Flexsim的城市路口仿真与优化
目 录
1 引言1
1.1 研究背景1
1.1.1 国外背景1
1.1.2 国内背景1
1.2 目前城市交叉路口路况优化相关成果及主要观点1
1.2.1 从交通流量角度1
1.2.2 从污染与排放角度2
1.2.3 从基础设施条件角度2
1.3 本课题研究内容和意义2
1.4 研究方法的选择2
2 数据调查与处理2
2.1 数据调查与汇总2
2.1.1 早高峰时期数据3
2.1.2 中午时期数据4
2.1.3 晚高峰时期数据5
2.2 通行周期汇总6
2.3 数据处理与分析6
2.3.1 早高峰时期数据处理与分析7
2.3.2 中午时期数据处理与分析7
2.3.3 晚高峰时期数据处理与分析8
3 系统建模与仿真8
3.1 Flexsim软件简介8
3.2 Flexsim仿真9
3.2.1 仿真流程介绍9
3.2.2 交叉路口仿真10
4 现有路况评估与优化19
4.1 评价与分析19
4.2 对现有路况进行优化19
4.2.1 优化方案一19
4.2.2 优化方案二20
结论22
致谢23
参考文献24
图 目 录
图1 Flexsim软件主界面图9
图2 Flexsim仿真流程图10
图311 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
图412
图513
图614
图715
图816
图917
图1018
图1118
图12 交叉路口信号配时方案一20
图13 交叉路口信号配时方案二21
表 目 录
表13
表23
表33
表44
表54
表65
表75
表86
表96
表106
表1110
表12 交叉路口信号配时相位相序图表20
1 引言
交通是现代社会的基础，是人类社会经济的命脉，人们的社会行为与交通息息相关。在我国，由于机动车保有量迅速增加、交通设施建设滞后以及管理措施不够完善等原因，交叉路口的交通堵塞现象日趋严重。从这种局部点的堵塞开始，经过演化导致了由点到线，由线到面的交通堵塞，成为亟需解决的问题。
1.1 研究背景
1.1.1 国外背景
国外在交叉路口多采用人性化设计，除了设有交通信号灯，在交叉路口还加宽路面，而且即使在没有交通信号灯的交叉路口，司机通常是由行人先走。在某些行人较少的交叉路口，交通信号灯可由行人按下交通信号灯柱上的小按钮，使信号灯发生变化，然后再通过路口。
1.1.2 国内背景
我国某些城市的交叉路口通过合理的设计，达到了改善路况的目的，但大部分城市交叉路口的路况仍然拥挤，尤其是上下班的高峰期。而且尽管有交通信号灯的指示，但车祸却频频发生，从侧面反映出路况的不容乐观。
1.2 目前城市交叉路口路况优化相关成果及主要观点
1.2.1 从交通流量角度
1）何兆成，杨文臣，梁诗，佘锡伟，洪波在《城市单交叉路口交通信号实时优化控制与仿真》中根据路口各状态下交通流的到达特征和控制目标，为不同交通状态选择合适的性能指标，并建立各状态下交通信号的动态配时模型。同时，设计了一种改进的自适应实数编码遗传算法对交通信号配时模型进行求解[3]。
2）李庆印，朱丽燕，孙立，孙绍伟在《城郊大型交叉路口交通组织设计优化及实施》中结合交叉口道路交通流量及对交叉口交通组织状况的实际调查数据分析，设计出信号控制方案，并建立模型进行优化。结果表明交叉口运行状态比优化前通行时间减小，通行能力提高[5]。
3）杨柳青在《道路交通流仿真模型构建及其应用研究》中从路段、静态路网和动态路网等三个层次入手，充分利用了蒙特卡罗仿真和离散事件仿真等系统仿真技术，开展了道路交通流仿真建模研究[2]。
4）李成在《交通流量信息系统的设计与实现》中设计了一个交通流量信息子系统，实现了对交通流量数据的采集和发布。更好地为城市路网规划、公路建设、管理和决策等提供科学的交通流量基础数据[7]。
1.2.2 从污染与排放角度
周申培在《考虑排放因素的城市交叉口交通信号控制策略的研究》中提出了考虑排放因素的城市交通信号优化控制系统的架构、建模方法和求解算法，在此基础上,针对城市交通信号优化控制问题进行了智能优化的理论分析和应用方法的研究[12]。
