張東明

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

引言

隨著計算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，交通仿真技術(shù)的應(yīng)用也越來越廣泛。交通仿真可以跟蹤描述交通體隨時間和空間的變化，利用數(shù)學(xué)模型統(tǒng)計各交通指標(biāo)的變化，發(fā)現(xiàn)其中規(guī)律，進(jìn)行方案對比，給交通設(shè)計者、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自身運行規(guī)律的描述，宏觀仿真則側(cè)重交通流運行規(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]。每款仿真軟件因開發(fā)商不同，各有優(yōu)勢[5]。Vissim是德國PTV公司開發(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、交通信號控制、停車控制等眾多條件下的交通運行情況，具體分析、評價、優(yōu)化交通網(wǎng)絡(luò)、設(shè)計方案比較等功能，是分析許多交通問題的有效工具[6]。

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

1 公交優(yōu)先信號控制策略

世界各國交通管理的經(jīng)驗表明，城市道路平面交叉口最有效的管理策略就是信號控制，并且信號控制也正在被普遍采用[8]。隨著信號控制機(jī)及信號控制策略的發(fā)展，現(xiàn)在有點、線、面信號控制（單點信號控制、干道信號控制和區(qū)域信號控制），也有定時控制、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)先和時間優(yōu)先顯示出非常重要的地位。公交時間優(yōu)先主要體現(xiàn)在公交在交叉口的信號控制優(yōu)先。

公交優(yōu)先信號策略類型主要有兩種：主動優(yōu)先和被動優(yōu)先。被動優(yōu)先不是依靠檢測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)交叉口的信號配時。一般有網(wǎng)格化配時規(guī)劃、信號周期調(diào)整、增加相位時間、相位分割等四種方式。被動優(yōu)先本質(zhì)是定周期信號配時，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，但同時會增加信號配時的損失時間，犧牲了交叉口部分通行能力。

主動優(yōu)先主要是依靠檢測器對公交車輛運行情況進(jìn)行識別分析，當(dāng)檢測器檢測到公交車輛即將到達(dá)交叉口時，采取延長、提前、增加或跳躍相位實時調(diào)整交叉口信號控制方案，從而實現(xiàn)公交車輛的優(yōu)先通行。主動優(yōu)先分為絕對優(yōu)先策略、完全優(yōu)先策略和部分優(yōu)先策略，絕對優(yōu)先指交叉口上游檢測器檢測到公交車到達(dá)時，交通信號控制機(jī)會中斷當(dāng)前信號，給予公交優(yōu)先信號，當(dāng)公交車輛通過交叉口后，信號相位恢復(fù)；完全優(yōu)先策略指檢測器檢測到公交車輛時，信號控制機(jī)不是無條件的中斷信號相位，而是通過提前一個信號周期內(nèi)公交相位出現(xiàn)的時間來達(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優(yōu)先策略。

主動優(yōu)先控制方式主要有綠燈延長、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信號優(yōu)先控制方案

被動優(yōu)先信號控制策略在仿真過程中，相當(dāng)于固定周期信號控制。這里只討論主動優(yōu)先控制策略。利用Vissim實現(xiàn)公交主動優(yōu)先信號控制需要在路網(wǎng)上設(shè)置公交檢測器來實現(xiàn)感應(yīng)控制，同時需要設(shè)置信號機(jī)，定義信號燈組、相位、信號過渡等，再利用VisVAP模塊實現(xiàn)檢測器與信號機(jī)之間的聯(lián)動控制（圖2）。

圖2 Vissim實現(xiàn)公交優(yōu)先控制整體框架圖

在Vissim中的公交主動優(yōu)先策略可以通過兩種方法來實現(xiàn)：插入相位和調(diào)整綠燈時長。插入相位和調(diào)整綠燈時長又有周期變化與否的區(qū)別，具體配時方案見表1。

表1 Vissim公交優(yōu)先信號控制策略實現(xiàn)方案

3 VisVAP程序

VisVAP與路網(wǎng)中的檢測器一起，可以在Vissim中模擬感應(yīng)控制、停車場的設(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，這一功能可以簡化VAP的編程工作，可以自動把VisVAP文件轉(zhuǎn)換為VAP文件，生成*.vv的文件。Vissim可以直接調(diào)用以上兩個文件，來完成信號配時方案的更改。圖3為VisVAP工作界面。

設(shè)置最短綠燈時間為t1s的公交優(yōu)先信號相位，通過選擇公交優(yōu)先信號相位插入的時刻來實現(xiàn)公交信號優(yōu)先的相位早啟、綠燈延長，通過編輯優(yōu)先相位下一相位的流程圖來實現(xiàn)交換相位、取消相位等等，從而實現(xiàn)周期的變化與否。

要實現(xiàn)插入優(yōu)先相位之后，跳轉(zhuǎn)到原相位的下一相位，需要對原有交叉口的信號燈組進(jìn)行重新設(shè)置，人為增加與原有信號燈組相同的信號燈組，并進(jìn)行虛擬編號，這樣在VisVAP中才能利用流程圖順利實現(xiàn)接下一信號相位的功能。否則，優(yōu)先相位的下一相位Vissim將一直識別為第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 仿真實例

構(gòu)建平面十字信號交叉口，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)的信號配時見圖5和圖6。Vissim中須在公交車道進(jìn)口道設(shè)置檢測器，并設(shè)置好原有信號配時方案。

圖5 構(gòu)建交叉口仿真模型圖

圖6 Vissim中信號配時方案

在原有信號配時基礎(chǔ)上實現(xiàn)公交信號優(yōu)先，設(shè)置10s的插入信號相位，采用延長信號周期的方案，即若檢測器感應(yīng)到公交車輛到來，則下一相位跳轉(zhuǎn)為公交相位，接原相位的下一相位，信號周期為120s+10s=130s；若未檢測到公交車輛，則按原方案放行，信號周期為120s。信號配時方案見表2。

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

表2 交叉口信號配時方案

圖7 VisVAP插入相位公交信號優(yōu)先流程圖

在仿真信號時間表中可以看出，仿真時按照插入信號相位實現(xiàn)了公交信號優(yōu)先。

5 結(jié)論

交叉口公交信號優(yōu)先在各個城市的交通管理工作中普遍被采用，公交信號優(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價方法來進(jìn)行評價，從而實現(xiàn)方案的比選。交通仿真是一種應(yīng)用普遍、較為有效的評價手段，本文中分析公交信號優(yōu)先控制策略和微觀交通仿真軟件Vissim的特點，將兩者有機(jī)結(jié)合，利用VisVAP模塊流程圖和Vissim車輛檢測器、虛擬信號機(jī)、信號過渡等來實現(xiàn)綠燈延長、相位早啟、相位插入、相位轉(zhuǎn)換等公交優(yōu)先信號策略的仿真，為公交優(yōu)先建設(shè)方案評價奠定了基礎(chǔ)。