高速公路单点事故车辆速度控制仿真方法与流程

本发明涉及一种高速公路单点事故车辆速度控制仿真方法，属于交通控制仿真技术领域。

背景技术：

目前，高速公路作为城市间的连接纽带，在我国的道路运输系统中，其地位及其重要。改革开放以来，我国在高速公路建设方面取得了显著成就，截止2017年底，我国高速公路的通车总里程已经跃居世界第一，极大地促进了各地区经济的发展。

随着高速公路的大量建设以及机动车的不断增长，高速公路交通事故也是频繁发生，事故率以及致死率都较发达国家高。据统计，2016年中国共发生交通事故212846起，造成63093人死亡、226430人受伤、直接财产损失120759万元，而高速公路交通事故占总事故的10％左右。由于交通事故的发生是偶然的，而且相关的历史数据不足，所以研究起来比较困难，交通仿真是研究复杂交通问题的重要工具，尤其是当一个系统太复杂，无法用简单抽象的数学模型描述时，仿真的作用就更加突出。

因此，利用vissim软件对高速公路进行单点交通事故仿真，研究交通事故前后交通流等参数的变化，不仅可以预防高速公路交通事故的发生，也能提升我国高速公路行车安全系数。

技术实现要素：

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种高速公路单点事故车辆速度控制仿真方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种高速公路单点事故车辆速度控制仿真方法，包括如下步骤：

步骤1：模型基本参数设置；

步骤2：交通事故仿真；

步骤3：路段上设置数据检测器；

步骤4：设置评价文件；

步骤5：分析事故的交通影响；

步骤6：可变限速控制仿真。

作为优选方案，所述步骤1，具体步骤如下：

选择一条高速公路主线为仿真对象，对高速公路上的单点交通事故进行仿真；设置路段仿真长度，单向三车道，车道宽度，车辆遵循右侧行驶规则；根据高速公路实际车辆运行状况，设置小型汽车平均行驶速度，大型汽车平均行驶速度。

作为优选方案，所述步骤2，具体步骤如下：

2.1路网搭建以及设置车型比例：

激活“路段”按钮，单击鼠标右键建立一个单向三车道路网；点击“车辆输入”按钮，在所建立的车道上输入交通量，设置仿真时间；设置车型比例：交通→车辆组成，车流分配情况为x％的小汽车，1-x％的货车；

2.2定义静态路径：

设置高速公路上车辆行驶的总路线，从路段的开端到末端；激活“车辆路径”按钮，选择静态，选中路段，在路段起点处点击右键添加静态车辆路径决策点，移动鼠标至路段末端处点击鼠标左键，然后编辑时间区间，从0s开始到max结束；

2.3定义故障车辆：

设置故障车辆停靠点：激活“停车场”按钮，选中路段，在路段的某处最外侧车道上单击鼠标右键添停车场，位置输入“某处距离值”，长度输入“车辆相撞后的长度”，类型为“实际停车空间”，完成停车场设置；

激活“路段”按钮，点击鼠标左键选中路段，同时按住ctrl键和shift键，在停车场上方路段点击鼠标右键连接上面两个车道，选择从路段“车道2、车道3”和到路段“车道2、车道3”，新建一个连接器；

2.4定义停车路径和局部路径：

建立停车路线：激活“车辆路径”按钮，选择停车场，点击左键选中路段，在事故点前单击鼠标右键添加停车路径决策点，拖动鼠标到停车场处点击左键，定义一条停车路径，编辑时间区间；定义事故车辆发生事故的时间，创建的停车时间；

建立局部路线：激活“车辆路径”按钮，选择局部，点击左键选中路段，在停车路径决策点旁边点击鼠标右键添加局部车辆路径决策点，移动鼠标到事故点之后点击左键，定义出局部路线，然后编辑时间区间；

2.5仿真运行：

点击“仿真”按钮，车辆开始运行，行驶过程完全按照仿真的要求，仿真完成。

作为优选方案，所述步骤3中数据检测器每个车道，每隔100m设置一个。

作为优选方案，所述步骤4，具体步骤如下：

打开评估设置对话框，点击数据采集，时间从0到结束时间，设置时间间隔；激活数据检测器，在涉及多个数据检测器时，同一断面上的三个检测器可同时激活，将检测器11、检测器21和检测器31同时“添加”到同一“断面编号”栏里；在数据采集评价结果中选择特征属性，添加特征属性，设置完成后，开始仿真，仿真结束后得到后缀为“att”的统计数据文件，输出数据为通过数据检测器的加速度、速度、距离、排队延误。

作为优选方案，所述步骤5，具体步骤如下：根据输出数据通过matlab绘图，绘出流量为3000pcu/h时五个断面检测器的平均速度曲线图；最后分别输入交通流量为1000pcu/h、2000pcu/h、3000pcu/h、4000pcu/h、5000pcu/h、6000pcu/h，研究不同流量背景下的速度变化规律，分析事故的交通影响。

