CN113076638A - 一种基于bim与vissim微观仿真的双向交通导改模拟方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于BIM与VISSIM微观仿真的双向交通导改模拟方法，包括：数据采集；在OpenRoads ConceptStation软件中生成项目所在位置周边实景地形模型；根据实景地形模型和交通导改图，在OpenRoads ConceptStation软件中构造三维道路模型，并初步设计参数；将生成的三维道路模型和采集到的数据导入VISSIM软件中，进行微观交通仿真；将VISSIM软件生成的模型导回到OpenRoads ConceptStation软件中，进行交通导改仿真。本发明在传统微观仿真技术的基础上能够更好地反映出人、车、路、环境的关系，有助于进行交通导改方案的优化和决策。
Description
技术领域
本发明涉及一种微观交通仿真技术，具体为一种基于BIM与VISSIM微观仿真的双向交通导改模拟的方法，适用于隧道施工期间的地面交通导改模拟。
背景技术：
隧道建设过程中会占用较多道路资源，施工区的存在往往挤压非机动车道，必定会大大影响附近原有的道路和交通状况。因此，对隧道施工区及周边区域进行交通导改，妥善处理好隧道施工与道路交通的矛盾，可以改善施工过程中产生的不利交通状况，保障隧道施工期间交通的有序化进行，将隧道建设对道路交通的影响降到最低。
VISSIM交通微观仿真软件可以精确、直观地模拟出一些道路的特有特征与路况条件，在施工前使用VISSIM软件进行交通疏解仿真模拟可以直观准确评价一个交通导改方案的好坏，保证交通导改的正常进行，郝璐,田佳雨,陈宽民. “基于VISSIM仿真的施工区非机动车道通行能力模型[A] ”. 中国科学技术协会、中华人民共和国交通运输部、《中国工程院.2019世界交通运输大会论文集（上）》，为得出施工区对非机动车道通行能力的计算模型,考虑到影响施工区非机动车道通行能力的因素主要有非机动车道宽度、施工区长度以及混合非机动车流中电动车的比例,讨论三者对施工区非机动车道通行能力的折减。应用数学与物理学公式,考虑电动车超车行为计算混合非机动车流条件下非机动车道的宽度,利用VISSIM交通仿真软件对不同施工区长度和电动车比例下非机动车道通行能力进行仿真,对仿真结果进行回归分析。得出混合交通流条件下自行车道的宽度修正系数,施工区长度与电动车比例的综合修正系数。将模型应用于实例验证,结果表明该方法在计算施工区自行车道通行能力上具有一定的实用性。李凯伦,蒋震.“基于VISSIM的高速公路施工区动态限速研究[J] ”.《科学技术创新》,2018(28):90-91.一文提到，由于高速公路施工区或事故区上游广泛存在合流冲突,且与距离施工区距离有关,因此可将施工区上游固定限速方案改为动态可变限速控制,并基于车流波理论确定检测器与限速标志之间合理间距.通过VISSIM仿真软件模拟不同限速方案下施工区上游交通运行状况,并选择合适的评价参数。但是传统的交通仿真只采用VISSIM软件，仿真设计时主要关注平面二维的交通，比较适用于地势较为平缓、地形不算复杂的道路与交叉口，对于结构较为复杂的隧道，施工围挡遮挡驾驶员视线，存在安全隐患，具有交通繁忙、管线众多、周边建筑物密集等特征，且施工过程分多期进行，交通导改也需进行多次，传统的二维交通仿真技术无法全面、快速展示交通导改方案，无法模拟出一些特殊的道路特性和路况。
目前道路设计已从原来的二维CAD图纸设计，逐渐转向了基于BIM的三维设计，针对具有复杂坡度变化、高程变化、线形的道路设计，BIM技术已逐渐成为了主流设计工具。同时，BIM技术不同于传统三维动画，对道路交通建设具有较强的分析和模拟能力，支持用户的交互操作，可实现多角度、多方位、无时间限制地查看交通导改区域内的交通情况。蔡立东等的“BIM技术在交通疏解方案中的应用研究”《土木工程》2019,8（3）：634-645以某市高架桥施工阶段BIM技术应用实例，研究了BIM技术在高架桥的交通疏解中解决实际施工场地布置和道路翻交等环节的具体应用，确定了BIM技术可应用于车流量模拟、优化施工场布方案、深化道路翻交和管线碰撞检测等关键经验点，为复杂环境中高架桥类似工程提供参考研究和借鉴。但现在尚无BIM对隧道建设施工方案导改的报道。
