CN110211447A - 一种批量微观交通仿真实验自动化实现方法及系统 - Google Patents

一种批量微观交通仿真实验自动化实现方法及系统 Download PDF

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周晨静
戴冀峰
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Abstract

本发明提供一种批量微观交通仿真实验自动化实现方法及系统，所述方法包括步骤制定仿真方案参数组合、制定仿真方案名称、自动生成仿真文件、自动运行仿真文件，所述系统用于运行所述方法。本发明能够实现微观交通仿真工作自动化赋值模型参数及仿真文件自动化运行，可以大幅度减少工作时长，节省工作成本，还可以避免人为操作错误而导致的整体实验结果出现偏差，对基于微观仿真技术的交通研究、微观仿真模型参数敏感性研究、微观仿真模型参数标定、交通设计方案仿真评价等领域中需要开展大量仿真实验的工作，可以显著提升实验效率，大幅度减少实验时长，减少实验人员工作强度，提高实验准确性。

Description

一种批量微观交通仿真实验自动化实现方法及系统
技术领域
本发明涉及仿真实验领域，具体涉及一种批量微观交通仿真实验自动化实现方法及系统。
背景技术
相比于传统教学工具，微观交通仿真技术可以有效描述多变、复杂随机过程，克服了现有教学工具难以准确描述和确定单体交通行为规律，更难以由单体交通行为规律推导出整个系统运行特性的缺点，逐渐成为研究高纬度多变量、复杂随机性强的道路交通系统的有力工具。同时，微观交通仿真技术可以模拟现实未实施或正在实施的工程方案，可以协助工程设计与管理人员识别工程方案实施后存在的潜在问题，明晰设计方案存在的具体缺陷，提出项目实施过程中修正预案。由此，微观交通仿真技术在交通工程实践领域也得到了大量应用。
虽然交通仿真工具可以协助交通理论研究与工程应用人员获取交通运行数据，节省大量现场勘查时间，但是交通行业对微观交通仿真技术应用准确性和全面性提出了较高要求。
首先在微观交通仿真技术应用准确性上，仿真模型标定是首要解决难题。通常微观仿真模型参数标定需要通过现场宏观数据采集以获取标定目标值，然后不断调整优化仿真模型参数，使得仿真输出结果与宏观数据采集值误差最小。常用微观仿真模型参数有10-14个，若每一参数选择5个水平，在不考虑交叉影响条件下至少开展250-350次仿真实验（每组取5种随机种子）。若每次参数调整耗费2分钟，那么将耗费500-700分钟时间，且存在因长时间重复而产生参数调整错误的现象。
在微观交通仿真技术应用全面性上，更加突出减轻仿真工作量引起的工作强度大的必要性。由于仿真技术能够实现交通设施设计参数在大范围内变化的影响分析，那么仿真技术模拟不同交通流状态下不同设计方案的科学与合理性成为常见业务。若交通流流量状态取5个水平，设施设计长度取10个水平，随机种子取5个水平，将会产生250组实验工作。
实现微观交通仿真工作自动化赋值模型参数、自动化运行是微观交通仿真研究与应用领域急需的技术方法，不仅能够大幅度减少工作时长节省工作成本，还可避免人为操作错误而导致整体实验结果出现偏差的现象。
发明内容
基于以上实际需求，本发明提供一种可以极大地提高微观仿真实验效率，降低人为误差的批量微观交通仿真实验自动化实现方法及系统。
一种批量微观交通仿真实验自动化实现方法，包括：
制定仿真方案参数组合；
制定仿真方案名称；
自动生成仿真文件；
自动运行仿真文件。
优选的是，制定好的仿真方案参数组合存储于表格中形成仿真方案参数组合表。
上述任一方案优选的是，所述仿真方案参数组合包括拟调整仿真参数的名称和取值。
上述任一方案优选的是，所述拟调整仿真参数的名称与批量微观交通仿真实验所用仿真软件的参数名称一致。
上述任一方案优选的是，制定好的仿真方案名称存储于表格中形成仿真方案名称表。