作为优选方案，所述步骤6，具体步骤如下：

在路段事故点上游设置期望速度决策点，添加一个动态的速度控制龙门架，进行可变限速控制仿真；当交通量增加时，期望速度将变小，当交通量减少时，期望速度变大，通过速度的动态变化来缓解交通拥堵问题。

有益效果：本发明提供的高速公路单点事故车辆速度控制仿真方法，基于vissim仿真对高速公路单点交通事故的影响进行了分析，以及对不同交通量下的交通事故影响变化进行分析，结果表明，交通事故对高速公路通行能力产生了影响，使得车辆延误和排队长度都大大增加了。

vissim仿真软件具有二次开发的功能，通过com接口，开发者可以利用vb、matlab、c++等外部编辑语言，进一步完善软件的功能。根据高速公路的实时运行数据，通过执行com命令，在vissim仿真软件中对高速公路车辆速度进行动态管理。

附图说明

图1为高速公路动态限速仿真平台构造图；

图2为本发明方法的流程示意图；

图3为高速公路事故路段速度随时间变化示意图；

图4为不同交通量下平均速度变化示意图；

图5为改善措施前高速公路事故路段车辆延误随时间变化示意图；

图6为改善措施后高速公路事故路段车辆延误随时间变化示意图；

图7为不同交通量下平均速度变化示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示，为了解决事故造成的车辆拥堵问题，本文在事故路段上游设置一个动态的速度控制装置，进行可变限速控制仿真。要想实现可变限速控制逻辑，要搭建高速公路动态限速仿真平台。首先，利用com接口对vissim微观交通仿真模型进行运行数据的实时提取，然后将vissim仿真模型检测数据传输至matlab程序中计算可变限速值，并通过vissim接口对各个路段的期望车速值进行动态调整以控制车速。最后，通过vissim仿真模型的输出数据观察控制效果。

通过对比两次仿真得出的速度、车辆延误、排队长度等交通流数据，得出结论：此装置可以有效的改变交通流运行状况，在中低流量下能更好地发挥效用。

如图2所示，一种高速公路单点事故车辆速度控制仿真方法，包括如下步骤：

步骤1：模型基本参数设置；

选择一条高速公路主线为仿真对象，对高速公路上的单点交通事故进行仿真；设置路段仿真长度为5000m，单向三车道，车道宽度为3.5m，车辆遵循右侧行驶规则；根据高速公路实际车辆运行状况，设置小型汽车平均行驶速度120km/h，大型汽车平均行驶速度80km/h。

步骤2：交通事故仿真；

2.1路网搭建以及设置车型比例：

激活“路段”按钮，单击鼠标右键建立一个单向三车道路网；点击“车辆输入”按钮，在所建立的车道上输入交通量3000pcu/h，设置仿真时间为1h；设置车型比例：交通→车辆组成，车流分配情况为95％的小汽车，5％的货车。

2.2定义静态路径：

设置高速公路上车辆行驶的总路线，从路段的开端到末端；激活“车辆路径”按钮，选择静态，选中路段，在路段起点处点击右键添加静态车辆路径决策点，移动鼠标至路段末端处点击鼠标左键，然后编辑时间区间，从0s开始到max结束。

2.3定义故障车辆：

设置故障车辆停靠点：激活“停车场”按钮，选中路段，在路段的346米处最外侧车道上单击鼠标右键添停车场，位置输入“346m”，长度输入“6.245m”，类型为“实际停车空间”，完成停车场设置；这里是用停车场代替交通事故发生点，把停车场长度模拟为两辆车碰撞后的长度。

定义事故发生后，车流要从其他两个内侧车道通行，因此需要设置一个较短的连接器作为车辆临时通行的路径。激活“路段”按钮，点击鼠标左键选中路段，同时按住ctrl键和shift键，在停车场上方路段点击鼠标右键连接上面两个车道，选择从路段“车道2、车道3”和到路段“车道2、车道3”，新建一个连接器。用于车辆发生事故后，最右侧车道上其余车辆变换车道所用。

2.4定义停车路径和局部路径：

建立停车路线：激活“车辆路径”按钮，选择停车场，点击左键选中路段，在事故点前单击鼠标右键添加停车路径决策点，拖动鼠标到停车场处点击左键，定义出了一条停车路径，编辑时间区间。然后定义事故车辆发生事故的时间为10分钟左右，创建的停车时间分布为600s。

建立局部路线：激活“车辆路径”按钮，选择局部，点击左键选中路段，在停车路径决策点旁边点击鼠标右键添加局部车辆路径决策点，移动鼠标到事故点之后点击左键，定义出局部路线，然后编辑时间区间。

2.5仿真运行：

点击“仿真”按钮，车辆开始运行，行驶过程完全按照仿真的要求，仿真完成。高速公路上车辆在交通事件发生之前正常行驶，当车辆发生交通事故时，事故路段就会因此而封闭，车流在事故路段上游开始减速，聚集，变道，在事故路段下游加速，变道，然后消散，这符合现实生活中车辆发生事故后其余车辆的行车行为，仿真结果真实可靠。

