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        基于Transmodeler的廣州機(jī)場高速流量調(diào)控仿真評(píng)價(jià)*

        2020-02-07 06:37:12馮川陳歡戴娟莉鄒祥莉
        公路與汽運(yùn) 2020年1期
        關(guān)鍵詞:平沙收費(fèi)站匝道

        馮川, 陳歡, 戴娟莉, 鄒祥莉

        (廣州交通信息化建設(shè)投資營運(yùn)有限公司, 廣東 廣州 510620)

        1 項(xiàng)目概況

        廣州機(jī)場高速公路一期(廣州至新白云機(jī)場,見圖1)作為白云機(jī)場與廣州市中心區(qū)聯(lián)系的單一高等級(jí)道路,其功能復(fù)合,可靠性較低,三元里路段尤為顯著。在國慶等法定節(jié)假日因高速公路免費(fèi)自駕出行增多,機(jī)場高速公路易出現(xiàn)大面積交通擁堵。廣州機(jī)場高速公路承擔(dān)著市區(qū)至機(jī)場的主要交通需求,同時(shí)也是過境車輛的重要通道,兩種不同性質(zhì)、不同任務(wù)的交通流互相影響、干擾,造成車輛行駛速度較低,運(yùn)營成本上升,高速公路的功能降低。為有效疏導(dǎo)車流,緩解高峰時(shí)段或流量集中時(shí)段的交通擁堵,需根據(jù)實(shí)時(shí)路況采取適宜的交通管理措施。Transmodeler 4.0仿真軟件可通過建立高速公路仿真路網(wǎng),設(shè)置路網(wǎng)、路徑、輸入、輸出等參數(shù),通過二次開發(fā)將仿真結(jié)果進(jìn)行分析得到所需評(píng)價(jià)指標(biāo),并在相關(guān)平臺(tái)進(jìn)行對(duì)比,分析調(diào)控措施實(shí)施效果。

        圖1 廣州機(jī)場高速公路示意圖

        2 仿真路網(wǎng)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)設(shè)置

        2.1 仿真路網(wǎng)數(shù)據(jù)

        廣州機(jī)場高速公路仿真路網(wǎng)南起于三元里,北止于機(jī)場,其中平沙至機(jī)場為雙向八車道,其他路段為雙向六車道。沿線(由南往北)設(shè)有三元里、白云新城、新市、黃石南、黃石北、平沙、蚌湖、人和、太成、機(jī)場10個(gè)收費(fèi)站,除三元里和機(jī)場2個(gè)收費(fèi)站外,其他收費(fèi)站均可進(jìn)行控制;沿線(由南往北)銜接的高速公路有北環(huán)高速、華南快速三期、北二環(huán)高速、機(jī)場高速二期;沿線(由南往北)的重要立交有平沙立交(見圖2)、蚌湖立交(見圖3);進(jìn)行流量調(diào)控時(shí)由南往北可控制的匝道有與北環(huán)高速公路銜接處的匝道、平沙立交處的匝道、蚌湖立交處的匝道。

        圖2 平沙立交仿真路網(wǎng)

        圖3 蚌湖立交仿真路網(wǎng)

        2.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)設(shè)置

        (1) 仿真路網(wǎng)參數(shù)。包括各路段道路等級(jí)和通行能力、收費(fèi)站類型和服務(wù)時(shí)間等。

        (2) 路網(wǎng)輸入?yún)?shù)。包括OD矩陣分布規(guī)律、事故參數(shù)、信號(hào)燈參數(shù)。

        (3) 輸出參數(shù)。包括需輸出的數(shù)據(jù)表格、選擇需輸出的路網(wǎng)范圍、統(tǒng)計(jì)粒度。

        (4) 其他參數(shù)。包括交通流組成比例、加減速模型標(biāo)定參數(shù)等。

        3 仿真動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)輸入

        機(jī)場高速公路仿真及二次開發(fā)所需動(dòng)態(tài)輸入數(shù)據(jù)包括仿真路網(wǎng)OD矩陣及由機(jī)場高速公路流量調(diào)控算法所得入口流量控制措施。

        3.1 機(jī)場高速公路仿真路網(wǎng)OD動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)

