馮川， 陳歡， 戴娟莉， 鄒祥莉

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

1 項目概況

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，緩解高峰時段或流量集中時段的交通擁堵，需根據(jù)實時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)行分析得到所需評價指標(biāo)，并在相關(guān)平臺進(jìn)行對比，分析調(diào)控措施實施效果。

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個收費站，除三元里和機(jī)場2個收費站外，其他收費站均可進(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和通行能力、收費站類型和服務(wù)時間等。

(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動態(tài)數(shù)據(jù)

機(jī)場高速公路仿真路網(wǎng)OD動態(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、蚌湖等收費站所關(guān)聯(lián)的仿真路網(wǎng)O點和D點；另一類是根據(jù)視頻流量OD數(shù)據(jù)，推導(dǎo)無視頻監(jiān)測的收費站流量的仿真路網(wǎng)O點和D點，如各收費站至人和、太成、機(jī)場等收費站相關(guān)的O點和D點。

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)高德地圖中實時路段速度判定每個路段(兩出入口之間為一個路段)的擁堵狀態(tài)，當(dāng)路段達(dá)到中度擁堵狀態(tài)時啟用延遲收費站抬桿速度的措施，當(dāng)路段達(dá)到嚴(yán)重?fù)矶聽顟B(tài)時啟用臨時封閉收費站或壓縮與其他高速公路相銜接匝道車道的措施；措施實施一定周期后，根據(jù)路段實時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)實現(xiàn)仿真開始時便觸發(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)實現(xiàn)仿真結(jié)束時便觸發(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界面及何時調(diào)用(仿真開始、仿真運行過程中、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燈和沿線收費站的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。外部數(shù)據(jù)分為兩部分：一是定時獲取有關(guān)仿真任務(wù)狀態(tài)、優(yōu)先級、仿真開始與結(jié)束時間等基礎(chǔ)信息，這部分?jǐn)?shù)據(jù)主要用于控制是否啟動仿真、設(shè)置仿真時長；二是獲取機(jī)場高速公路流量調(diào)控措施數(shù)據(jù)，包括需控制的收費站(Toll Plaza ID)、各收費亭(Toll Booth)的狀態(tài)(Open或Closed)、是否路過(Yes或No)、服務(wù)時間(Time)、需控制匝道對應(yīng)的Signal ID、開始時間(Start Time)、結(jié)束時間(End Time)、信號燈狀態(tài)(Green或Red)。

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

5 仿真評價效果與分析

通過Transmodeler及二次開發(fā)可實現(xiàn)對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施效果，需借助數(shù)據(jù)展示平臺對不同策略下相關(guān)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析。

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站服務(wù)時間(相比正常情況下延遲5 s)兩種情況下的交通流進(jìn)行對比，結(jié)果見圖5和圖6。

圖5 未采取措施時的路況

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站服務(wù)時間后，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由嚴(yán)重?fù)矶聝?yōu)化為輕度擁堵。經(jīng)測算，相應(yīng)時段內(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間，結(jié)果見圖7。由圖7可知：在仿真時段中后期采取措施后的行程時間明顯縮短，比未采取措施情況下的行程時間少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間對比

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)、動態(tài)數(shù)據(jù)及開發(fā)思路，并對不同調(diào)控措施下的路況進(jìn)行分析，評價調(diào)控措施的實施效果。由于廣州機(jī)場高速公路主路的視頻點數(shù)量有限，部分收費站間的OD交通流數(shù)據(jù)需進(jìn)行二次推導(dǎo)得到，對其準(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)的仿真平臺不太穩(wěn)定。