上述任一方案优选的是，所述仿真方案名称表存储有仿真方案的存放路径和与仿真方案对应的仿真文件名称。
上述任一方案优选的是，所述与仿真方案对应的仿真文件名称包括与批量微观交通仿真实验所用仿真软件相应的后缀名。
上述任一方案优选的是，所述仿真方案名称表与所述仿真方案参数组合表存储在同一表格中。
上述任一方案优选的是，所述仿真方案名称表与所述仿真方案参数组合表存储在不同表格中。
上述任一方案优选的是，所述自动生成仿真文件包括步骤：
定义拟调整仿真参数数组；
为所述仿真参数数组赋值；
根据仿真参数数组值生成仿真文件。
上述任一方案优选的是，所述拟调整仿真参数数组维数与所述仿真方案参数组合表中的拟调整仿真参数的个数一致。
上述任一方案优选的是，根据所述仿真方案参数组合表中的拟调整仿真参数取值为所述仿真参数数组赋值。
上述任一方案优选的是，根据仿真参数数组值生成仿真文件包括步骤：
以文本格式打开批量微观交通仿真实验所用仿真软件的初始仿真文件；
将所述仿真参数数组中的元素的取值赋值给初始仿真文件中相应的参数，形成新的仿真文件；
将新形成的仿真文件以所述仿真方案名称表中的仿真文件名称及存储路径存储。
上述任一方案优选的是，自动运行仿真文件包括步骤：
加载批量微观交通仿真实验所用仿真软件的接口；
调用仿真方案名称表，按照仿真方案名称表中的路径打开自动生成的仿真文件；
运行仿真文件，自动存储实验数据；
打开下一仿真文件并运行，直至所有仿真文件运行完成。
本发明的另一方面提供一种批量微观交通仿真实验自动化实现系统，用于执行上述方法，包括：
存储单元，用于存放仿真方案参数组合、仿真方案名称和仿真实验数据；
运行单元，用于自动生成仿真文件和自动运行仿真文件。
优选的是，所述仿真方案参数组合存储于所述仿真方案参数组合表中。
上述任一方案优选的是，所述仿真方案参数组合包括拟调整仿真参数的名称和取值。
上述任一方案优选的是，所述拟调整仿真参数的名称与批量微观交通仿真实验所用仿真软件的参数名称一致。
上述任一方案优选的是，所述仿真方案名称存储于所述仿真方案名称表中，包括仿真方案的存放路径和与仿真方案对应的仿真文件名称。
上述任一方案优选的是，所述与仿真方案对应的仿真文件名称包括与批量微观交通仿真实验所用仿真软件相应的后缀名。
上述任一方案优选的是，所述运行单元自动生成仿真文件的步骤包括：
定义拟调整仿真参数数组；
为所述仿真参数数组赋值；
根据仿真参数数组值生成仿真文件。
上述任一方案优选的是，所述拟调整仿真参数数组维数与所述仿真方案参数组合表中的拟调整仿真参数的个数一致。
上述任一方案优选的是，根据所述仿真方案参数组合表中的拟调整仿真参数取值为所述仿真参数数组赋值。
上述任一方案优选的是，根据仿真参数数组值生成仿真文件包括步骤：
以文本格式打开批量微观交通仿真实验所用仿真软件的初始仿真文件；
将所述仿真参数数组中的元素的取值赋值给初始仿真文件中相应的参数，形成新的仿真文件；
将新形成的仿真文件以所述仿真方案名称表中的仿真文件名称及存储路径存储。
上述任一方案优选的是，所述运行单元自动运行仿真文件包括步骤：
加载批量微观交通仿真实验所用仿真软件的接口；
调用仿真方案名称表，按照仿真方案名称表中的路径打开自动生成的仿真文件；
运行仿真文件，自动存储实验数据；
打开下一仿真文件并运行，直至所有仿真文件运行完成。
本发明的批量微观交通仿真实验自动化实现方法及系统能够实现微观交通仿真工作自动化赋值模型参数及仿真文件自动化运行，可以大幅度减少工作时长节省工作成本，还可以避免人为操作错误而导致的整体实验结果出现偏差，对基于微观仿真技术的交通研究、微观仿真模型参数敏感性研究、微观仿真模型参数标定、交通设计方案仿真评价等领域中需要开展大量仿真实验的工作，可以显著提升实验效率，大幅度减少实验时长，减少实验人员工作强度，提高实验准确性。
附图说明
图1为按照本发明的批量微观交通仿真实验自动化实现方法的一优选实施例的流程示意图。
