谈支持ITS影响评价的交通仿真模型研究
2012-10-23 12:08:48   来源:tranbbs.com    作者:未知    评论:0 点击:

摘 要:ITS影响评价是ITS应用中一个关键的组成部分,仿真模型在ITS影响评价中显示了突出的优点。然而大多数已有仿真模型并不适用于ITS影响评价,本研究对目前世界上近百个的重要仿真模型进行了充分的调研,筛选出比较适合进行ITS影响评价的仿真模型,并对其性能进行总体评价。最后,指出了支持ITS影响评价的仿真模型还需要改进的方面。


    关键词:智能运输系统影响评价 交通仿真模型


    一、ITS影响评价现状
 
    1.ITS影响评价的意义
 
    智能运输系统(Intelligent Transportation Systems, 简称ITS)是交通运输进入信息时代的重要标志,也是21世纪交通运输的发展方向。建设ITS将有望解决城市道路和城市间高速公路拥挤,提高道路通行能力,提高安全性,减少环境污染和能源消耗等。然而,这些目的是否能够达到,在项目实施以前则是一个未知数。与其它的交通投资不同,由于ITS的新颖性,很难找到已建的ITS设施可以提供参考经验,因此如何对实施ITS的效果进行预测和评价成为规划人员、决策者等感到需要亟待解决的难题。
 
    国外关于ITS影响评价(ITS Impacts Evaluation)的研究开始于90年代初,而国内的研究才刚刚起步。ITS影响评价是一个范围广、困难而复杂的课题,目前还没有一套像传统运输基础设施评价那样完整的ITS评价模型和方法。首先,传统运输项目多数是采用费用效益分析法进行评价,项目的效益大于费用意味着该项目才能被接受。然而传统运输项目的费用效益分析是建立在良好历史数据积累基础之上,而ITS项目经常是缺乏费用和效益的历史数据的,很多项目可能是头一次实施,根本没有别的已建项目的数据可供参考,况且ITS的实施情况往往与当地条件密切相关,其它地方的费用和效益数据在时间和空间上的转移性实在让人怀疑。第二,ITS包含各种各样的系统,如先进的出行者信息系统(ATIS)、先进的交通管理系统(ATMS)、先进车辆控制及安全系统(AVCSS)、先进的公共运输系统(APTS)、商用车辆者营运系统(CVO)、紧急救援管理系统(EMS)、电子付费与电子收费(EPS&ETC)系统等七大子系统。这些子系统的评价方法各不相同,而且新的子系统还将不断地增加,更困难的是,在大城市里,往往同时好几个子系统在起作用,很难将各自费用和效益截然分开,在这种情况下如何评价呢?如果好几个子系统集成在一起,又如何对这种集成系统进行评价呢?第三,发生灾害、事故等异常情况时ITS的评价问题。有学者指出,在异常情况下,ITS的效益非常显著,但是事故条件下的交通状态的数据还相当缺乏。第四,传统运输项目的评价常常是用于规划目的静态评价,而ITS影响评价应该是动态的,真实世界中路网上的交通流量每时每刻都在变化着。第五,ITS融合了大量的信息技术,人们对信息的反应必然影响到ITS实施的效果,因此ITS影响评价也就必然牵涉到社会学、行为、生理、心理的方方面面,而目前交通研究中对这些问题的考虑还比较初级。


 2.ITS影响评价的手段
 
    尽管困难重重,ITS影响评价的工作仍然在不断地进步。目前的手段主要分为两类,一种是现场监测(Field Tests),一种是仿真模型(Simulation Models)。现场监测(Field Tests)在交通监测和控制系统的运营性能评价中起着很重要的作用,它试图在受控的小范围的真实世界里考察ITS的影响。严格地说,为了进行受控试验,需要将试验区域与其它外界环境隔离开来,这样才能考察ITS的实施对该区域的影响,然而这在真实世界中是不可能的,受控只能是相对的,试验的结果会受到各种偶然因素的影响,得到的结果常常是很有限的和基于当地情况的,很难以此推断出一般性的结论。而且现场监测几乎无法进行敏感性分析,它无法回答“假如…,会怎样”这样的问题。
 
    尽管现场监测是必要的,它存在上面所述的种种不足,而且试验的造价昂贵。交通仿真模型在ITS影响评价的领域越来越受到重视,比起现场试验来用仿真模型进行影响评价要便宜和灵活得多,仿真模型可以在广域上评价ITS的各种方案和效果。它的一个突出优点是对真实世界中尚未得到实施的ITS技术能够进行细致的分析,对已实施的技术可以提出优化建议,可在不对现有交通系统产生任何干扰下进行多种系统方案的检验,因此还可以引导更有效的系统实施。
 
