公路隧道交通誘導與控制仿真系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計

陜西省交通建設(shè)集團公司 胡儉

公路隧道交通誘導與控制仿真系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計

陜西省交通建設(shè)集團公司 胡儉

隨著我國公路建設(shè)的飛速發(fā)展，公路隧道也在不斷增多。其安全運營問題也越來越突出，如何使隧道控制系統(tǒng)安全控制交通已成為隧道運行的一個重要課題。高速公路隧道交通可分為火災異常、故障阻塞異常、周期性交通擁擠異常及正常運營等4種情況。針對隧道內(nèi)不同的交通情況，設(shè)置何種控制模式與采取怎樣的控制策略，決定著隧道的運營管理水平。

為避免隧道交通異常情況的發(fā)生，減少交通事故造成的人員傷亡和經(jīng)濟損失，需要優(yōu)化隧道控制系統(tǒng)的控制策略，但在實際的隧道內(nèi)做大量的實驗，不僅嚴重影響了隧道正常的交通運行，而且成本代價也太大，實施起來比較困難。而且對現(xiàn)有的隧道安全管理和事故預防我國在這方面所開展的工作還不是很系統(tǒng)，人力物力投入也不是很充裕，部門之間的合作及國際間的合作機制尚需加強和完善。因此設(shè)計一個公路隧道交通控制與誘導的仿真系統(tǒng)，并開發(fā)出上位機控制軟件對于高速公路隧道安全管理，保護人身和財產(chǎn)安全，具有十分重要的研究意義和應用價值。

一、系統(tǒng)總體介紹

1．設(shè)計的目的與意義。公路隧道交通控制與誘導仿真系統(tǒng)可以通過上位機軟件對隧道模型各子系統(tǒng)設(shè)備進行單點控制，也可利用該系統(tǒng)對隧道不同的交通控制策略進行仿真，使隧道模型各設(shè)備的狀態(tài)按照交通控制策略進行優(yōu)化。因此，針對隧道內(nèi)不同的交通情況，利用該系統(tǒng)可以優(yōu)化隧道控制系統(tǒng)對設(shè)備單點的控制，同時也可以驗證不同控制策略的實際效果，從而確定特定的控制模式和最優(yōu)的控制策略。

公路隧道交通控制與誘導仿真系統(tǒng)為高速公路隧道運營公司、單位管理人員和交通控制專業(yè)的本科生教學提供了一個科研平臺及科學先進的交通控制技術(shù)。他們可以通過此仿真系統(tǒng)熟悉與學習隧道控制系統(tǒng)、演練交通預案或控制策略，進而形成自己的控制策略。而且該仿真系統(tǒng)能通過網(wǎng)絡獲得真實隧道設(shè)備狀態(tài)的數(shù)據(jù)，可以使隧道模型設(shè)備的狀態(tài)與真實隧道設(shè)備的狀態(tài)保持一致。這樣在交通事件發(fā)生時，便于高速公路運營公司或管理單位的指揮者統(tǒng)籌全局、運籌帷幄。

3．設(shè)計的主要研究內(nèi)容。

（1）研究具體隧道的交通指揮策略與緊急預案。

（2）交通誘導與控制軟件的開發(fā)，即根據(jù)不同工況下的交通誘導與控制模式編寫相應的軟件代碼。上位機軟件主要包括交通控制、交通預案、通風控制、照明控制、信息發(fā)布和通信等6大功能。如圖1所示。

圖1 軟件功能模塊結(jié)構(gòu)

其中主要模塊為交通預案模塊，分為預案的演示和預案或控制策略的自動生成部分，如圖2所示。

圖2 交通預案模塊結(jié)構(gòu)

