基于VisVAP的公交優(yōu)先信號(hào)控制策略仿真

張東明

（同濟(jì)大學(xué)浙江學(xué)院交通運(yùn)輸工程系，嘉興 314000）

引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，交通仿真技術(shù)的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。交通仿真可以跟蹤描述交通體隨時(shí)間和空間的變化，利用數(shù)學(xué)模型統(tǒng)計(jì)各交通指標(biāo)的變化，發(fā)現(xiàn)其中規(guī)律，進(jìn)行方案對(duì)比，給交通設(shè)計(jì)者、管理者提供決策參考[1-3]。交通仿真可以分為微觀和宏觀兩種，微觀仿真?zhèn)戎亟煌w自身運(yùn)行規(guī)律的描述，宏觀仿真則側(cè)重交通流運(yùn)行規(guī)律的研究，現(xiàn)今應(yīng)用比較廣泛的仿真軟件主要有Vissim、Transmodeler、Paramics（微觀）；Visum、TransCAD（宏觀）[4]。每款仿真軟件因開(kāi)發(fā)商不同，各有優(yōu)勢(shì)[5]。Vissim是德國(guó)PTV公司開(kāi)發(fā)的微觀交通流仿真軟件系統(tǒng)，能夠分析在車道類型、交通組成、交通信號(hào)控制、停車控制等眾多條件下的交通運(yùn)行情況，具體分析、評(píng)價(jià)、優(yōu)化交通網(wǎng)絡(luò)、設(shè)計(jì)方案比較等功能，是分析許多交通問(wèn)題的有效工具[6]。

公交優(yōu)先信號(hào)控制與普通的定周期信號(hào)控制相比較為復(fù)雜，各仿真軟件不能通過(guò)直接設(shè)置各種參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)仿真[7]。Vissim的VisVAP模塊可以對(duì)仿真軟件進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。本文闡述了應(yīng)用VisVAP來(lái)實(shí)現(xiàn)公交優(yōu)先信號(hào)控制的原理、方法，Vissim交叉口信號(hào)機(jī)的設(shè)置等，并進(jìn)行案例分析。

1 公交優(yōu)先信號(hào)控制策略

世界各國(guó)交通管理的經(jīng)驗(yàn)表明，城市道路平面交叉口最有效的管理策略就是信號(hào)控制，并且信號(hào)控制也正在被普遍采用[8]。隨著信號(hào)控制機(jī)及信號(hào)控制策略的發(fā)展，現(xiàn)在有點(diǎn)、線、面信號(hào)控制（單點(diǎn)信號(hào)控制、干道信號(hào)控制和區(qū)域信號(hào)控制），也有定時(shí)控制、感應(yīng)控制和自適應(yīng)控制[9]。隨著大力發(fā)展公共交通策略的推行，公交的空間優(yōu)先和時(shí)間優(yōu)先顯示出非常重要的地位。公交時(shí)間優(yōu)先主要體現(xiàn)在公交在交叉口的信號(hào)控制優(yōu)先。

公交優(yōu)先信號(hào)策略類型主要有兩種：主動(dòng)優(yōu)先和被動(dòng)優(yōu)先。被動(dòng)優(yōu)先不是依靠檢測(cè)器獲取公交車輛到達(dá)的數(shù)據(jù)，而是根據(jù)公交車輛的發(fā)車頻率、行車速度等數(shù)據(jù)，協(xié)調(diào)路網(wǎng)內(nèi)交叉口的信號(hào)配時(shí)。一般有網(wǎng)格化配時(shí)規(guī)劃、信號(hào)周期調(diào)整、增加相位時(shí)間、相位分割等四種方式。被動(dòng)優(yōu)先本質(zhì)是定周期信號(hào)配時(shí)，從一定程度上加大公共交通的優(yōu)先權(quán)，以減少公交車輛停車、延誤，但同時(shí)會(huì)增加信號(hào)配時(shí)的損失時(shí)間，犧牲了交叉口部分通行能力。

