科技|Vissim仿真在交通信号优化中的创新应用

1、引言

随着我国社会经济的稳定健康发展，居民的可支配收入不断增加。同时，伴随着我国城镇化进程的不断加快，城镇面积和城镇人口在不断地增加，随之我国的汽车保有量每年呈几何指数式的增长。但城市道路的建设与管理跟不上汽车数量的增长，导致城市道路交通状况恶化，环境污染严重，上下班高峰期车流拥堵加剧。

交叉口是城市路网的交通瓶颈，其交通信号的控制方式与配时方案的优化，对道路通行能力的提高至关重要，是缓解城市道路交通拥堵的重要措施。通过计算机仿真，模拟在不同交通信号控制方案下交叉口的交通流运行情况，是实现交叉口精细化管理与评估的一个高效方式。基于多年的交通信号控制技术积淀，超远信息技术公司在Vissim仿真软件的基础上，进行计算机交通仿真的研究与创新，开发出交通信号虚拟仿真与优化系统，使其灵活、便捷的应用于城市道路交通信号的仿真与优化评估中。

2、基于Vissim的交通信号优化高级应用

2.1 Vissim仿真软件简介

Vissim是一种基于时间间隔和驾驶行为的微观交通仿真软件，由德国PTV公司设计研发，用以对城市交通和公共交通的运行仿真建模。Vissim软件系统内部有两大核心组件：交通仿真器和信号状态发生器，它们之间通过接口交换检测器数据和信号状态信息。交通仿真器是一个微观交通仿真模型，用来产生仿真交通流信息。信号状态发生器是一个信号控制程序，用以实现交通流的信号控制逻辑。Vissim仿真软件的内部逻辑结构如图1所示：

图1 Vissim仿真软件内部逻辑图

Vissim是解决各种交通问题的有力工具，它可在各种交通条件下，如交通构成、交通信号设置、路口渠化等，在线生成可视化的交通运行状况，也可离线输出交通流运行的各种统计数据，用以对其分析与评估。

2.2 实际应用中Vissim仿真存在的问题

尽管Vissim的基础功能已经十分完备，且每年会对现有版本进行更新，但其基本功能与用户体验并未有本质改变。面对日益复杂和多样的城市交通问题，Vissim的现有功能已经不能满足用户的实际需求。

目前，对Vissim仿真软件的二次开发已有不少的研究与成果，但多数仅是针对Vissim的不友好界面进行改进，将Vissim较为分散的参数设置、数据输入、仿真评价等功能进行整合，编写新的软件界面。在实际应用中，这些二次开发程序并未真正解决Vissim仿真软件与外部信号控制程序、信号控制平台等的信息交互问题，从而真正释放出Vissim强大的仿真功能。

因此，针对用户的需求多样性及城市道路交通问题的复杂性，有必要对Vissim软件进行深入研究，开发出高级的创新应用，使其更灵活、便捷和易于操作。

2.3 Vissim仿真高级应用

Vissim为用户提供了独特的COM接口功能，允许外部程序通过接口访问其内部对象和方法，获取与Vissim相关的各项参数与评价指标，这就为Vissim高级应用开发提供了必要的技术支撑。

根据大量交叉口交通信号仿真优化案例和多年交通信号控制开发经验，结合大量用户使用的反馈情况，超远信息技术公司开发了基于Vissim的交通信号虚拟仿真与优化系统。该系统的逻辑结构如图2：

图2 超远交通信号虚拟仿真与优化系统逻辑图

其中，Vissim、超远交通信号控制平台、超远信号机、虚拟信号机与通讯服务器之间通过专用的通信协议，进行数据的交互与传输；所有数据信息经通讯服务器转接，在数据库进行存储与备份，以保证数据的安全。