发明内容：
为了给隧道建设施工方提供高效率的施工方案，减少经济损失，本发明提供了一种基于BIM与VISSIM微观仿真的双向交通导改模拟的方法，即运用BIM技术建立三维模型，并在VISSIM软件里利用临时道路交通导改设计方案过程的数据信息、交通出行分析数据进行交通仿真建模，在传统微观仿真技术的基础上能够更好地反映出人、车、路、环境的关系，同时支持用户的交互操作，有效提高模拟的精细度，提高交通导改期间道路安全性、通行高效性；有助于进行交通导改方案的优化和决策。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于BIM与VISSIM微观仿真的双向交通导改模拟方法，适用于隧道施工期间的地面交通导改模拟，包括：数据采集；在OpenRoads ConceptStation软件中生成项目所在位置周边实景地形模型；根据实景地形模型和交通导改图，在OpenRoads ConceptStation软件中构造三维道路模型，并初步设计参数；将生成的三维道路模型和采集到的数据导入VISSIM软件中，进行微观交通仿真；将VISSIM软件生成的模型导回到OpenRoadsConceptStation软件中，进行交通导改仿真。
具体包括以下步骤：
步骤1、数据采集：通过使用无人机航拍、监控摄像头和交通检测器获得施工道路段的实景照片和交通基础流信息，通过现场踏勘记录不同时段施工道路段通过的车辆类型和行车速度；
步骤2、在OpenRoads ConceptStation软件中生成项目所在位置周边实景地形模型；
所述的实景地形模型，是利用ContextCapture Center、MagicGeo、Photoshop、Smart3D等数据处理软件对无人机采集的大量实景照片数据进行处理并建立生成的。
步骤3、根据实景地形模型和交通导改图，在OpenRoads ConceptStation软件中构造三维道路模型，并初步设计参数，包括道路等级及车道数、行车速度，将模型文件保存为inpx格式；所述的交通导改图为由设计院出具的CAD图纸。
利用OpenRoads ConceptStation软件构造三维道路模型的具体操作为：
根据实景地形模型，利用交点法在实景地形平面上创建道路模型，并根据实际道路纵断面修改道路模型高程；
根据交通导改图，对已创建的三维道路模型进行修改，包括封闭车道、施工围挡、绕行导向和铺盖板。
步骤4、将生成的三维道路模型和采集到的数据导入VISSIM软件中，进行微观交通仿真，进一步设计参数；
导入参数主要包括：交通构成、起终点车辆出入流量、车辆行驶路径、优先规则与冲突区域、行人流量、交通灯信号模拟、公交站点与路线和仿真参数。
步骤5、将VISSIM软件生成的模型保存为ant.txt格式，再将ant.txt格式的文件导回到OpenRoads ConceptStation软件中，进行渲染，得到交通导改仿真结果。若三维交通导改仿真的结果满足优化要求则确定为最终的交通导改方案，否则，循环优化步骤，直至满足要求。
有益效果：
（1）本发明基于BIM与VISSIM微观仿真的双向交通导改模拟的方法，面向不同的交通场景与交通层级，从可视化、参数化、互联化的角度实现整体交通运行优化，并以交互方式实时渲染交通状况。通过交通仿真模型，准确掌握正常交通期间和交通导改期间的交通运行状况，发现既有交通导改方案中存在的问题。通过建立仿真模型，优化交通导改方案，降低隧道施工建设过程中对交通运行的影响。
（2）本发明基于BIM与VISSIM微观仿真的双向交通导改模拟的方法，基于ArcGIS获取实景底图，利用OpenRoads ConceptStation软件实现快速创建智能三维模型（可以快速绘制道路和桥梁设计；在项目建设初期缺乏高精度设计图纸的情况下或者模拟精度要求不高的情况下，结合GIS数据，对大面积区域实现概念性快速建模）。