（3）隧道模型電氣控制系統(tǒng)的開發(fā)。電氣控制系統(tǒng)主要由控制臺、主機控制模塊、從機控制模塊、電源管理模塊構(gòu)成。

（4）隧道交通控制策略在模型上的仿真實現(xiàn)。

4．設(shè)計的創(chuàng)新點。

（1）控制軟件部分。控制軟件中的隧道交通控制方案與誘導策略基于智能決策支持系統(tǒng)，它事先建立隧道機電設(shè)施設(shè)備的數(shù)據(jù)庫﹑交通事件控制與誘導策略的知識庫和緊急交通預案庫,軟件能夠針對不同的交通事件智能地產(chǎn)生科學有效的控制策略，并根據(jù)特定情況調(diào)用相應的緊急交通預案。

OGC視頻直播新時代展望………………………………………………………………尤琰，張東卓，孟曉斌 24-4-58

軟件還可以通過手動的方式對隧道模型中的單個機電設(shè)備進行控制，產(chǎn)生特定情況下的控制方式和誘導策略，并將修改過的控制與誘導策略存入交通事件控制策略庫里，使軟件具備了自動學習的能力。

（2）模型硬件部分。設(shè)計方式采用 “集中管理，分布控制”的思想。模塊化的設(shè)計方案使隧道模型的硬件便于拆卸、添加，可以適用于不同長度的隧道。

控制方式采用多Agent技術(shù)。隧道劃分為不同的控制區(qū)域，每個區(qū)域的所有機電設(shè)備由一個單片機控制模塊來控制，每一個單片機區(qū)域控制模塊就是一個Agent,控制方式采用多Agent技術(shù)來控制隧道機電設(shè)備，實現(xiàn)了隧道模型硬件控制的智能化。

二、軟件部分介紹

上位機控制軟件為仿真系統(tǒng)的控制中心，關(guān)鍵技術(shù)主要有：隧道交通控制與誘導的智能決策支持系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，使控制軟件能夠針對隧道內(nèi)不同的交通事件，智能地產(chǎn)生科學有效的交通控制策略，針對緊急交通事件調(diào)用相應的控制預案，并能通過手動的方式對單個機電設(shè)備進行控制，從而產(chǎn)生特定情況下的控制方式和策略。

隧道機電設(shè)備在控制軟件界面中的形象展示直觀。可以做到通過手工方式修改其狀態(tài)，其狀態(tài)和隧道模型中機電設(shè)備的工作狀態(tài)保持一致。如圖3所示。

圖3 仿真軟件平面示意

交通控制與誘導策略或緊急預案形象化與動畫的展現(xiàn)，可以用以動畫方式展示交通控制流的方向與誘導線路。

三、硬件部分介紹

該部分主要由公路隧道機電設(shè)備和單片機區(qū)域控制模塊2部分組成。其關(guān)鍵技術(shù)有：

1．硬件模塊化設(shè)計。根據(jù)模塊化的思路和分布式控制的設(shè)計方案，將隧道劃分為不同的控制區(qū)域，每個單片機區(qū)域控制模塊控制一個區(qū)域的所有機電設(shè)備，其仿真電路圖如圖4所示。

圖4 硬件仿真電路

2．多Agent技術(shù)的實現(xiàn)。單片機區(qū)域控制模塊能夠檢測該隧道區(qū)域內(nèi)的交通事件，并將其傳送給上位機控制軟件，同時它能夠接收上位機軟件傳送過來交通控制策略的數(shù)據(jù)信息進行，對該隧道區(qū)域內(nèi)的機電設(shè)備的工作狀態(tài)進行控制，實現(xiàn)對交通的控制與誘導。

目前國內(nèi)高速公路隧道模型都是單點控制，只能進行簡單的單點交通事故預案仿真，沒有區(qū)域控制仿真，軟件部分沒有自動智能生成控制策略的功能。硬件模型部分通常采用PLC技術(shù)，缺乏靈活性。

本文，筆者提出了一種先進的智能仿真系統(tǒng)開發(fā)思路，控制軟件能夠針對不同的交通事件智能地產(chǎn)生科學有效的控制策略，并根據(jù)特定情況調(diào)用相應的緊急交通預案。模型硬件部分控制方式采用多Agent技術(shù)，實現(xiàn)了隧道模型硬件控制的智能化。