1.2.3 从基础设施条件角度
齐赛，牛犇在《城市交叉口存在的主要问题及改善对策》中通过对现有平面交叉口的几何条件、通行主体和安全设施存在问题的描述，对城市道路平面交叉口的设计进行了分析，然后根据集约、合理、以人为本的原则确定设计方法，从而达到提高城市交通运行效率、减少交通事故发生、改善城市交通阻塞的目的[4]。
1.3 本课题研究内容和意义
现已有多位专家从交通流量角度、污染与排放角度、基础设施条件方面等方面对交叉路口的路况与交通信号进行了优化与控制，但这些调查都是分开单独进行的，大多都只从一个角度进行优化。
本文通过对交叉路口的路况进行调查，包括交通流量和路口基础设施条件，然后使用Flexsim软件进行建模仿真，模拟交叉路口的路况，然后对现有交叉路口状况进行评价，并提出几个优化方案。
1.4 研究方法的选择
本文选择Flexsim软件，是因为其采用面向对象编程和Open GL技术，较于其他仿真软件有突出的3D图形显示效果和能提供多种与外部软件的接口等优点。[13]
2 数据调查与处理
2.1 数据调查与汇总
本次调查取枚乘路与承德路交叉路口，是一个标准的十字路口。调查分为三个时间段：首先是早高峰时期，其次是中午，最后是晚高峰时期，每个时间段均取五分钟做调查。
现调查数据汇总如下：
2.1.1 早高峰时期数据
表1
枚乘路 与 承德路 交叉口 方向编号 机动车（pcu）
左 直 右 总量
2.1.2 中午时期数据
表4
枚乘路 与 承德路 交叉口 方向编号 机动车（pcu）
左 直 右 总量
东 7 8 0 15
南 3 13 4 20
西 4 4 3 11
暂存区模拟的是机动车的等待状态，所以将其设置为成批操作；由于之前在交叉路口统计的停车数量未超过10辆，所以将其目标批量设置为10，而其最长等待时间为100s，并勾选“一批离开后才接受新的一批”，参数设置如下图：
1 引言1
1.1 研究背景1
1.1.1 国外背景1
1.1.2 国内背景1
1.2 目前城市交叉路口路况优化相关成果及主要观点1
1.2.1 从交通流量角度1
1.2.2 从污染与排放角度2
1.2.3 从基础设施条件角度2
1.3 本课题研究内容和意义2
1.4 研究方法的选择2
2 数据调查与处理2
2.1 数据调查与汇总2
2.1.1 早高峰时期数据3
2.1.2 中午时期数据4
2.1.3 晚高峰时期数据5
2.2 通行周期汇总6
2.3 数据处理与分析6
2.3.1 早高峰时期数据处理与分析7
2.3.2 中午时期数据处理与分析7
2.3.3 晚高峰时期数据处理与分析8
3 系统建模与仿真8
3.1 Flexsim软件简介8
3.2 Flexsim仿真9
3.2.1 仿真流程介绍9
3.2.2 交叉路口仿真10
4 现有路况评估与优化19
4.1 评价与分析19
4.2 对现有路况进行优化19
4.2.1 优化方案一19
4.2.2 优化方案二20
结论22
致谢23
参考文献24
图 目 录
图1 Flexsim软件主界面图9
图2 Flexsim仿真流程图10
图311 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
图412
图513
图614
图715
图816
图917
图1018
图1118
图12 交叉路口信号配时方案一20
图13 交叉路口信号配时方案二21
表 目 录
表13
表23
表33
表44
表54
表65
表75
表86
表96
表106
表1110
表12 交叉路口信号配时相位相序图表20
1 引言
交通是现代社会的基础，是人类社会经济的命脉，人们的社会行为与交通息息相关。在我国，由于机动车保有量迅速增加、交通设施建设滞后以及管理措施不够完善等原因，交叉路口的交通堵塞现象日趋严重。从这种局部点的堵塞开始，经过演化导致了由点到线，由线到面的交通堵塞，成为亟需解决的问题。
1.1 研究背景
1.1.1 国外背景
