第19卷 第15期 V0l。19 No.15 电子设计工程 E1ectronicDesign Engineering 2011年8月 Aug.2011 基才VISSIM的交通控制仿真系统的研究 周广林,孙耀杰,高骞,才琳 (河北工业大学信息3-,I ̄院,天津300401) 摘要:针对目前城市交通仿真体系不足的问题,为保证车辆能够在交叉口处顺畅的通过,减少车辆碰撞事件及其他安 全问题的发生,提出一种对多路口交通控制仿真系统的研究方案;该方案基于VISSIM软件的模拟交通流技术来分析 交通流的控制系统,实现对连续几个交叉路口交通控制系统的仿真。实验结果表明:能有效地提高仿真参数的准确 性,减少试验仿真的出错率,使不同情况下交通灯的控制效果得到了良好的改善。 关键词:交叉口;交通控制;VISSIM;交通流;仿真 中图分类号:TP391.9 文献标识码:A 文章编号:1674--6236(2011 15-0019-03 Study on trafic controlf simulation system based on VISSIM ZHOU Guang-lin,SUN Yao-jie,GAO Qian,CAI Lin (School ofInformationEngineering,Hebei University ofTechnology,Tianjirt 300401,China) Abstract:Based on山e problem of the current shortfall for urban traffic simulation system.in order to ensure smooth traffic to the adoption of the intersection to reduce vehicle collisions and other safety problems occur,a research design of multi junction traffic control simulation systems is present.This design,which is based on the traffic lfow simulation technology of VISSIM to analyze control system of tragic flow,realizes traffic contolr system simulation in the successive intersection.The results show that:it can effectively improve the accuracy of the simulation parameters and reduce the elTor rate test simulation,SO that under diferent circumstances the control of traffic lights has good improvement. Key words:interseetion;traffic control;VISSIM;traffic flow;simulation 近年来。中国经济的突飞猛进带动了人民生活水平的进 步。城市私家车数量与日俱增,城市交通环境也变得极为复 生器”是一个信号控制软件,它以仿真步长为基础不断地从 交通仿真器中获取检测信息,决定下一仿真时刻的信号状态 并将这信息传送给交通仿真器,二者之间的关系如图1所 示。VISSIM可在车道配置、交通组织、交通信号等约束下分 析交通流运输情况。因此用作解决基于交通流控制仿真方案 的可行性问题,是分析交通问题的有效评估工具之一日。 杂。提出一种基于VISSIM的交通控制仿真系统的研究分析 方案.该方案主要是对连续几个交叉口进行综合仿真,从真 正意义上来模拟交通的复杂多变的环境;同时也提出了对特 殊情况的优化处理,利用优先模型解决了仿真过程中发生冲 突的问题,并进行三维动画的仿真效果输出,完善了以往单 一仿真实现的不足,增强了整个交通路网的动态分配过程, 对交通问题的处理与分析有重要意义。 1ⅥSS 模型构建原理 1.1ⅥSS 简介 图1交通仿真器和信号状态产生器之间的交流 Fig.1 Traffic simulation and signal communication between the state generator VISSIM是由德国m 公司开发的离散的、随机的、以 0.1 s为时间步长的交通流仿真系统软件。用以建模和分析各 种交通条件下(车道设置、交通构成、交通信号、公交站点 等),城市交通和公共交通的运行状况,是评价交通工程设计 和城市规划方案的有效工具【1]。软件系统内部由交通仿真器 和信号状态发生器两大程序组成。“交通仿真器”是一个交通 1.2系统模型框架 该系统模型框架如图2所示。 流仿真模型,它包括跟车模型和车道变换模型。“信号状态发 收稿日期:201 1-05—25 稿件编号:201 105104 1)路网交通模型 主要对车道、路段等路网元素进行描 述,可以是大范围的静态扫描地形图,也可以是卫星导航的 作者简介:周广林(1985一),男,山东烟台人,硕士研究生。研究方向:通信与电子测控。 一19— 《电子设计工程)2011年第15期 交通仿真模型 路 信 车 场 跟 交 动 生 网 号 速 景 车 叉 态 流 交 灯 分 兀 模 口 通 控 布 素 模 制 型 信 分 优 配 先 模 分 选 模 型 模 型 布 择 型 型 模 模 型 型 图2模型框图 Fig.2 Model block diagram 号优化模型 电子地图。 