曾鋮泓，徐 海，郭建鋼，連培昆，徐錦強(qiáng)

(福建農(nóng)林大學(xué) 交通與土木工程學(xué)院，福建 福州 350002)

VISSIM仿真軟件是目前擁有最大用戶(hù)群體的微觀交通仿真軟件，其主要應(yīng)用于模擬各種城市的交通控制系統(tǒng)。目前，針對(duì)VISSIM用于車(chē)輛數(shù)據(jù)的獲取，大部分?jǐn)?shù)據(jù)只能在仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后通過(guò)VISSIM的各類(lèi)評(píng)價(jià)類(lèi)型輸出評(píng)價(jià)結(jié)果，無(wú)法在仿真運(yùn)行過(guò)程中體現(xiàn)。因此有必要對(duì)VISSIM進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，并將其可視化，使用戶(hù)更能掌握公交車(chē)輛的運(yùn)行狀態(tài)，為下一階段公交車(chē)輛的動(dòng)態(tài)控制提供技術(shù)支持。

針對(duì)車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)獲取，許多學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了大量研究，韓澍等[1]提出了基于車(chē)輛GPS信息、RFID信息、視頻檢測(cè)器信息等多源數(shù)據(jù)的融合方法，使得公交車(chē)輛的定位精度與軌跡的準(zhǔn)確性大幅提升。楊婷婷[2]以出租車(chē)GPS軌跡為主要數(shù)據(jù)源，研究路網(wǎng)實(shí)時(shí)交通狀態(tài)的獲取方法。田春林[3]對(duì)快速公交控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)感知技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)分析，分別從信息采集和運(yùn)行狀態(tài)兩個(gè)方面獲取系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)。文獻(xiàn)[4]中基于GPS/路標(biāo)復(fù)合的快速公交信息導(dǎo)航技術(shù)提出了一種提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的新方法。

以上研究大多是通過(guò)GPS數(shù)據(jù)或者固定型交通檢測(cè)器采集數(shù)據(jù)判斷道路上車(chē)輛的運(yùn)行狀態(tài)，借鑒上述研究成果,本文構(gòu)建了基于VISSIM仿真軟件及COM接口二次開(kāi)發(fā)的公交運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確獲取道路上每一輛公交車(chē)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，將其可視化于監(jiān)測(cè)平臺(tái)界面上以動(dòng)態(tài)地顯示公交車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)的變化，研究成果可應(yīng)用于公交智能調(diào)度以及交通狀況評(píng)價(jià)等方面，同時(shí)也為下一步實(shí)施公交運(yùn)行動(dòng)態(tài)仿真控制策略提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

1 公交運(yùn)行狀態(tài)模型構(gòu)建

以相鄰的兩個(gè)交叉口之間的路段作為一個(gè)研究段，研究段內(nèi)公交運(yùn)行時(shí)間示意圖如圖1。

圖1 研究段內(nèi)公交運(yùn)行時(shí)間示意圖

上游行程時(shí)間

T1=tb-ta；

(1)

停靠時(shí)間

T2=tc-tb，

(2)

下游行程時(shí)間

T3=td-tc；

(3)

路段行程總時(shí)間

T=T1+T2+T3；

(4)

路段延誤時(shí)間=實(shí)際行程時(shí)間-理想行程時(shí)間，

(5)

(6)

式中：T1為公交車(chē)上游行程時(shí)間；T2為公交車(chē)?？繒r(shí)間；T3為公交車(chē)下游行程時(shí)間；T為公交車(chē)行程總時(shí)間；ta為公交車(chē)通過(guò)上一交叉口停車(chē)線的時(shí)刻；tb為公交車(chē)駛?cè)牍煌？空镜臅r(shí)刻；tc為公交車(chē)駛出公交停靠站的時(shí)刻；td為公交車(chē)通過(guò)當(dāng)前交叉口停車(chē)線的時(shí)刻。

