面左侧快速工具栏的“Signal Heads”,