2)信号灯控制模型设置三维模式下的信号灯模块,通 过信号控制器完成对信号的定时显示。 3)车速分布模型 车速分布对于道路的通行能力和行驶 车速有很大影响,因此它对任何一种车辆类型而言,都是一 个重要的参数。假设车辆运行不受其他车辆的干扰,驾驶员 将会 以其期望车速行驶(具有微小的随机变化即摆动)。期望 车速不同的车辆越多,车辆排队越长。如果有可能超车,只要 车辆的期望车速高于当前的行驶车速,就会选择机会(对其 他车辆不构成危险)进行超车翻。 4)场景元素分布模型 主要是交通路段周围的建筑、树、 车辆类型以及行人的干扰分布选择,每种车辆分布应有1O 种以上的选择模型。 5)跟车模型 主要采用的是Wiedemann 74模型.它的 参数包括:平均停车间距(ax),两停止车辆的平均停车距离, 变化幅度为±1 m。附加的安全距离(bx add)和可增加的安 全距离(bx_mult):这两个参数影响安全距离的计算,两车之 间的距离d可以用以下公式计算: bx+ax=d (1) 这里 是停车间距: bx=(bx_add+bx multxz) ̄x/T (2) 是车辆速度[m/s],z是介于[0,1】之间的数值,是以0.5 附近的标准正态分布,标准差为O.15。这些是影响通行能力 的主要参数[41。 6)交叉口信号优化模型在采用Webster模型基础上.以 延误时间最小为目标函数,基于车辆延误和停车次数进行信 号配时,以车辆总延误和总停车次数为效益函数来构造模 型[51,在交叉口饱和度为0.6~1.2的情况下都能得到较好的 结果。 7)动态分配选择模型 动态路径选择模型可分为最优路 径选择模型和交叉口转向行为模型。最优路径选择模型用以 选择路程总用时最短、路程花费最小或是运行中交叉口最少 的路线。笔者采用的是动态最优路径选择模型,交叉IZl转向 行为模型则根据路径选择模型的计算结果,确定车辆当前行 驶方向和下一个路段行驶方向的相对位置关系,以便车辆在 -20- 路口执行正确的转向操作[61。 81车流优先模型 在车流进行转弯进入直线通道时,需 检测直线方向上的车流运行情况以及信号灯状态,可避免车 流冲突问题的发生171。采用软件优先规则对车流及路段进行 了设置,来指定无信号控制冲突车流的通行权,主要是在不 同路段,连接器上的车辆可具有自动检测所有情况的功能。 2仿真系统的总体设计 2.1开发环境的选取 本系统主要由Visual C++进行程序的开发,通过 Micmsoft Access数据库进行数据的存储和管理圈。为了使仿 真效果更为贴近于现实,采用交通流仿真工具VISSIM软件 进行模拟,系统主框架如图3所示。 图3系统主框架 Fig.3 The nlainframe of system 2.2 VIsSIM中实现流程图 VIsSIM中模拟交通路口实现流程图如图4所示。 交通流量 数设置及初始 交通组织方案 配置 仿真流量与输入 流量是否吻合 L笪琴童生r———] 匝 圈 l ≤ ■^ 而荒百 图4 VISSIM中模拟交通路口实现流程图 Fig.4 Implementation flow chart of VISSIM simulated traffic intersection 3仿真设计的应用 3.1系统设计过程: 1)创建交通路网:首先选择要模拟的交通网络图作背景. 通过VISSIM选项将Background文件加载到软件的仿真界 面,并将其转换成VISSIM的背景交通图,并对各个路口进行 编号[91,连续几个路口的交通路网图如图5所示。 2)交通仿真参数设置与系统基础数据初始化配置,包括 车道、车辆种类、信号类型等标志构成; 3)户自定义代码对交通流仿真模型进行控制,以及场景 周广林,等基于VISSIM的交通控制仿真系统的研究 图5连续几个路口的交通路网图 Fig.5 Road network map in several consecutive intersecti0n 元素进行三维的动态效果处理。 4)立车流优先模型对数据(车道、车辆标志等)进行优化 处理。 5)仿真运行与数据输出如图6所示。 图6 三维仿真效果 Fig.6 Three・dimensional simulation results 通过仿真效果可以看出.对交通路段上主要交叉13进行 车流的优化模拟,可以分析出该区域路段的交通拥堵情况, 通过合理的交通灯选择.使整个交通网仿真系统顺畅的运 行.试验效果良好。 3.2仿真数据的分析 利用交叉13的各种数据,通过VISSIM对交叉El的状况 进行计算机仿真,并选取进口排队长度、通过车辆总数、车速 分布、行车延误作为评价指标[101。图7为车流饱和度合理情况 下的车辆分布情况,图8看出,通过仿真模型优化处理,使交 ——~ 』= 曲 叠 ~ * 饱和流率 图7一定饱和流度下的车辆分布情况 iFg.7 Vehicle distribution under a certain degree of saturation lfow 幽ll 抖 饱和流率 图8优化后的车辆分布情况 Fig.8 Optimized distribution of vehicles 通车流量有明显改变,降低了车流拥堵程度。 4结束语 应用VISSIM对连续几个路口的交通流情况进行仿真. 通过车流优先分布使交通灯控制问题得到改善。与以往定时 仿真系统相比,能很好地解决目前交通存在不足的问题.