2 VISSIM仿真獲取數(shù)據(jù)的方式及不足

VISSIM仿真軟件是由德國(guó)PTV公司開(kāi)發(fā)的擁有最大用戶(hù)群體的微觀交通仿真軟件[5]。由于在實(shí)際道路交通環(huán)境中，無(wú)法對(duì)公交車(chē)輛的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，無(wú)法直觀地看到參數(shù)的改變對(duì)公交運(yùn)行狀態(tài)的影響。因此，基于VISSIM仿真軟件的仿真實(shí)驗(yàn)必然成為較好的選擇。但是VISSIM仿真軟件獲取數(shù)據(jù)的方式主要是通過(guò)設(shè)置檢測(cè)器并激活VISSIM的各種評(píng)價(jià)類(lèi)型輸出評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)大部分是在仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)束后保存為外部數(shù)據(jù)文件供用戶(hù)查看，用戶(hù)無(wú)法在仿真運(yùn)行過(guò)程中獲得這些數(shù)據(jù)，用戶(hù)的體驗(yàn)效果大大降低。

因此，針對(duì)用戶(hù)的個(gè)性化需求，VISSIM提供了COM接口二次開(kāi)發(fā)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，用戶(hù)可以使用VB，C++等主流的計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言調(diào)用VISSIM仿真系統(tǒng)，以達(dá)到可以進(jìn)行外部操作和控制的目的。

3 公交運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)平臺(tái)設(shè)計(jì)

使用Visual Studio 2012接入VISSIM_COM接口，編寫(xiě)獲取公交運(yùn)行數(shù)據(jù)仿真程序，程序流程圖如圖2。獲取的運(yùn)行數(shù)據(jù)包括車(chē)輛的運(yùn)行速度、設(shè)計(jì)速度、行程時(shí)間和延誤時(shí)間等，以下將對(duì)各個(gè)數(shù)據(jù)獲取的技術(shù)方法做詳細(xì)地說(shuō)明。

圖2 程序流程圖

3.1 速度獲取

獲取公交車(chē)輛的運(yùn)行速度和設(shè)計(jì)速度以了解車(chē)輛在當(dāng)前路段車(chē)速的變化，當(dāng)運(yùn)行速度小于期望速度時(shí)，車(chē)輛開(kāi)始產(chǎn)生延誤。數(shù)據(jù)獲取的主要思路在于先檢測(cè)VISSIM的車(chē)輛集合中對(duì)象公交車(chē)輛是否存在，當(dāng)其存在時(shí)獲取其車(chē)輛編號(hào)，通過(guò)COM接口中的AttValue返回該車(chē)輛的運(yùn)行速度和期望速度屬性值，將其取整并帶單位輸出，相關(guān)的主要程序代碼如圖3。

圖3 速度獲取程序代碼圖

3.2 行程時(shí)間獲取

獲取公交車(chē)輛的行程時(shí)間以了解車(chē)輛在當(dāng)前研究段的上游行程時(shí)間，停靠時(shí)間以及下游行程時(shí)間，為下一步公交運(yùn)行動(dòng)態(tài)控制提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)獲取的主要思路在于通過(guò)COM接口中的AttValue返回該車(chē)輛的坐標(biāo)值，運(yùn)用if條件語(yǔ)句判斷該車(chē)輛是否在研究段落內(nèi)，通過(guò)AttValue返回該車(chē)輛的系統(tǒng)時(shí)間值，到達(dá)研究段落和離開(kāi)研究段落的系統(tǒng)時(shí)間之差即為該路段公交車(chē)輛的實(shí)際行程時(shí)間。由于對(duì)研究段落坐標(biāo)讀取的準(zhǔn)確度難以達(dá)到100%，所獲得行程時(shí)間數(shù)據(jù)與VISSIM傳統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)方式相比可能存在一定的誤差，但多次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出兩種仿真方式獲取數(shù)據(jù)的結(jié)果誤差不超過(guò)3 s ，滿(mǎn)足精度要求，相關(guān)的主要程序代碼如圖4。

圖4 行程時(shí)間獲取程序代碼圖

3.3 延誤時(shí)間獲取

獲取公交車(chē)輛的延誤時(shí)間以了解車(chē)輛在當(dāng)前路段的延誤情況，通過(guò)同一路段的延誤時(shí)間越大，表明車(chē)輛在當(dāng)前路段的交通流越不穩(wěn)定，車(chē)輛受干擾因素多。數(shù)據(jù)獲取的主要思路在于通過(guò)COM接口讀取行程時(shí)間檢測(cè)器所采集的延誤數(shù)據(jù)，由于在COM接口中參數(shù)DELAY的返回值為行程時(shí)間檢測(cè)區(qū)段每車(chē)輛的平均總延誤，即第一輛車(chē)的延誤數(shù)據(jù)為該輛車(chē)的真實(shí)數(shù)據(jù)，第二輛車(chē)的延誤數(shù)據(jù)為第一輛車(chē)與第二輛車(chē)延誤數(shù)據(jù)的平均值，以此類(lèi)推。因此，要獲取每輛公交車(chē)真實(shí)的延誤數(shù)據(jù)，需要將各車(chē)輛的平均值轉(zhuǎn)為真實(shí)值，相關(guān)的主要程序代碼如圖5。