图2为按照本发明的批量微观交通仿真实验自动化实现方法的另一实施例的仿真场景图。
图3为按照本发明的批量微观交通仿真实验自动化实现方法的如图2所示实施例的仿真方案配时示意图。
图4为按照本发明的批量微观交通仿真实验自动化实现方法的如图2所示实施例的仿真方案参数组合表局部示意图。
图5为按照本发明的批量微观交通仿真实验自动化实现方法的如图2所示实施例的仿真方案名称表局部示意图。
图6为按照本发明的批量微观交通仿真实验自动化实现方法的如图2所示实施例的仿真方案参数取值水平示意图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合具体实施例对本发明作详细说明。
实施例1
如图1所示，一种批量微观交通仿真实验自动化实现方法，包括步骤：
S1、制定仿真方案参数组合；
S2、制定仿真方案名称；
S3、自动生成仿真文件；
S4、自动运行仿真文件。
所述步骤S1中，制定好的仿真方案参数组合存储于表格中形成仿真方案参数组合表，所述仿真方案参数组合包括拟调整仿真参数的名称和取值，所述拟调整仿真参数的名称与批量微观交通仿真实验所用仿真软件的参数名称一致。
所述步骤S2中，制定好的仿真方案名称存储于表格中形成仿真方案名称表，所述仿真方案名称表存储有仿真方案的存放路径和与仿真方案对应的仿真文件名称，所述与仿真方案对应的仿真文件名称包括与批量微观交通仿真实验所用仿真软件相应的后缀名。
所述仿真方案名称表与所述仿真方案参数组合表为同一表格或不同表格。
所述步骤S3、自动生成仿真文件包括步骤：
S31、定义拟调整仿真参数数组；
S32、为所述仿真参数数组赋值；
S33、根据仿真参数数组值生成仿真文件。
步骤S31中，所述拟调整仿真参数数组维数与所述仿真方案参数组合表中的拟调整仿真参数的个数一致。步骤S32中根据所述仿真方案参数组合表中的拟调整仿真参数取值为所述仿真参数数组赋值。步骤S33中，根据仿真参数数组值生成仿真文件包括步骤：以文本格式打开批量微观交通仿真实验所用仿真软件的初始仿真文件；将所述仿真参数数组中的元素的取值赋值给初始仿真文件中相应的参数，形成新的仿真文件；将新形成的仿真文件以所述仿真方案名称表中的仿真文件名称及存储路径存储。
所述步骤S4、自动运行仿真文件包括步骤：
S41、加载批量微观交通仿真实验所用仿真软件的接口；
S42、调用仿真方案名称表，按照仿真方案名称表中的路径打开自动生成的仿真文件；
S43、运行仿真文件，自动存储实验数据；
S44、打开下一仿真文件并运行，直至所有仿真文件运行完成。
实施例2
一种批量微观交通仿真实验自动化实现系统，用于执行上述方案，包括：
存储单元，用于存放仿真方案参数组合、仿真方案名称和仿真实验数据；
运行单元，用于自动生成仿真文件和自动运行仿真文件。
所述存储单元存储有仿真方案参数组合表和仿真方案名称表，所述仿真方案参数组合表存储制定好的仿真方案参数组合，所述仿真方案参数组合包括拟调整仿真参数的名称和取值；所述拟调整仿真参数的名称与批量微观交通仿真实验所用仿真软件的参数名称一致，所述仿真方案名称表存储制定好的仿真方案名称，包括仿真方案的存放路径和与仿真方案对应的仿真文件名称。
所述运行单元自动生成仿真文件的步骤包括：
定义拟调整仿真参数数组；
为所述仿真参数数组赋值；
根据仿真参数数组值生成仿真文件。
所述拟调整仿真参数数组维数与所述仿真方案参数组合表中的拟调整仿真参数的个数一致。根据所述仿真方案参数组合表中的拟调整仿真参数取值为所述仿真参数数组赋值。根据仿真参数数组值生成仿真文件包括步骤：以文本格式打开批量微观交通仿真实验所用仿真软件的初始仿真文件；将所述仿真参数数组中的元素的取值赋值给初始仿真文件中相应的参数，形成新的仿真文件；将新形成的仿真文件以所述仿真方案名称表中的仿真文件名称及存储路径存储。
所述运行单元自动运行仿真文件包括步骤：
加载批量微观交通仿真实验所用仿真软件的接口；
调用仿真方案名称表，按照仿真方案名称表中的路径打开自动生成的仿真文件；