（3）本发明提供三维道路模型和微观交通仿真模型，实现二维设计数据和三维环境数据的无损流转与高度融合；实现融合的软件（数据）种类包括：地理信息系统（ArcGIS实景模型）；微观仿真系统（VISSIM交通流参数数据）；三维建模软件（Microstation三维模型）；三维可视化仿真软件（LumenRT动画模型）。
总之，本发明利用BIM的技术优势，通过可视化、可交互性、可模拟性等先进的多维度技术手段，通过OpenRoads ConceptStation软件对交通导改方案进行全面三维仿真模拟，并在此基础上分析交通导改方案的可行性，实现常规交通导改方案的深度优化。VISSIM软件中的许多参数可以直接、准确地评价交通疏解方案的质量和可行性，OpenRoadsConceptStation软件的全面三维仿真模拟可以展示改建项目周边背景环境、项目模型、临时道路交通导改设计方案及方案过程的数据信息、交通分析数据，便于城市道路交通管理人员更直观地理解与实施道路交通导改方案，以及进一步检查和优化临时交通导改设计方案。
附图说明
图1为本发明一种基于BIM与VISSIM微观仿真的双向交通导改模拟方法的流程图；
图2为实施例1所采用的交通导改CAD图；
1-施工便道、2-施工区、3-主线东侧店面门前的现状道路；4-道路A、5-道路B、6-道路C；
图3为OpenRoads ConceptStation软件中生成的周边实景地形模型；
图4为OpenRoads ConceptStation软件中构造的三维道路模型；
图5为实施例1得到的交通导改仿真结果。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明的技术方案。
如图1所示，一种基于BIM与VISSIM微观仿真的双向交通导改模拟的方法，适用于隧道施工期间的地面交通导改模拟，包括步骤：
步骤1、数据采集：通过使用无人机航拍、监控摄像头和交通检测器获得施工道路段的实景照片和交通基础流信息，通过现场踏勘记录不同时段施工道路段通过的车辆类型和行车速度；
步骤2、在OpenRoads ConceptStation软件中生成项目所在位置周边实景地形模型；
步骤3、根据利用ContextCapture Center、MagicGeo、Photoshop、Smart3D等数据处理软件对无人机采集的大量实景照片数据进行处理并建立生成的实景地形模型，利用交点法在实景地形平面上创建道路模型，并根据实际道路纵断面修改道路模型高程；根据设计院出具的交通导改CAD图，对已创建的三维道路模型进行修改，包括封闭车道、施工围挡、绕行导向和铺盖板；并初步设计参数，包括道路等级及车道数、行车速度，将模型文件保存为inpx格式；
步骤4、将生成的三维道路模型和采集到的数据导入VISSIM软件中，进行微观交通仿真，导入参数主要包括：交通构成、起终点车辆出入流量、车辆行驶路径、优先规则与冲突区域、行人流量、交通灯信号模拟和仿真参数；
步骤5、将VISSIM软件生成的模型保存为ant.txt格式，再将ant.txt格式的文件导回到OpenRoads ConceptStation软件中，进行渲染，得到交通导改仿真结果。若三维交通导改仿真的结果满足优化要求则确定为最终的交通导改方案，否则，循环优化步骤，直至满足要求。
实施例1
本实施例中，隧道交通导改方案如图2所示，隧道主线采用全封闭施工，利用主线东侧店面门前的现状道路3作为该段人非保通道路。
步骤1、首先进行数据采集：通过使用无人机航拍、监控摄像头和交通检测器获得施工道路段的交通基础流信息，通过现场踏勘记录不同时段施工道路段通过的车辆类型和行车速度。道路A、道路B及道路C为双向六车道，单车道交通量为10000辆/d，行车速度为60km/h~80km/h；
步骤2、在OpenRoads ConceptStation软件中生成项目所在位置的周边实景地形模型，如图3所示；
