交通仿真技術在“交通管理與控制”實驗教學中的應用

黃興華

摘 要 本文簡要敘述了交通仿真技術的特點及現階段常用的幾款交通仿真軟件，通過某十字交叉口的信號配時及仿真過程，介紹了VISSIM軟件在交通控制實驗課程中的應用。

【關鍵詞】交通仿真 實驗教學 交通控制

1 交通仿真的概念

交通仿真是隨著計算機技術的進步而發展起來的采用計算機數字模型來反映復雜道路交通現象的交通分析技術和方法。它是計算機仿真技術在交通工程領域的一個重要應用，因它能夠非常直觀地表現出路網上車輛的運行情況，所以在各種道路交通規劃、交通控制管理方案設計中為交通工程研究人員提供了更為細致和準確的決策支持手段。

2 交通仿真的優勢

相對于實際交通，交通仿真具有以下優勢：

（1）經濟性。

（2）安全性。

（3）可重復性。

（4）開放性。

3 常用的交通仿真軟件

交通仿真軟件可分為交通規劃軟件、宏觀交通仿真軟件、中觀交通仿真軟件、微觀交通仿真軟件和交通信號優化軟件。目前常用的交通仿真軟件主要有以下幾款：

VISSIM是德國PTV公司的微觀仿真軟件。VISSIM的核心由交通仿真器和信號狀態產生器兩部分組成，它們之間能夠交換檢測器數據和信號狀態信息。VISSIM對公交車輛的組成及運行特點做了一定的考慮，在交通流組成中考慮了摩托車、自行車及行人。它既可以在線生成可視化的交通運行狀況，也可以離線輸出行程時間、排隊長度等統計數據。

AIMSUN 是西班牙TSS公司的產品，它是第一個將宏觀、中觀、微觀模型集成于單個軟件的交通建模系統。三個模型間能更好地互通，從一級到另一級重新使用路徑分配。AIMSUN基本應用是基于線下交通工程問題，同樣也在線提供短期或中短期規劃與營運問題的動態或離散方法形成的解決方案。

國外典型的交通仿真軟件經過多年實際檢驗、修正，技術成熟，應用廣泛，但大都操作界面專業，仿真路網建模過程繁瑣，仿真參數標定復雜。道路交通管理、設計人員需經過專門的培訓、學習，才能掌握運用，這一特點限制了國外交通仿真軟件在公安交通管理實戰部門的推廣、普及。 DynaCHINA是完全由國內自主研發的動態網絡交通分析與實時路況預測軟件。核心技術包括動態交通需求分析、動態交通分配、離散選擇模型、實時在線交通仿真，以及離線/在線系統參數標定等。它可為智能交通系統中與ATMS/ATIS相關的研究與應用提供仿真測試、分析、優化和評價的手段，更加有效的緩解交通擁堵、提升公眾的出行效率和出行質量。

4 交通仿真技術在實驗教學中的應用

交通管理與控制是交通工程學的重要組成部分之一，主要研究如何在最小化改變既有交通基礎設施條件下，通過交通法規或行政管理、工程技術、交通信號控制技術等方面的綜合技術應用，實現交通系統的安全、有序、暢通和可持續發展等目標。交通管理與控制隨交通條件的不同其效果呈現很大的差異，對實踐環節的要求非常高。單純的理論教學讓學生感到乏味，也不利于培養出動手能力強，能較快適應交通管理實戰部門工作的警務技能人才。而通過交通仿真軟件，能夠有效地解決這一問題，學生可以自行設計各種交通控制方案，直觀的看到控制方案對交通的影響，增強了學習興趣，提高了解決實際問題能力及創新能力。在有條件的學校，教師可以選擇本市范圍內較為擁堵的一個或幾個交叉口，讓學生進行綜合分析研究，完成對單個交叉口控制、干線協調控制、區域交通面控系統的信號配時控制方案設計。本文以某十字交叉口交通組織問題為例，描述如何應用VISSIM交通仿真軟件進行信號配時設計及仿真評價的操作過程。

（1）交通調查分析首先采集路口交通流量和基礎的設計信息，鼓勵學生進行真實交叉口交通流量調查，觀察路口的交通管理措施并獲取所需數據。

（2）方案設計。引導學生根據現狀分析結果，設計初始化交通組織方案。主要是路口的交通渠區劃的改造，信號配時怎么樣設置及設置后的影響，禁左禁右怎么樣評估等。

（3）模型標定與校驗。在進行仿真前對模型的特性、通行能力和參數反復進行校正，確保模型數據和實際情況能夠一致。

（4）仿真分析。指導學生針對不同設計方案搭建VISSIM仿真路網，在路網建模完成的基礎上，根據實際采集的道路交通流量或OD矩陣，對各個路口加載流量數據，創建路段和連接器，進行交通流路徑決策設置和交通沖突設置，然后定義信號控制機和對信號燈設置信號周期、信號相位、紅燈時間、黃燈時間等數據。經過對各方案進行仿真分析，選擇評價文件中需要輸出的指標，包括行程時間、延誤時間、排隊長度等。

（5）方案比選和優化。學生可以從仿真輸出結果發現信號配時存在的問題，不停調整方案，然后對交叉口的信號配時重新設計，再對每個方案進行評估，直到找到比較優化的方案，并形成最終方案。

通過交通仿真技術在“交通管理與控制”實驗教學中的應用，從課程功能上，提高了對學生創新精神和實踐能力的培養，提高了信息素養和環境意識。從課程結構上，突出了交通管理實踐對學生崗位能力和素質的訓練，有效地通過信息化手段進行課程的整合，提高了課堂專業理論教育有效聯系公安交通管理實踐的能力，豐富了理論知識和管理實踐檢驗的途徑。從學生學習方式上，強調學生自主探索問題并解決問題的學習模式，強調學生搜集和處理信息的能力、交流與合作的能力，更加關注學生的學習過程。

5 結束語

交通仿真技術的研究目前已經相當深入，但是在微觀仿真方面沒有哪個國家開發的模型和軟件能充分考慮到交通系統中的所有影響因素。今后，適應智能交通系統方案評價需求的仿真系統研究和開發面向ITS的應用軟件是道路交通仿真技術更高層次的發展方向。

參考文獻

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[3]鄧建華等.道路交通系統仿真技術與應用[M].北京：國防工業出版社，2013.

作者單位

江西警察學院 江西省南昌市 330100