通 过建立对交叉口车流量仿真模型的方法,及时发现路El延误 问题,给予车辆最佳的滞留与放行时间.改善交通路口的堵 塞状况;并对路口车辆冲突问题及时进行检测和处理.消除 交通安全隐患,大大改善仿真效果。从真正意义上提高了城 市生活的节奏。 参考文献: [1】王志彪.VISSIM交通仿真适用性研究[D].北京交通大学, 2006:1-66. 【2]裴玉龙,张亚平.道路交通系统仿真【M】.北京:人民交通出 版社.200l4. 【3】杨佩昆,吴兵.交通管理与控制[M】.北京:人民交通出版 社.2003. 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(下转第25页) 一2】一 李荣明,等 一种基于计算机视觉的低成本室内空间测量系统设计与实现 环境噪声影响,使得棋盘格角点提取有一定误差: ②摄像头动态采集图像的分辨率太低。仅为320x240.影 响了图像的质量,图像处理中目标提取的一点点偏离就会给 计算结果带来很大误差: ③室内地面反光给目标特征提取带来很大干扰,特别是 当目标进入反光区中,就很难准确捕捉到目标点.使得测量 数据很不可靠。 5结 论 图6 目标在(50o,500,I15)位置测量界面 Fig.6 Measurement interface of target in(500,500,115)position 本文设计实现了一种基于计算机视觉的室内空间测量 系统,通过固定在室内的3个USB摄像头实时捕获目标图 像,能够比较精确地测量室内静止或低速运动目标的空间 位置。整个系统仅需一台普通计算机和3个USB摄像头及 10 m延长线,摄像头连同USB延长线的价格在200元左 右,成本低廉、搭设简易,且系统移植性强、适用广泛,可在多 种室内环境进行目标测量,测量结果精确、实时性强.完全可 以满足室内移动机器人的测量要求。 参考文献: 【1】蔡征宇,沈俊杰,杨昀.基于工业CCD摄像机的机器人视 觉定位系统研究[J1.机电一体化,2010(3):22—23. ②动态测量验证。由于在室内没有其他可靠的定位系统作为 参考,这里仅利用遥控小汽车在地面从点(一1 000,一1 000,115)开 始,沿1.5 mx1.5 m的正方形低速行驶,汽车高115 mm。在测 量的原始数据输出前进行均值滤波,剔除野值,使得数据输出 更加平滑可靠。系统记录下实时测量的位置信息,利用Maflab 绘出运动轨迹三维坐标图如图7所示。不难看出绘出的运动 轨迹成正方形,且始末点坐标与实际一致。 / 、 .i.!-- ii iii i li ii/j,,叠..,,.0..:-iiii专i, ̄.. . . ≯. CAI Zheng—yu,SHEN Jun-jie,YANG Yun.The robot vision system using CCD camera[J].Mechatronics,2o10(3):22-23. , , :: , [2】Okada K,Inaba M,Inoue H.Integration of real-time binocular stereo vision and whole body information for dynamic walki. 毒 ng navigation of humanoid robot【C]//IEEE Conference on Multisensor Fusion and Intergration for Intelligent Systems. Tokyo:【s.n.】,20o3:131—136. f31刘晶晶.基于双目立体视觉的三维定位技术研究【D].武汉: 华中科技大学,2007:9—14. 图7目标运动轨迹图 Fig.7 Track figure of target movement [4]党乐.基于双目立体视觉的三维重建方法研究[D】.西安:长 安大学,2009:3—5. 3)结果分析 [5】Bradski G,Kaebler A.学习OpenCV(中文版)【M】.于仕琪,刘 瑞帧,译.北京:清华大学出版社,2Oo9. 系统测量的结果误差在15 mm范围内,基本满足室内空 间位置测量的需要。分析引起误差的原因有: [6】ZHANG Zheng・you.Flexible camera calibration by viewing a plane from unknown oirentations【C]//Proceedings of the 7th International Conference on Computer Vision.Liege,Belgium: Elsevier Science Publishers,1999:666—674. ①摄像头标定过程引入的误差,比如标定模板制作粗 糙,粘贴的平板无法做到完全水平;另外在外参数标定中,标 定模板距离摄像头较远,成像小,以及受摄像头固有噪声和 (上接第21页) CHEN Xian—qiao,YAN Xin-Ping,CHU Xiu-ming.Research [9]彭武雄,许源.VISSIM在道路交通仿真分析中的应用[J]. 中国公共安全:智能交通。2007(9):70—73. PENG Wu—xiong,XU Yuan.Application for VISSIM in the on net control model of distirbuted traffic simulation[J1. 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