运行仿真文件，自动存储实验数据；
打开下一仿真文件并运行，直至所有仿真文件运行完成。
实施例3
批量微观交通仿真实验采用仿真软件VISSIM进行。根据需要设置仿真场景，如在某次仿真实验中，仿真场景如图2所示，交叉口入口车道长度均为500m，各方向入口车道均为1条左转车道、两条直行车道和1条右转车道，车道宽度均为3.5m。各入口交通量选取900pcu/h（标准车当量数/小时）和1500pcu/h两种水平进行分析，交通流向比（左转：直行：右转）均为4:4:1，车辆运行期望车速为40~45km/h。
根据需要设置信号控制方案，如某次仿真实验中信号控制方案采用周期时长为120秒的四相位配时方案，如图3所示，东西直行相位绿灯+黄灯40s、东西左转相位绿灯+黄灯20s、南北直行相位绿灯+黄灯40s、南北左转相位绿灯+黄灯20s，共120s。
通过仿真实验对微观仿真参数的敏感性进行研究，微观仿真参数至少选取一个，至少有一种取值，如在某次仿真实验中，选取微观仿真参数：面向前可视车辆数（N_pr）、最大前视距离（OB_d）、平均停车间距（AX_average）、安全距离附加部分（BX_add）、安全距离倍数部分（BX_mult）、等待消失时间（T_dis）、前后车最大减速度（ACC_max）、前后车可接受减速度（ACC_ac）、单位速度变化距离（D）、最小换道间隙（GAP_min）、协同减速度（CO_ac）、换道安全系数（ABX）等12个参数对交通运行延误、行程时间、流量、排队长度等指标的影响。
根据实际需要，设计每个仿真方案中各个参数的取值，每个仿真方案的仿真时长、随机种子水平等，如将每个微观仿真参数在其取值范围内10等分，使每个微观仿真参数具有11个取值水平，仿真过程中每次只变化1个参数，每一仿真方案的仿真时长设置为3600s，仿真随机种子选取20、60、100、140、180五个水平；设计针对每个仿真方案输出入口道600-3000s交通总流量、600-3000s内车辆平均运行延误、600-3000s内直行车辆平均行程时间及600-3000s内车辆平均排队长度等指标。
根据上述实验设计，将制定的仿真方案参数组合存储于表格中形成仿真方案参数组合表，如图4所示，所述仿真方案参数组合表包括拟调整仿真参数的名称和取值。所述拟调整仿真参数的名称与仿真软件VISSIM中的参数名称一致，存储于所述仿真方案参数组合表第一行，第二行开始存储仿真方案中各仿真参数的取值，第二行开始每一行为一个仿真方案的一组参数取值。
制定仿真方案名称并存储于表格中形成仿真方案名称表，如图5所示，所述仿真方案名称表存储有仿真方案的存放路径和与仿真方案对应的仿真文件名称，所述与仿真方案对应的仿真文件名称包括与批量微观交通仿真实验所用仿真软件VISSIM相应的后缀名，且每个仿真方案名称互不相同。在所述仿真方案名称表中，所述仿真方案存放路径与所述仿真文件具体名称存储为一列。也可以在所述仿真方案名称表中，所述仿真方案存放路径为一列，所述仿真文件具体名称为另一列。所述仿真方案名称表行数等于所述仿真方案参数组合表行数-1，用于保证每一组仿真方案参数组合都有唯一的仿真方案名称与之对应。
所述仿真方案名称表可以与所述仿真方案参数组合表存储于同一表格中不同的位置，也可以与所述仿真方案参数组合表存储于不同的表格中。可以采用EXCEL表格、WORD表格或者通用的数据库存储所述仿真方案参数组合和所述仿真方案名称。
按照已经制定的仿真方案参数组合，在选择一个随机因子的情况下需要开展12*11=132次仿真实验，若逐次手动调整每个仿真方案的参数将带来巨大的工作量，且容易出现错误。利用VBA工具加载VISSIM内容的COM接口程序，进行仿真文件自动生成及仿真文件自动运行。