主動(dòng)優(yōu)先主要是依靠檢測(cè)器對(duì)公交車輛運(yùn)行情況進(jìn)行識(shí)別分析，當(dāng)檢測(cè)器檢測(cè)到公交車輛即將到達(dá)交叉口時(shí)，采取延長(zhǎng)、提前、增加或跳躍相位實(shí)時(shí)調(diào)整交叉口信號(hào)控制方案，從而實(shí)現(xiàn)公交車輛的優(yōu)先通行。主動(dòng)優(yōu)先分為絕對(duì)優(yōu)先策略、完全優(yōu)先策略和部分優(yōu)先策略，絕對(duì)優(yōu)先指交叉口上游檢測(cè)器檢測(cè)到公交車到達(dá)時(shí)，交通信號(hào)控制機(jī)會(huì)中斷當(dāng)前信號(hào)，給予公交優(yōu)先信號(hào)，當(dāng)公交車輛通過(guò)交叉口后，信號(hào)相位恢復(fù)；完全優(yōu)先策略指檢測(cè)器檢測(cè)到公交車輛時(shí)，信號(hào)控制機(jī)不是無(wú)條件的中斷信號(hào)相位，而是通過(guò)提前一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)公交相位出現(xiàn)的時(shí)間來(lái)達(dá)到公交車輛優(yōu)先通行的目的；部分優(yōu)先策略指為部分公交車輛而非全部公交車輛提供信號(hào)優(yōu)先策略。

主動(dòng)優(yōu)先控制方式主要有綠燈延長(zhǎng)、綠燈提前、相位插入、跳躍相位、相位倒轉(zhuǎn)、專用相位等6種方式。公交優(yōu)先控制策略及方式如圖1所示。

圖 1 公交優(yōu)先控制策略及方式

2 Vissim信號(hào)優(yōu)先控制方案

被動(dòng)優(yōu)先信號(hào)控制策略在仿真過(guò)程中，相當(dāng)于固定周期信號(hào)控制。這里只討論主動(dòng)優(yōu)先控制策略。利用Vissim實(shí)現(xiàn)公交主動(dòng)優(yōu)先信號(hào)控制需要在路網(wǎng)上設(shè)置公交檢測(cè)器來(lái)實(shí)現(xiàn)感應(yīng)控制，同時(shí)需要設(shè)置信號(hào)機(jī)，定義信號(hào)燈組、相位、信號(hào)過(guò)渡等，再利用VisVAP模塊實(shí)現(xiàn)檢測(cè)器與信號(hào)機(jī)之間的聯(lián)動(dòng)控制（圖2）。

圖2 Vissim實(shí)現(xiàn)公交優(yōu)先控制整體框架圖

在Vissim中的公交主動(dòng)優(yōu)先策略可以通過(guò)兩種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)：插入相位和調(diào)整綠燈時(shí)長(zhǎng)。插入相位和調(diào)整綠燈時(shí)長(zhǎng)又有周期變化與否的區(qū)別，具體配時(shí)方案見(jiàn)表1。

表1 Vissim公交優(yōu)先信號(hào)控制策略實(shí)現(xiàn)方案

3 VisVAP程序

VisVAP與路網(wǎng)中的檢測(cè)器一起，可以在Vissim中模擬感應(yīng)控制、停車場(chǎng)的設(shè)置、可變交通誘導(dǎo)控制等。VisVAP中包括車輛感應(yīng)邏輯編程（Vehicle Actuated Programming），可以用TextPad編輯，生成*.vap文件，還有邏輯流程圖的編輯，這一功能可以簡(jiǎn)化VAP的編程工作，可以自動(dòng)把VisVAP文件轉(zhuǎn)換為VAP文件，生成*.vv的文件。Vissim可以直接調(diào)用以上兩個(gè)文件，來(lái)完成信號(hào)配時(shí)方案的更改。圖3為VisVAP工作界面。