步骤3、根据实景地形模型和交通导改图，在OpenRoads ConceptStation软件中构造三维道路模型，如图4所示，并初步设计参数，道路等级及车道数、行车速度，将模型文件保存为inpx格式；交通导改后，道路A双向三车道保通，限速30km/h，封闭南半幅，硬化北半幅机非隔离带和人行道，保证路面通行总宽度15.5米（2.5m人非+3×3.5m双向三车道+2.5m人非）；道路B双向四车道保通，限速30km/h，封闭南半幅，向北改道，保证路面通行总宽度20米（3m人非+4×3.5m双向四车道+3m人非）。
步骤4、将生成的三维道路模型和采集到的数据导入VISSIM软件中，进行微观交通仿真，导入参数主要包括：交通构成、起终点车辆出入流量、车辆行驶路径、优先规则与冲突区域、行人流量、交通灯信号模拟和仿真参数；
步骤5、将VISSIM软件生成的模型保存为ant.txt格式，再将ant.txt格式的文件导回到OpenRoads ConceptStation软件中，进行渲染，得到的交通导改仿真结果如图5所示，交通导改后在VISSIM软件里模拟的车辆平均出行时间结果为15.73s，与交通导改前的车辆平均出行时间相比减少了25%左右。
上述实施例中，交通导改后施工区及附近路段的车辆通行能力得到了明显提升，通过交通导改仿真结果可以清晰观察交通流方向以及交通拥堵情况，对交通导改方案有更加直观明确的统筹认识，并及时做出优化和调整。相较于二维交通导改仿真，本发明体现了三维可视化和动态修改的优势，提高了工作效率和通行高效性，降低了隧道施工区及周边道路的安全隐患。
Claims (5)
1.一种基于BIM与VISSIM微观仿真的双向交通导改模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、数据采集：通过使用无人机航拍、监控摄像头和交通检测器获得施工道路段的实景照片和交通基础流信息，通过现场踏勘记录不同时段施工道路段通过的车辆类型和行车速度；
步骤2、在OpenRoads ConceptStation软件中生成项目所在位置周边实景地形模型；
步骤3、根据实景地形模型和交通导改图，在OpenRoads ConceptStation软件中构造三维道路模型，并初步设计参数，包括道路等级及车道数、行车速度，将模型文件保存为inpx格式；
步骤4、将生成的三维道路模型和采集到的数据导入VISSIM软件中，进行微观交通仿真；
步骤5、将VISSIM软件生成的模型保存为ant.txt格式，再将ant.txt格式的文件导回到OpenRoads ConceptStation软件中，进行渲染，得到交通导改仿真结果，若三维交通导改仿真的结果满足优化要求则确定为最终的交通导改方案，否则，循环优化步骤，直至满足要求。
2.根据权利要求1所述的基于BIM与VISSIM微观仿真的双向交通导改模拟方法，其特征在于所述步骤2中的实景地形模型，是利用数据处理软件ContextCapture Center、MagicGeo、Photoshop、Smart3D对步骤1所采集实景照片进行处理并建立生成的。
3.根据权利要求1所述的基于BIM与VISSIM微观仿真的双向交通导改模拟方法，其特征在于所述步骤3中的交通导改图为由设计院出具的CAD图纸。
4.根据权利要求1所述的基于BIM与VISSIM微观仿真的双向交通导改模拟方法，其特征在于所述步骤3利用OpenRoads ConceptStation软件构造三维道路模型的具体操作为：
根据步骤2的实景地形模型，利用交点法在实景地形平面上创建道路模型，并根据实际道路纵断面修改道路模型高程；
根据步骤3的交通导改图，对已创建的三维道路模型进行修改，包括封闭车道、施工围挡、绕行导向和铺盖板。
5.根据权利要求1所述的基于BIM与VISSIM微观仿真的双向交通导改模拟方法，其特征在于所述步骤4中，导入参数主要包括：交通构成、起终点车辆出入流量、车辆行驶路径、优先规则与冲突区域、行人流量、交通灯信号模拟、公交站点与路线和仿真参数。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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