CN103077275B - 高速公路匝道仿真模型的参数标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速公路匝道仿真模型的参数标定方法，该方法包括如下步骤：（1）数据采集，建立高速公路匝道VISSIM仿真模型；（2）对步骤（1）建立的高速公路匝道VISSIM仿真模型中的车辆跟驰模型、车道变换模型以及优先规则模型所包含的参数进行敏感性分析；（3）参数标定；（4）模型验证。本发明的参数标定方法不仅包括对微观交通仿真软件（VISSIM）中影响车辆行驶、驾驶员行为的参数进行标定，而且还包括对微观交通仿真软件（VISSIM）、冲突分析软件（SSAM）中影响仿真冲突类型与次数的参数进行标定。

Description

高速公路匝道仿真模型的参数标定方法

技术领域

本发明属于交通仿真领域，具体涉及一种利用微观仿真软件VISSIM和冲突分析软件SSAM对高速公路匝道仿真模型的参数进行标定的方法。

背景技术

在交通工程领域，不断成熟的微观仿真技术得到了广泛的应用，特别是在高速公路匝道的研究方面，逐渐形成了利用微观仿真技术模拟高速公路匝道实际交通状况的参数标定流程。但是工程实践表明，传统的仅针对车辆运行模拟的高速公路匝道模型参数标定流程不能很好的刻画实际的道路交通运行状况，尤其是在对驾驶员行为以及车辆间的交通冲突方面存在很大的缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够兼顾高速公路匝道车辆运行、驾驶员行为以及车辆间交通冲突仿真的参数标定方法。

为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案如下：

一种高速公路匝道仿真模型的参数标定方法，该方法包括如下步骤：

（1）采集数据，利用采集的数据建立高速公路匝道VISSIM仿真模型；

（2）对步骤（1）建立的高速公路匝道VISSIM仿真模型中的车辆跟驰模型、车道变换模型以及优先规则模型所包含的参数进行敏感性分析，根据车辆平均行驶时间T_sim和仿真冲突数C_sim，分析参数变化的敏感性，将被分析的参数分为以下三类：第一类，对车辆平均行驶时间T_sim敏感的参数；第二类，对仿真冲突数C_sim敏感的参数；第三类，对车辆平均行驶时间T_sim和仿真冲突数C_sim都不敏感的参数；

（3）参数标定，得到最优的第一类参数的参数值和最优的第二类参数的参数值；

（4）模型验证。

其中，步骤（1）具体包含如下步骤：

a、首先，采集的数据包括高速公路主路几何尺寸、高速公路主路交通流量、高速公路主路车速、高速公路主路大小车比例、高速公路匝道几何尺寸、高速公路匝道交通流量、高速公路匝道车速、高速公路匝道大小车比例以及交通冲突数据，将上述采集得到是数据分为两部分，一部分用于本发明步骤（3）的参数标定4步、一部分用于本发明步骤（5）的模型验证；

b、接着，根据高速公路匝道航拍图或高速公路匝道CAD图建立高速公路匝道VISSIM仿真模型，并定义仿真模型中的交通流量信息、车速信息以及大小车比例信息。

其中，步骤（2）中，所述车辆平均行驶时间T_sim是利用微观仿真软件VISSIM对被分析的参数在其设定的变化区间内连续变化运行仿真实验后输出得到的，所述微观仿真软件VISSIM在输出所述车辆平均行驶时间T_sim的同时还输出车辆轨迹文件，所述仿真冲突数C_sim是利用冲突分析软件SSAM对所述车辆轨迹文件进行分析得到。

其中，步骤（3）中，参数的标定采用如下方法：

首先，利用公式（1）进行遗传算法，对第一类参数进行优化：

$F1=\frac{T_{\mathrm{field}}}{|T_{\mathrm{sim}}-T_{\mathrm{field}}|}---\left(1\right),$

其中，F1为T_sim的目标函数，T_field代表实测的车辆平均行驶时间，T_sim代表车辆平均行驶时间；

当目标函数值F1大于20时，结束遗传算法，得到最优的第一类参数的参数值；

接着，将上述最优的第一类参数的参数值代入模型，根据公式（2）对第二类参数运用遗传算法进行优化：

$F2=\frac{C_{\mathrm{field}}}{\left|C_{\mathrm{sim}}{-C}_{\mathrm{field}}\right|}---\left(2\right),$