圖5 延誤時(shí)間獲取程序代碼圖

4 實(shí)例應(yīng)用

福州市的公交車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)目前仍然存在運(yùn)行速度慢，準(zhǔn)時(shí)性差，延誤大等詬病，選取福州市金山大道為研究路段，該路段承擔(dān)著聯(lián)系倉(cāng)山區(qū)的交通樞紐、辦公區(qū)以及生活居住區(qū)的重要功能，擔(dān)負(fù)著大量通勤交通和其他交通出行的任務(wù)，是福州市的一條重要交通干道。因此，選擇福州市金山大道為例驗(yàn)證公交運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)平臺(tái)的可靠性。

4.1 建立金山大道仿真模型

對(duì)福州市金山大道進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，調(diào)查內(nèi)容包括各個(gè)交叉口進(jìn)口道的流量流向，交叉口進(jìn)口道車(chē)道功能劃分，信號(hào)配時(shí)以及公交車(chē)輛的運(yùn)行數(shù)據(jù)。導(dǎo)入已經(jīng)拼接好的金山大道現(xiàn)狀平面圖，在VISSIM中校準(zhǔn)比例尺精度，根據(jù)調(diào)查獲得的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，建立福州市金山大道VISSIM仿真模型，金山大道仿真路網(wǎng)示意圖如圖6。

圖6 仿真路網(wǎng)示意圖

4.2 公交運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)平臺(tái)

在界面上點(diǎn)擊開(kāi)始仿真按鈕，待仿真結(jié)束后得到福州市金山大道的公交運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)果如圖7。

圖7 公交運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)平臺(tái)結(jié)果

4.3 延誤指數(shù)分析

延誤指數(shù)表示的是對(duì)象公交車(chē)輛延誤時(shí)間占路段行程時(shí)間的百分比，延誤指數(shù)越高，表明對(duì)象公交車(chē)輛延誤時(shí)間越長(zhǎng)，服務(wù)水平越低。公交車(chē)輛的延誤主要來(lái)自于?？垦诱`以及信控延誤，停靠延誤不包括乘客上下車(chē)時(shí)所產(chǎn)生的時(shí)間，但是包括公交車(chē)輛進(jìn)出公交?？空緯r(shí)加減速所帶來(lái)的時(shí)間損失。當(dāng)公交車(chē)輛的延誤指數(shù)大于50%時(shí)，表明公交車(chē)輛此時(shí)的行程時(shí)間比自由流狀態(tài)下的行程時(shí)間多了一倍，公交司機(jī)應(yīng)減少車(chē)輛剩余行程的?？垦诱`，同時(shí)配合交叉口的公交信號(hào)優(yōu)先相位，減少公交車(chē)輛在路段的行車(chē)延誤，避免出現(xiàn)串車(chē)現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)公交車(chē)輛的有效配置。

5 結(jié) 論

本文通過(guò)對(duì)VISSIM仿真軟件進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，構(gòu)建了公交運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)公交運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)獲取并將其可視化于監(jiān)測(cè)平臺(tái)，相比于VISSIM仿真?zhèn)鹘y(tǒng)獲取數(shù)據(jù)的方式，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)仿真更加精細(xì)化，用戶(hù)能夠根據(jù)公交車(chē)輛在當(dāng)前路段的行程時(shí)間，延誤時(shí)間以及運(yùn)行速度并結(jié)合歷史公交車(chē)輛的運(yùn)行數(shù)據(jù)等等，提出在下一個(gè)路段的控制策略，以減少公交車(chē)輛的路段延誤時(shí)間，能夠?yàn)閷?lái)車(chē)路協(xié)同環(huán)境下的公交運(yùn)行控制實(shí)際有效運(yùn)用提供數(shù)據(jù)支撐。