        機(jī)場高速公路仿真路網(wǎng)OD動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)獲取方法分為兩類:一類由視頻流量數(shù)據(jù)推導(dǎo)得到,如三元里至黃石、平沙、蚌湖等收費(fèi)站所關(guān)聯(lián)的仿真路網(wǎng)O點(diǎn)和D點(diǎn);另一類是根據(jù)視頻流量OD數(shù)據(jù),推導(dǎo)無視頻監(jiān)測的收費(fèi)站流量的仿真路網(wǎng)O點(diǎn)和D點(diǎn),如各收費(fèi)站至人和、太成、機(jī)場等收費(fèi)站相關(guān)的O點(diǎn)和D點(diǎn)。

        由視頻流量推導(dǎo)仿真路網(wǎng)OD矩陣通過兩步獲得:第一步是通過收費(fèi)站歷史OD數(shù)據(jù)獲取仿真路網(wǎng)OD數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)樣本;第二步將所需時(shí)段的視頻流量數(shù)據(jù)根據(jù)第一步所得OD基礎(chǔ)表轉(zhuǎn)換為仿真路網(wǎng)相應(yīng)時(shí)段的OD數(shù)據(jù)。

        3.2 機(jī)場高速公路流量調(diào)控措施數(shù)據(jù)

        機(jī)場高速公路流量調(diào)控算法依據(jù)高德地圖中實(shí)時(shí)路段速度判定每個(gè)路段(兩出入口之間為一個(gè)路段)的擁堵狀態(tài),當(dāng)路段達(dá)到中度擁堵狀態(tài)時(shí)啟用延遲收費(fèi)站抬桿速度的措施,當(dāng)路段達(dá)到嚴(yán)重?fù)矶聽顟B(tài)時(shí)啟用臨時(shí)封閉收費(fèi)站或壓縮與其他高速公路相銜接匝道車道的措施;措施實(shí)施一定周期后,根據(jù)路段實(shí)時(shí)速度判定是否需解除流量調(diào)控措施。

        4 Transmodeler仿真軟件二次開發(fā)

        二次開發(fā)是指用戶根據(jù)自身需求,在軟件開發(fā)者提供的開發(fā)環(huán)境或編程接口的基礎(chǔ)上進(jìn)行新功能開發(fā)或完善原有功能的過程。利用Transmodeler進(jìn)行二次開發(fā)的思路見圖4。

        圖4 Transmodeler二次開發(fā)思路

        4.1 Transmodeler內(nèi)部GISDK二次開發(fā)

        GISDK二次開發(fā)的功能主要體現(xiàn)在:1) 通過使用回調(diào)函數(shù)實(shí)現(xiàn)仿真開始時(shí)便觸發(fā)打開Oracle數(shù)據(jù)表并更新用于仿真的OD矩陣;2) 通過使用回調(diào)函數(shù)實(shí)現(xiàn)仿真結(jié)束時(shí)便觸發(fā)輸出trips、segment、檢測器速度值等仿真結(jié)果及數(shù)據(jù)保存的時(shí)間粒度、數(shù)據(jù)格式等。

        GISDK的回調(diào)函數(shù)為RegisterCallback,該函數(shù)可通過設(shè)置參數(shù)值來確定調(diào)用的宏命令、UI界面及何時(shí)調(diào)用(仿真開始、仿真運(yùn)行過程中、仿真結(jié)束)等。打開數(shù)據(jù)庫表可調(diào)用OpenTable函數(shù),UpdateMatrixFromView可用于更新仿真工程所用的OD矩陣,CreateObject(TSM.RunManager)、SetOutputCurrentSetting、CreateOutputReport等函數(shù)則用于仿真結(jié)果輸出與保存。