其中，F2为C_sim的目标函数，C_field代表实测冲突数，C_sim代表仿真冲突数；

当目标函数值F2大于20时，结束遗传算法，得到最优的第二类参数的参数值。

其中，步骤（4）中，模型采用如下步骤验证：

首先，利用步骤（1）采集的数据重新建立高速公路匝道VISSIM仿真模型；

接着，根据步骤（3）得到的最优的第一类参数的参数值和最优的第二类参数的参数值，对上述模型进行修正；

最后，运行修正后的仿真模型，通过公式（2）计算目标函数F2的值，若F2值小于20，则重复实施步骤（2）、（3）和（4），直到运行修正后的仿真模型计算出的F2值大于或等于20，结束。

有益效果：本发明的参数标定方法不仅包括对微观交通仿真软件（VISSIM）中影响车辆行驶、驾驶员行为的参数进行标定，而且还包括对微观交通仿真软件（VISSIM）、冲突分析软件（SSAM）中影响仿真冲突类型与次数的参数进行标定。本发明在现有的微观交通仿真参数标定方法的基础上，提出了针对高速公路匝道仿真的参数标定方法，能够同时兼顾高速公路匝道车辆运行、驾驶员行为以及车辆间的交通冲突，克服了过去传统参数标定方法只针对车辆运行、不考虑冲突次数的缺陷，使得仿真结果更加精确，稳定，在利用微观仿真软件（VISSIM）进行高速公路匝道设计方案进行研究方案具有实际工程的运用价值。

附图说明

图1为本发明所述高速公路匝道仿真模型的参数标定方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

一种高速公路匝道仿真模型的参数标定方法，该方法包括如下步骤：

步骤（1），数据采集，利用采集的数据建立高速公路匝道VISSIM仿真模型。

采集国内某高速公路某匝道处的2个工作日各2个小时，共计4个小时的高速公路主路几何尺寸、高速公路主路交通流量、高速公路主路车速、高速公路主路大小车比例、高速公路匝道几何尺寸、高速公路匝道交通流量、高速公路匝道车速、高速公路匝道大小车比例以及交通冲突数据；

应用上述采集到的其中1个工作日的2个小时的数据建立高速公路匝道VISSIM仿真模型，对高速公路匝道VISSIM仿真模型中的交通流量、车速以及大小车比例信息进行定义。

步骤（2），对上述步骤建立的高速公路匝道VISSIM仿真模型中的车辆跟驰模型、车道变换模型以及优先规则模型所包含的所有22个参数进行敏感性分析。

对被分析参数进行敏感性分析时，控制其他参数采用软件默认缺省值，而根据经验和国内外研究成果设定该参数的变化区间；

被分析的参数在其设定的变化区间内连续变化，运行仿真实验，同时每次仿真结束后利用微观仿真软件VISSIM自带的输出功能输出车辆平均行驶时间T_sim以及车辆轨迹文件，并利用冲突分析软件SSAM对车辆轨迹文件进行分析得到仿真冲突数C_sim；

根据车辆平均行驶时间T_sim和仿真冲突数C_sim随被分析参数变化而变化的情况，即车辆平均行驶时间T_sim和仿真冲突数C_sim受被分析参数变化的影响程度，将所有参数分为以下三类：第一类参数（即上层参数），对车辆平均行驶时间T_sim敏感的参数；第二类参数（即下层参数），对仿真冲突数C_sim敏感的参数；第三类，对这两者都不敏感的参数。所有参数的缺省值、变化区间及最终分析结果如表1所示。

表1敏感性分析结果

步骤（3），参数标定，得到最优的第一类参数的参数值和最优的第二类参数的参数值。

对步骤（2）选择出的第一类参数（包括CC0，CC1），进行适合于遗传算法的编码，根据公式（1）计算优化目标函数F1的值，当F1值大于或等于20时，结束遗传算法，此时CC0和CC1的值分别取为1.3m和0.3sec，将其代入模型；

对步骤（2）选择出的第二类参数（包括CC3，SafetyDistanceReductionFactor，和MinGapTime），进行适合于遗传算法的编码，根据公式（2）计算优化目标函数F2的值，当F2值大于或等于20时，结束遗传算法，此时CC3，SafetyDistanceReductionFactor，和MinGapTime的值分别取为-6sec，0.1和2.1sec。

步骤（4），模型验证。

应用步骤（1）采集得到的另1个工作日的2个小时的数据重新建立高速公路匝道VISSIM仿真模型，对高速公路匝道VISSIM仿真模型中的交通流量、车速以及大小车比例信息进行重新定义；