通过以上建立的事故模型，并且经过仿真得知车辆行为符合现实。

步骤3：路段上设置数据检测器；

每个车道，每隔100m设置一个数据检测器，共设置15个数据检测器。

步骤4：设置评价文件；

打开评估设置对话框，点击数据采集，时间从0到3600s，将时间间隔设为30s。激活数据检测器，在涉及多个数据检测器时，同一断面上的三个检测器可同时激活，例如，将检测器11、检测器21和检测器31同时“添加”到同一“断面编号”栏里。在数据采集评价结果中选择特征属性，添加某些特征属性，例如速度，设置完成后，仿真一个小时，仿真结束后得到后缀为“att”的统计数据文件，输出数据为通过数据检测器的加速度、速度、距离、排队延误。如下表1为流量3000pcu/h时数据检测器的统计数据文件中的部分数据。

表1某次仿真的部分输出数据

步骤5：分析事故的交通影响；

根据输出数据通过matlab绘图，绘出流量为3000pcu/h时五个断面检测器的平均速度曲线图；最后分别输入交通流量为1000pcu/h、2000pcu/h、3000pcu/h、4000pcu/h、5000pcu/h、6000pcu/h，研究不同流量背景下的速度变化规律，分析事故的交通影响。

实施例1：

经过仿真，事故持续时间大概在220s-820s，所以取180s-900s时间段绘图。以交通量3000pcu/h为例进行仿真，得到高速公路发生事故后平均速度随时间变化的规律，如图3所示为断面1、断面2、断面3、断面4、断面5速度随时间变化的叠加图。高速公路五个断面中前三个断面的速度变化基本相似，没有过大的起伏，而断面4是处于事故发生点上游最近的一个断面，所以断面4的速度随时间变化最大，并且相对于另外几个断面来说速度较小。220s时，由于事故车辆占用了一条车道，此时前两个断面距离事故点较远，所以速度不受影响。而断面3和断面4的速度都受到了影响，尤其是断面4的车辆速度大幅下降，排队长度和车辆延误也不断增加。断面5是事故点下游最近的一个断面，当事故点上游车辆发现前方有事故发生便向其他路段变道行驶，但是由于事故发生时造成大量车辆拥堵，故断面5的速度也大幅下降。由图3中速度变化趋势可以看出，820s时事故处理完毕，平均速度也在不断增加，事故影响开始消散，直到恢复正常范围。

为了研究上游路段交通量对事故交通的影响，分别以交通量为1000pcu/h到6000pcu/h进行仿真分析。断面4是距离事故点最近的路段，其速度变化也最为明显，故选取断面4为重点分析对象。如图4所示为交通量分别为1000pcu/h到6000pcu/h时断面4的平均速度随时间的变化。交通量为1000pcu/h和2000pcu/h时其速度变化趋势基本相似，且速度较高，因此上游交通量较少时事故影响不大。随着交通量的增加，事故影响也越来越大。如图4所示，当交通量增长为3000pcu/h时速度开始下降，尤其是在事故刚发生的时候，可能事故路段上游车辆没有及时反应过来，所以造成车辆速度急速下降。交通量为5000pcu/h和6000pcu/h时车辆的速度明显大幅下降，而且车辆几乎一直保持低速行驶。故高速公路发生事故后，上游交通量越大，事故影响持续时间越长，事故影响的时间和空间范围越大。

通过仿真分析得出了高速公路交通事故对路段通行能力产生了影响，高速公路发生事故后，上游交通量越大，事故影响持续时间越长，事故影响的时间和空间范围越大。

步骤6：可变限速控制仿真；

为了解决事故车辆拥堵问题，采用在路段事故点上游设置期望速度决策点，添加一个动态的速度控制龙门架，进行可变限速控制仿真。当交通量增加时，期望速度将变小，当交通量减少时，期望速度变大，通过速度的动态变化来缓解交通拥堵问题。采取改善措施后再次仿真运行，得到一些交通流数据，如速度、车辆延误、排队长度，将这些数据与采取措施前的数据进行对比分析。

如图5、图6所示，分别为采取改善措施前和采取改善措施后高速公路事故路段车辆延误随时间变化的图形。由于流量为1000pcu/h和2000pcu/h时，交通事故对路段的通行能力影响不大，车辆延误几乎为0s，所以仅研究流量从3000-6000pcu/h的车辆延误变化趋势。当流量为3000pcu/h时，采取措施前后车辆延误都几乎不变。流量变为4000pcu/h时，未采取措施时车辆延误起伏较大，最大值达到将近40s，添加了控制设施后，车辆延误大幅降低且基本平稳趋向于0。对比两图可以明显看出采取控制设施后车辆延误远远小于采取措施之前。如图7所示为添加控制设施后不同交通量下平均速度变化，对比图4可以看出，当流量为1000-3000pcu/h时速度较高，流量再增加时速度就大幅下降。因此，当流量保持中低水平时速度控制设施发挥的效用更好。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。