实际的路口交通信号优化应用中，考虑到成本及安全性，不可能在真实的信号机上进行交通信号控制方案的优化实验，因此，设计开发出虚拟信号机系统。虚拟信号机与真实信号机的核心功能相同，能够在线运行定周期控制、感应控制、自适应控制、协调控制及其他算法设计的信号控制方案。在交通信号控制方案优化过程中，使用虚拟信号机进行交通信号的仿真与评估实验，避免对真实信号机的控制方案频繁更换造成交通混乱及可能的交通事故。待该信号控制方案仿真验证和评估通过后，再由交通信号控制平台将方案下发给前端真实信号机。

在用Vissim仿真时，要求虚拟路网与实际路网尽可能一致，如虚拟路网中交叉口的车道渠化、交通流加载量、交通构成等均应与实际路网相同。此外，仿真中虚拟信号机通过通讯服务器，将信号灯状态信息发送到Vissim虚拟路网中，虚拟路网中相应的信号灯状态与实际路网信号灯状态完全同步。同时，在虚拟路网中设置相应的检测器，Vissim可以通过数据传输协议将路网中的过车流量反馈给虚拟信号机，这样可以更好地模拟实际路口的各种控制方式。

3、Vissim仿真创新应用的典型案例

3.1 案例一：感应信号控制优化实例

湘潭市双拥中路与湘潭大道交口平峰时段车流到达极不规律，一定时间间隔内交通量时多时少，原信号控制方案为定周期控制，某一方向红灯时车辆排队较多，而另一方向绿灯时间空放，导致该交口绿灯时间损失较多，通行能力较低。

超远公司在该交口信号改造项目实施中，对每个进口方向安装了视频流量检测器。根据此交口的流量情况，建议平峰时段采用感应信号控制方案。对此交口仿真建模，使用感应信号控制，与原定周期方案进行对比评估验证，该交口实际情况与建模图如下图3：

图3 路口实际图                        路口建模图

该交口两种控制方式仿真运行1小时的评价结果如下表1：

表1 仿真评价结果

控制方式	平均停车延误s	平均速度km/h	停车次数	旅行时间s
定周期控制	30	19.03	2369	66.01
感应控制	23	22.23	2043	52.96
改善比例	23.3%	16.8%	13.8%	19.8%

通过对比该交口平峰时段感应控制与原定周期控制方案，由上表可以得出，优化效果较为明显，平均停车延误、停车次数等评价指标均有较大改善。

3.2案例二： 绿波协调控制仿真案例

某市一条东西方向的主干道，双向六车道，潮汐交通特性明显，自西向东依次与4条道路相交，路口间距离分别为524m、426m、495m。上下班高峰期车流量较大，排队车辆通常要等1~2个信号周期才能通过路口，主干道行车延误较大，通行能力较低。经过对该主干道的调研，建议主干道各路口上下班高峰期采用绿波协调控制方案。该方案为：主干道上行驶车速50km/h，相邻路口相位差37s、31s、36s，周期时长122s、绿波带宽30s。对该主干道仿真建模如下图4：

图4 主干道模型

通过交通信号控制平台设置好绿波协调控制方案，下发该方案到主干道上各路口对应的虚拟信号机，对该绿波方案进行仿真与评估验证，验证通过后将方案下发给路口真实信号机。实际运行结果证明，该方案取得较好的效果，主干道的行车延误降低明显，通行能力大大提高。

4、结语

Vissim是一款强大的微观仿真工具，由于界面不太友好，参数设置、数据输入、仿真评价等功能较为分散，可用的信号控制方式较为单一，其仿真功能并未真正体现出来。为此，Vissim开放了其COM接口，允许通过COM接口，接入外部控制程序。本文基于Vissim的COM接口，开发了交通信号虚拟仿真与优化系统，将Vissim、信号控制平台、真实信号机、虚拟信号机及通讯服务等有效融合，打通各模块间的通讯链路，可以将各种信号控制算法在该系统中进行仿真评估验证。最后，将该系统运用到实际的工程案例中，取得较好的效果。（安徽超远信息技术有限公司）

▼结束

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