        4.2 Transmodeler與外部數(shù)據(jù)對(duì)接的TSMAPI二次開發(fā)

        TSMAPI二次開發(fā)采用C語言,利用TSMAPI接口獲取路網(wǎng)信息(Network)、交通控制(Traffic Manage)等并進(jìn)行修改。利用TSMAPI接口進(jìn)行二次開發(fā)的主要功能是打通Transmodeler內(nèi)部與外部數(shù)據(jù)庫之間的連接,并修改路網(wǎng)中機(jī)場高速公路銜接其他高速公路的匝道信號(hào)燈和沿線收費(fèi)站的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。外部數(shù)據(jù)分為兩部分:一是定時(shí)獲取有關(guān)仿真任務(wù)狀態(tài)、優(yōu)先級(jí)、仿真開始與結(jié)束時(shí)間等基礎(chǔ)信息,這部分?jǐn)?shù)據(jù)主要用于控制是否啟動(dòng)仿真、設(shè)置仿真時(shí)長;二是獲取機(jī)場高速公路流量調(diào)控措施數(shù)據(jù),包括需控制的收費(fèi)站(Toll Plaza ID)、各收費(fèi)亭(Toll Booth)的狀態(tài)(Open或Closed)、是否路過(Yes或No)、服務(wù)時(shí)間(Time)、需控制匝道對(duì)應(yīng)的Signal ID、開始時(shí)間(Start Time)、結(jié)束時(shí)間(End Time)、信號(hào)燈狀態(tài)(Green或Red)。

        在程序開發(fā)時(shí)需引用TSM。二次開發(fā)涉及的收費(fèi)站(Toll Plaza)屬于交通控制(Traffic Manage)類別,而匝道信號(hào)燈(Ramp Meter)屬于路網(wǎng)(Network)類別,在修改收費(fèi)站和匝道信號(hào)燈基礎(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)都需在代碼中創(chuàng)建相應(yīng)的類(Class),類的字段名需遵守用戶指南。

        5 仿真評(píng)價(jià)效果與分析

        通過Transmodeler及二次開發(fā)可實(shí)現(xiàn)對(duì)高速公路不同交通控制策略下交通流的仿真需求,但不能直觀地觀察不同策略的實(shí)施效果,需借助數(shù)據(jù)展示平臺(tái)對(duì)不同策略下相關(guān)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。

        以2018年2月6日19:00—20:00期間未采取任何措施、封閉蚌湖立交處匝道的左車道并延長黃石北收費(fèi)站服務(wù)時(shí)間(相比正常情況下延遲5 s)兩種情況下的交通流進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果見圖5和圖6。

        圖5 未采取措施時(shí)的路況

        圖6 采取措施后的路況

        由圖5、圖6可知:封閉蚌湖立交處匝道并延長黃石北收費(fèi)站服務(wù)時(shí)間后,蚌湖立交附近與黃石北至平沙之間機(jī)場高速公路主路北行路段的路況(由仿真路網(wǎng)中設(shè)置的檢測器所測速度值)明顯好轉(zhuǎn),蚌湖立交附近路況等級(jí)由嚴(yán)重?fù)矶聝?yōu)化為暢通,黃石北至平沙路段北行路況等級(jí)由嚴(yán)重?fù)矶聝?yōu)化為輕度擁堵。經(jīng)測算,相應(yīng)時(shí)段內(nèi)蚌湖立交附近主路北行路段的速度均值由26.8 km/h(未采取措施)提升至56.5 km/h(封閉蚌湖立交處匝道的左車道),黃石北至平沙路段北行路段的速度均值由32.1 km/h(未采取措施)提升至43.8 km/h。

        兩種情況下每5 min測算一次機(jī)場高速公路主路北行行程時(shí)間,結(jié)果見圖7。由圖7可知:在仿真時(shí)段中后期采取措施后的行程時(shí)間明顯縮短,比未采取措施情況下的行程時(shí)間少8~9 min,調(diào)控措施的效果較明顯。

        圖7 兩種情況下機(jī)場高速公路主路北行行程時(shí)間對(duì)比

        6 結(jié)語

        該文闡述利用Transmodeler中GISDK與TSMAPI進(jìn)行二次開發(fā)所需的靜態(tài)數(shù)據(jù)、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)及開發(fā)思路,并對(duì)不同調(diào)控措施下的路況進(jìn)行分析,評(píng)價(jià)調(diào)控措施的實(shí)施效果。由于廣州機(jī)場高速公路主路的視頻點(diǎn)數(shù)量有限,部分收費(fèi)站間的OD交通流數(shù)據(jù)需進(jìn)行二次推導(dǎo)得到,對(duì)其準(zhǔn)確性有一定影響;其次,雖然Transmodeler 4.0在二次開發(fā)可實(shí)現(xiàn)的功能和穩(wěn)定性上比之前的版本有較大幅度提升,但仍然存在一些bug,導(dǎo)致開發(fā)的仿真平臺(tái)不太穩(wěn)定。

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