基于VISSIM的交通信號控制算法仿真平臺

鐘 欣，閆東輝,程添亮，許 森

(1.連云港杰瑞電子有限公司，江蘇 連云港 222000;2.大連市公安局經濟技術開發(fā)區(qū)分局交通警察大隊，遼寧 大連116600)

當前全面評估交通信號控制算法實施效果相當困難，而交通仿真軟件能夠多維度、多尺度全面的評價交通信號控制算法的運行效果，是評價算法性能的強大工具。劉暢基于VISSIM-MATLAB構建的仿真平臺實現了單路口條件下定時、感應和自適應三種控制方式的運行效果的有效對比分析。連仁包構建了基于.NET環(huán)境的VISSIM-MATLAB的交通控制算法仿真、驗證集成平臺。盧守峰等構建了基于Excel VBA環(huán)境的VISSIM-MATLAB集成仿真平臺，可有效驗證交通信號控制模型。徐成成等以MATLAB為核心，集成VISSIM/VISUM構建了支持不同仿真精度的交通仿真控制平臺。柳祖鵬等構建了基于信號機與VISSIM的硬件在環(huán)仿真平臺，可有效評價交通信號控制系統(tǒng)運行效果。胡繼華等構建了一種基于VISSIM的仿真平臺，實現了對SCATS系統(tǒng)信號控制效果的評價。本文設計了一種基于VISSIM的集成交通仿真平臺，可有效對各類交通信號控制算法進行仿真評估。該平臺以Python作為VISSIM二次開發(fā)語言，Kafka作為數據交互平臺，交通信號控制系統(tǒng)作為算法調用平臺，瀏覽器作為交通態(tài)勢實時展示界面，MySQL作為數據庫。

1 平臺簡介

仿真平臺由五個模塊構成，如圖1所示，下面介紹各個模塊的內容。

圖1 交通信號控制算法仿真平臺框架

1.1 交通仿真模塊

交通仿真軟件使用德國PTV公司研發(fā)的VISSIM，它是一種基于時間間隔和駕駛行為的微觀交通仿真軟件，可以模擬各種交通場景，其COM提供了VISSIM與外部互動的強大功能。本平臺基于Python實現VISSIM的二次開發(fā)，提取仿真流量檢測數據及交通運行評價指標上傳至數據中轉模塊，并從數據中轉模塊接收實時燈態(tài)輸入至仿真路網信號燈組。

1.2 數據中轉模塊

數據中轉使用Kafka平臺，它是一種高吞吐量、高容錯、高擴展、分布式的發(fā)布/訂閱模式的開源流處理平臺，其抽象出生產者、消費者和主題三個概念，實現了數據發(fā)送和數據接收的解耦。生產者為數據發(fā)送者，消費者為數據接收者，主題是生產者和消費者之間數據交互的抽象組件。該模塊主要中轉數據為路網上各路口的燈態(tài)、路網交通流量及交通評價指標、操作VISSIM進行仿真的指令。

1.3 數據存儲模塊

MySQL是目前最流行的開源數據庫管理系統(tǒng)之一，其簡單、高效、可靠，在IT行業(yè)內得到廣泛應用，因此本文選用MySQL作為數據存儲管理系統(tǒng)，主要存儲仿真流量、仿真評價指標、仿真路網拓撲結構三個部分的數據。

1.4 算法服務模塊

算法服務模塊基于仿真交通流檢測參數，由交通信號控制系統(tǒng)調用交通信號控制算法生成控制方案下發(fā)至信號機，信號機執(zhí)行控制方案生成交通信號燈態(tài)，如圖2所示。

圖2 算法服務模塊控制邏輯

1.5 人機交互模塊

人機交互模塊功能包括交通仿真管理、路網映射、交通態(tài)勢展示。交通仿真管理主要是管理VISSIM的Simulation參數；路網映射是將仿真路網的路段、路口、檢測器、相位映射到算法服務模塊中路網的相應元素；交通態(tài)勢展示包括路網交通態(tài)勢、路口交通態(tài)勢、路段交通態(tài)勢。

2 實驗效果

使用如圖3所示的仿真路網進行實驗，為連云港市海州區(qū)海連路從瀛洲路至凌洲路區(qū)間上10個路口，編號依次為1 214、1 215、1 216、1 217、1 218、1 219、1 220、1 646、1 221、1 222。本實驗對干線綠波協(xié)調控制算法和初始未協(xié)調控制方案進行仿真對比，優(yōu)化前后的仿真均運行10次，各項指標值取10次仿真平均值。

圖3 仿真路網

圖4為優(yōu)化前后10次仿真中的某次路網交通態(tài)勢展示，可以初步看出干線綠波協(xié)調控制算法的效果優(yōu)于初始控制方案。

仿真路網各指標值如表1所示，可以看出干線綠波協(xié)調控制算法效果比較明顯，符合上述的初步觀察結果。

仿真路網各路口干線方向的運行效果如圖6所示，可以明顯看出，除了1 218路口的平均排隊長度和均車延誤指標出現小幅度上升外，其他路口的各項指標均大幅度下降。表1和圖6共同表征了干線綠波協(xié)調控制算法的良好性能。

表1 仿真路網運行效果

圖4 初始未協(xié)調控制方案路網交通態(tài)勢

圖5 路口交通運行效果

3 結 論

本文提出一種基于VISSIM的交通信號控制算法仿真驗證平臺，其由交通仿真模塊、算法服務模塊、評價展示模塊、數據存儲模塊、數據交互模塊五個模塊構成，實現了交通信號控制算法調用、交通仿真、仿真路網交通態(tài)勢展示的解耦，可有效對各類交通信號控制優(yōu)化算法進行仿真并給出多維度的交通運行評價指標。最后通過干線綠波協(xié)調控制算法仿真示例展示了平臺的功能。