    3.本研究的目的
 
    目前国外已经开发了许多交通仿真模型,然而不幸的是,大多数仿真模型并不适用于ITS的分析。原因是多方面的,一个重要的原因是很多交通仿真模型开发于90年代以前,那时ITS还没有象今天这样被广泛地应,因此开发者没有太多的考虑ITS也就不难理解。如果要仿真ITS的话,就要对内部算法和底层结构作大量修改,工作量是惊人的,即使这样,结果也不一定令人满意,一个明显的例子是英国TRRL的CONTRAM,CONTRAM被公认是优秀的仿真模型,但在作大量改进后对ITS的支持仍然很弱。
 
    总结起来,不适用于ITS的效果分析的仿真模型的主要缺陷是:(1)缺乏对基于路径的动态交通的模拟;(2)驾驶者决策行为的模拟;(3)对先进信息系统环境下多种用户的模拟;(4)对一般化的路网(例如高速公路和城市道路)的适应能力。在ITS提供的信息下,为了模拟驾驶员对实时交通信息的反映和路径选择,需要支持路径处理的基础数据结构(例如满足某种准则的路径选择,更新的路径出行时间等),大多数已有模型缺乏这种能力。而且,很多模型都缺乏支持不同控制策略仿真和分析的目标和数据结构。
 
    支持ITS影响评价的交通仿真模型研究在国际上处于迅速发展中,国内这方面的研究还非常少,而且近年来国际上出现了一些较新的商业化的仿真模型,例如英国的PARAMICS,西班牙的AIMSUN2等。本研究首先对目前世界上已有的近百个重要仿真模型进行充分的调研,根据一套的准则,筛选出比较适合进行ITS实施效果分析的模型。其次,对这些选出的模型的性能进行总体评价。需要说明的是,对世界上已有模型的调研是一件非常困难的事,为此我们参阅了大量的研究报告,Internet网站,以及与模型开发者的讨论等,力求反映国际仿真模型的最新发展,即使这样,也还会有不周之处。


 二、交通仿真模型
 
    1.交通仿真模型的分类
 
    依据仿真模型对交通系统描述的细节的程度,仿真模型可以划分为宏观(Macroscopic)、微观(Microscopic)、准微观(Mesoscopic)3种。


   宏观仿真模型(Macro-Simulation Models)对系统实体、行为及相互作用的描述非常粗糙。例如,用某种集合方式展现交通流,比如说,交通流量、速度、密度。宏观模型也许根本就不涉及车道变换,它假定交通流已被合理地分配给各车道。


    微观仿真模型(Micro-Simulation Models)非常细致地描述系统实体和它们间相互作用。例如,微观水平的车道变换不仅涉及到当前车道中本车对前车的跟车定律,而且涉及到目标车道的假定前车和后跟车的跟车定律,还有精细的驾驶员决策行为模拟,甚至整个车道变换的操纵过程也能被模拟出来。
 


    微观仿真模型特别适合于在计算机上精确再现路网上的实际交通状况。这一特点使得微观工具成为评价ITS影响也许是最合适的工具。微观模型基本上由两大部分组成,一部分是路网几何形状的精确描述,包括信号灯、检测器、可变信息标示等交通设施。另外一部分是每辆车动态交通行为的精确模拟,这种模拟要考虑驾驶员的行为并根据车型加以区分。
 
    准微观仿真模型(Meso-Simulation Models)也能够在细致地描述大多数系统实体,然而相对于微观模型而言,它对实体运动和相互作用的描述粗糙地多,例如,对每辆车而言,车道变换被描述成建立在相关车道的实体基础上的瞬时决策事件,而非细致的车辆间相互作用。
 
    宏观模型的重要参数是速度、密度和流量。微观模型的重要参数是每辆车的速度和位置。准微观模型则融合了微观模型和宏观模型的某些方面。由于宏观模型应用于ITS影响评价的功能比较有限,而且计算机技术的飞速发展使得在微机上已经能够运行微观(准微观)仿真模型,所以我们在此主要讨论准微观和微观仿真模型。


   2.微观(准微观)仿真模型在ITS影响评价中的应用
 
    微观(准微观)仿真模型可以量化ITS带来的效益,特别是先进的出行者信息系统(ATIS)和先进的交通管理系统(ATMS),这些效益可以通过速度和出行时间等指标来计量。用微观(准微观)仿真模型量化其它的效益,如安全,环境的效益还有一定的困难。大致来说,微观(准微观)仿真模型可以仿真的ITS领域有动态交通控制、事故管理方案、实时路径诱导、交叉口自适应信号控制、匝道和干线控制、收费站、车道控制(车道使用标示、ETC、高占有率车道等)等。一些仿真模型还能够进行设计参数的敏感性分析。当然,这并不意味着所有的模型都具有这些功能,不同的模型有不同的特色。表1显示了欧盟的SMARTEST对58个微观(准微观)仿真模型进行研究后,得到模型对ITS功能的支持情况。根据SMARTEST对用户发出的调查,仿真模型在两方面特别有价值,即信号控制(自适应、协调信号、公交优先、匝道控制)和事故与拥挤(车辆探测、事故管理、可变信息标示、动态路径诱导、高速公路流量控制),城市交通控制(UTC)是微观(准微观)仿真的主要应用领域。

责任编辑:佚名

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