設(shè)置最短綠燈時(shí)間為t1s的公交優(yōu)先信號(hào)相位，通過(guò)選擇公交優(yōu)先信號(hào)相位插入的時(shí)刻來(lái)實(shí)現(xiàn)公交信號(hào)優(yōu)先的相位早啟、綠燈延長(zhǎng)，通過(guò)編輯優(yōu)先相位下一相位的流程圖來(lái)實(shí)現(xiàn)交換相位、取消相位等等，從而實(shí)現(xiàn)周期的變化與否。

要實(shí)現(xiàn)插入優(yōu)先相位之后，跳轉(zhuǎn)到原相位的下一相位，需要對(duì)原有交叉口的信號(hào)燈組進(jìn)行重新設(shè)置，人為增加與原有信號(hào)燈組相同的信號(hào)燈組，并進(jìn)行虛擬編號(hào)，這樣在VisVAP中才能利用流程圖順利實(shí)現(xiàn)接下一信號(hào)相位的功能。否則，優(yōu)先相位的下一相位Vissim將一直識(shí)別為第1相位。圖4為Vissim的VAP調(diào)用界面。

圖 3 VisVAP工作界面

圖 4 Vissim的VAP調(diào)用界面

4 仿真實(shí)例

構(gòu)建平面十字信號(hào)交叉口，其中西北方向有一條快速公交線路。路網(wǎng)示意圖和相應(yīng)的信號(hào)配時(shí)見(jiàn)圖5和圖6。Vissim中須在公交車道進(jìn)口道設(shè)置檢測(cè)器，并設(shè)置好原有信號(hào)配時(shí)方案。

圖5 構(gòu)建交叉口仿真模型圖

圖6 Vissim中信號(hào)配時(shí)方案

在原有信號(hào)配時(shí)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)公交信號(hào)優(yōu)先，設(shè)置10s的插入信號(hào)相位，采用延長(zhǎng)信號(hào)周期的方案，即若檢測(cè)器感應(yīng)到公交車輛到來(lái)，則下一相位跳轉(zhuǎn)為公交相位，接原相位的下一相位，信號(hào)周期為120s+10s=130s；若未檢測(cè)到公交車輛，則按原方案放行，信號(hào)周期為120s。信號(hào)配時(shí)方案見(jiàn)表2。

在Vissim中編輯信號(hào)機(jī)，原有四相位信號(hào)機(jī)、公交優(yōu)先信號(hào)機(jī)，還要設(shè)置與原四相位信號(hào)機(jī)相同的四個(gè)虛擬信號(hào)機(jī)，以便在VisVAP中實(shí)現(xiàn)公交優(yōu)先信號(hào)相位之后跳轉(zhuǎn)到原相位的下一相位。圖7為具體流程圖。

表2 交叉口信號(hào)配時(shí)方案

圖7 VisVAP插入相位公交信號(hào)優(yōu)先流程圖

在仿真信號(hào)時(shí)間表中可以看出，仿真時(shí)按照插入信號(hào)相位實(shí)現(xiàn)了公交信號(hào)優(yōu)先。

5 結(jié)論

交叉口公交信號(hào)優(yōu)先在各個(gè)城市的交通管理工作中普遍被采用，公交信號(hào)優(yōu)先控制策略又有好多種，而每種方案的使用情況、應(yīng)用效果等都需要一種有效的評(píng)價(jià)方法來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)，從而實(shí)現(xiàn)方案的比選。交通仿真是一種應(yīng)用普遍、較為有效的評(píng)價(jià)手段，本文中分析公交信號(hào)優(yōu)先控制策略和微觀交通仿真軟件Vissim的特點(diǎn)，將兩者有機(jī)結(jié)合，利用VisVAP模塊流程圖和Vissim車輛檢測(cè)器、虛擬信號(hào)機(jī)、信號(hào)過(guò)渡等來(lái)實(shí)現(xiàn)綠燈延長(zhǎng)、相位早啟、相位插入、相位轉(zhuǎn)換等公交優(yōu)先信號(hào)策略的仿真，為公交優(yōu)先建設(shè)方案評(píng)價(jià)奠定了基礎(chǔ)。