根据步骤（3）得到的最优的第一类参数的参数值和最优的第二类参数的参数值，对高速公路匝道VISSIM仿真模型中的参数进行修正，即将CC0，CC1，CC3，SafetyDistanceReductionFactor和MinGapTime的值分别修改为1.3m，0.3sec，-6sec，0.1和2.1sec；

运行仿真，利用微观仿真软件VISSIM自带的输出功能输出车辆轨迹文件，运用冲突分析软件SSAM对车辆轨迹文件进行分析，得到仿真冲突数C_sim，其中C_sim=11，实测冲突数C_field为12，则根据公式（2）得，

$F2=\frac{C_{\mathrm{field}}}{|C_{\mathrm{sim}}-C_{\mathrm{field}}|}=\frac{24}{|23-24|}=24\≥20$

F2值大于20，仿真结果稳定，结束参数标定过程。最终参数设置值如表2所示。

表2参数标定结果

Claims (3)

1.一种高速公路匝道仿真模型的参数标定方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

(1)采集数据，利用采集的数据建立高速公路匝道VISSIM仿真模型；

(2)对步骤(1)建立的高速公路匝道VISSIM仿真模型中的车辆跟驰模型、车道变换模型以及优先规则模型所包含的参数进行敏感性分析，根据车辆平均行驶时间T_sim和仿真冲突数C_sim，分析参数变化的敏感性，将被分析的参数分为以下三类：第一类，对车辆平均行驶时间T_sim敏感的参数；第二类，对仿真冲突数C_sim敏感的参数；第三类，对车辆平均行驶时间T_sim和仿真冲突数C_sim都不敏感的参数；

(3)参数标定，采用两轮遗传算法得到最优的第一类参数的参数值和最优的第二类参数的参数值；

(4)模型验证；

上述步骤(3)中，参数的标定采用如下方法：

首先，利用公式(1)进行遗传算法，对第一类参数进行优化：

$F1=\frac{T_{field}}{|T_{sim}-T_{field}|}---\left(1\right)$

其中，F1为T_sim的目标函数，T_field代表实测的车辆平均行驶时间，T_sim代表车辆平均行驶时间；

当目标函数值F1大于20时，结束遗传算法，得到最优的第一类参数的参数值；

接着，将上述最优的第一类参数的参数值代入模型，根据公式(2)对第二类参数运用遗传算法进行优化：

$F2=\frac{C_{field}}{|C_{sim}-C_{field}|}---\left(2\right)$

其中，F2为C_sim的目标函数，C_field代表实测冲突数，C_sim代表仿真冲突数；

当目标函数值F2大于20时，结束遗传算法，得到最优的第二类参数的参数值；

上述步骤(4)中，模型采用如下步骤验证：

首先，利用步骤(1)采集的数据重新建立高速公路匝道VISSIM仿真模型；

接着，根据步骤(3)得到的最优的第一类参数的参数值和最优的第二类参数的参数值，对上述模型进行修正；

最后，运行修正后的仿真模型，通过公式(2)计算目标函数F2的值，若F2值小于20，则重复实施步骤(2)、(3)和(4)，直到运行修正后的仿真模型计算出的F2值大于或等于20，结束。

2.根据权利要求1所述的高速公路匝道仿真模型的参数标定方法，其特征在于：步骤(1)具体包含如下步骤：

a、首先，采集的数据包括高速公路主路几何尺寸、高速公路主路交通流量、高速公路主路车速、高速公路主路大小车比例、高速公路匝道几何尺寸、高速公路匝道交通流量、高速公路匝道车速、高速公路匝道大小车比例以及交通冲突数据；

b、接着，根据高速公路匝道航拍图或高速公路匝道CAD图建立高速公路匝道VISSIM仿真模型，并定义仿真模型中的交通流量信息、车速信息以及大小车比例信息。

3.根据权利要求1所述的高速公路匝道仿真模型的参数标定方法，其特征在于：步骤(2)中，所述车辆平均行驶时间T_sim是利用微观仿真软件VISSIM对被分析的参数在其设定的变化区间内连续变化运行仿真实验后输出得到的，所述微观仿真软件VISSIM在输出所述车辆平均行驶时间T_sim的同时还输出车辆轨迹文件，所述仿真冲突数C_sim是利用冲突分析软件SSAM对所述车辆轨迹文件进行分析得到。