国外在交叉路口多采用人性化设计，除了设有交通信号灯，在交叉路口还加宽路面，而且即使在没有交通信号灯的交叉路口，司机通常是由行人先走。在某些行人较少的交叉路口，交通信号灯可由行人按下交通信号灯柱上的小按钮，使信号灯发生变化，然后再通过路口。
1.1.2 国内背景
我国某些城市的交叉路口通过合理的设计，达到了改善路况的目的，但大部分城市交叉路口的路况仍然拥挤，尤其是上下班的高峰期。而且尽管有交通信号灯的指示，但车祸却频频发生，从侧面反映出路况的不容乐观。
1.2 目前城市交叉路口路况优化相关成果及主要观点
1.2.1 从交通流量角度
1）何兆成，杨文臣，梁诗，佘锡伟，洪波在《城市单交叉路口交通信号实时优化控制与仿真》中根据路口各状态下交通流的到达特征和控制目标，为不同交通状态选择合适的性能指标，并建立各状态下交通信号的动态配时模型。同时，设计了一种改进的自适应实数编码遗传算法对交通信号配时模型进行求解[3]。
2）李庆印，朱丽燕，孙立，孙绍伟在《城郊大型交叉路口交通组织设计优化及实施》中结合交叉口道路交通流量及对交叉口交通组织状况的实际调查数据分析，设计出信号控制方案，并建立模型进行优化。结果表明交叉口运行状态比优化前通行时间减小，通行能力提高[5]。
3）杨柳青在《道路交通流仿真模型构建及其应用研究》中从路段、静态路网和动态路网等三个层次入手，充分利用了蒙特卡罗仿真和离散事件仿真等系统仿真技术，开展了道路交通流仿真建模研究[2]。
4）李成在《交通流量信息系统的设计与实现》中设计了一个交通流量信息子系统，实现了对交通流量数据的采集和发布。更好地为城市路网规划、公路建设、管理和决策等提供科学的交通流量基础数据[7]。
1.2.2 从污染与排放角度
周申培在《考虑排放因素的城市交叉口交通信号控制策略的研究》中提出了考虑排放因素的城市交通信号优化控制系统的架构、建模方法和求解算法，在此基础上,针对城市交通信号优化控制问题进行了智能优化的理论分析和应用方法的研究[12]。
1.2.3 从基础设施条件角度
齐赛，牛犇在《城市交叉口存在的主要问题及改善对策》中通过对现有平面交叉口的几何条件、通行主体和安全设施存在问题的描述，对城市道路平面交叉口的设计进行了分析，然后根据集约、合理、以人为本的原则确定设计方法，从而达到提高城市交通运行效率、减少交通事故发生、改善城市交通阻塞的目的[4]。
1.3 本课题研究内容和意义
现已有多位专家从交通流量角度、污染与排放角度、基础设施条件方面等方面对交叉路口的路况与交通信号进行了优化与控制，但这些调查都是分开单独进行的，大多都只从一个角度进行优化。
本文通过对交叉路口的路况进行调查，包括交通流量和路口基础设施条件，然后使用Flexsim软件进行建模仿真，模拟交叉路口的路况，然后对现有交叉路口状况进行评价，并提出几个优化方案。
1.4 研究方法的选择
本文选择Flexsim软件，是因为其采用面向对象编程和Open GL技术，较于其他仿真软件有突出的3D图形显示效果和能提供多种与外部软件的接口等优点。[13]
2 数据调查与处理
2.1 数据调查与汇总
本次调查取枚乘路与承德路交叉路口，是一个标准的十字路口。调查分为三个时间段：首先是早高峰时期，其次是中午，最后是晚高峰时期，每个时间段均取五分钟做调查。
现调查数据汇总如下：
2.1.1 早高峰时期数据
表1
枚乘路 与 承德路 交叉口 方向编号 机动车（pcu）
左 直 右 总量
2.1.2 中午时期数据
表4
枚乘路 与 承德路 交叉口 方向编号 机动车（pcu）
左 直 右 总量
东 7 8 0 15
南 3 13 4 20
西 4 4 3 11
暂存区模拟的是机动车的等待状态，所以将其设置为成批操作；由于之前在交叉路口统计的停车数量未超过10辆，所以将其目标批量设置为10，而其最长等待时间为100s，并勾选“一批离开后才接受新的一批”，参数设置如下图：
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