进行仿真文件自动生成时，首先打开仿真软件VISSIM的初始仿真文件，该初始仿真文件为依据道路条件、控制条件、流量调整等仿真条件构建的，其内部存储有设定的12个仿真参数。借用VBA工具定义拟调整仿真参数数组，数据的维数与所述仿真方案参数组合表中的拟调整仿真参数的个数一致。然后从第二行开始，以行为单位，根据所述仿真方案参数组合表中的拟调整仿真参数取值为所述仿真参数数组赋值。最后以文本格式打开批量微观交通仿真实验所用仿真软件的初始仿真文件；将所述仿真参数数组中的元素的取值赋值给初始仿真文件中相应的参数，形成新的仿真文件；将新形成的仿真文件以所述仿真方案名称表中的仿真文件名称及存储路径存储。如将根据所述仿真方案参数组合表中第二行的参数形成的仿真文件命名为101.inp，存放在F：\file\mysimulation路径下，将根据所述仿真方案参数组合表中第三行的参数形成的仿真文件命名为102.inp，也存放在F：\file\mysimulation路径下。
进行仿真文件自动运行时，借用VBA工具，加载VISSIM仿真模型COM接口；调用仿真方案名称表，按照仿真方案名称表中的路径打开自动生成的仿真文件；运行仿真文件，自动存储实验数据；打开下一仿真文件并运行，直至所有仿真文件运行完成。
按照上述参数组合设计，若手动进行参数调整及仿真文件生成，每个仿真文件参数设置需要用时3分钟，保存关闭仿真文件并打开下一仿真文件用时2分钟，形成全部仿真方案的仿真文件需要5*132=660分钟，而采用本发明的方法形成全部132个仿真文件共需要4分钟，大大节省了仿真文件生成时间。同时手动加载仿真文件，使其在仿真软件中运行，单次用时2分钟，手动加载全部仿真文件用时约2*132=264分钟，而采用本发明的方法加载全部仿真文件的用时几乎可以忽略不计，大大提高了仿真工作的效率，节省了人力成本。
需要说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的技术人员应该理解：其可以对前述实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，而这些替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种批量微观交通仿真实验自动化实现方法，包括：制定仿真方案参数组合、制定仿真方案名称，其特征在于：还包括：自动生成仿真文件、自动运行仿真文件。
2.如权利要求1所述的批量微观交通仿真实验自动化实现方法，其特征在于：制定好的仿真方案参数组合存储于表格中形成仿真方案参数组合表。
3.如权利要求2所述的批量微观交通仿真实验自动化实现方法，其特征在于：所述仿真方案参数组合包括拟调整仿真参数的名称和取值。
4.如权利要求3所述的批量微观交通仿真实验自动化实现方法，其特征在于：所述拟调整仿真参数的名称与批量微观交通仿真实验所用仿真软件的参数名称一致。
5.如权利要求1所述的批量微观交通仿真实验自动化实现方法，其特征在于：制定好的仿真方案名称存储于表格中形成仿真方案名称表。
6.如权利要求5所述的批量微观交通仿真实验自动化实现方法，其特征在于：所述仿真方案名称表存储有仿真方案的存放路径和与仿真方案对应的仿真文件名称。
7.如权利要求6所述的批量微观交通仿真实验自动化实现方法，其特征在于：所述与仿真方案对应的仿真文件名称包括与批量微观交通仿真实验所用仿真软件相应的后缀名。
8.如权利要求2或5所述的批量微观交通仿真实验自动化实现方法，其特征在于：所述仿真方案名称表与所述仿真方案参数组合表存储在同一表格中。
9.如权利要求2或5所述的批量微观交通仿真实验自动化实现方法，其特征在于：所述仿真方案名称表与所述仿真方案参数组合表存储在不同一表格中。
10.一种批量微观交通仿真实验自动化实现系统，包括存储单元和运行单元，其特征在于：执行如权利要求1至9任一项所述的方法，所述存储单元用于存放仿真方案参数组合、仿真方案名称和仿真实验数据；所述运行单元用于自动生成仿真文件和自动运行仿真文件。
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