基于VisVAP的公交優先信號控制策略仿真

張東明

（同濟大學浙江學院交通運輸工程系，嘉興 314000）

引言

隨著計算機技術的快速發展，交通仿真技術的應用也越來越廣泛。交通仿真可以跟蹤描述交通體隨時間和空間的變化，利用數學模型統計各交通指標的變化，發現其中規律，進行方案對比，給交通設計者、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，微觀仿真側重交通體自身運行規律的描述，宏觀仿真則側重交通流運行規律的研究，現今應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商不同，各有優勢[5]。Vissim是德國PTV公司開發的微觀交通流仿真軟件系統，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、優化交通網絡、設計方案比較等功能，是分析許多交通問題的有效工具[6]。

公交優先信號控制與普通的定周期信號控制相比較為復雜，各仿真軟件不能通過直接設置各種參數來實現仿真[7]。Vissim的VisVAP模塊可以對仿真軟件進行二次開發。本文闡述了應用VisVAP來實現公交優先信號控制的原理、方法，Vissim交叉口信號機的設置等，并進行案例分析。

1 公交優先信號控制策略

世界各國交通管理的經驗表明，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]。隨著信號控制機及信號控制策略的發展，現在有點、線、面信號控制（單點信號控制、干道信號控制和區域信號控制），也有定時控制、感應控制和自適應控制[9]。隨著大力發展公共交通策略的推行，公交的空間優先和時間優先顯示出非常重要的地位。公交時間優先主要體現在公交在交叉口的信號控制優先。

公交優先信號策略類型主要有兩種：主動優先和被動優先。被動優先不是依靠檢測器獲取公交車輛到達的數據，而是根據公交車輛的發車頻率、行車速度等數據，協調路網內交叉口的信號配時。一般有網格化配時規劃、信號周期調整、增加相位時間、相位分割等四種方式。被動優先本質是定周期信號配時，從一定程度上加大公共交通的優先權，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。

主動優先主要是依靠檢測器對公交車輛運行情況進行識別分析，當檢測器檢測到公交車輛即將到達交叉口時，采取延長、提前、增加或跳躍相位實時調整交叉口信號控制方案，從而實現公交車輛的優先通行。主動優先分為絕對優先策略、完全優先策略和部分優先策略，絕對優先指交叉口上游檢測器檢測到公交車到達時，交通信號控制機會中斷當前信號，給予公交優先信號，當公交車輛通過交叉口后，信號相位恢復；完全優先策略指檢測器檢測到公交車輛時，信號控制機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公交相位出現的時間來達到公交車輛優先通行的目的；部分優先策略指為部分公交車輛而非全部公交車輛提供信號優先策略。

主動優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、專用相位等6種方式。公交優先控制策略及方式如圖1所示。

圖 1 公交優先控制策略及方式

2 Vissim信號優先控制方案

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

圖2 Vissim實現公交優先控制整體框架圖

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

表1 Vissim公交優先信號控制策略實現方案

3 VisVAP程序

VisVAP與路網中的檢測器一起，可以在Vissim中模擬感應控制、停車場的設置、可變交通誘導控制等。VisVAP中包括車輛感應邏輯編程（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文件轉換為VAP文件，生成*.vv的文件。Vissim可以直接調用以上兩個文件，來完成信號配時方案的更改。圖3為VisVAP工作界面。

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

要實現插入優先相位之后，跳轉到原相位的下一相位，需要對原有交叉口的信號燈組進行重新設置，人為增加與原有信號燈組相同的信號燈組，并進行虛擬編號，這樣在VisVAP中才能利用流程圖順利實現接下一信號相位的功能。否則，優先相位的下一相位Vissim將一直識別為第1相位。圖4為Vissim的VAP調用界面。

圖 3 VisVAP工作界面

圖 4 Vissim的VAP調用界面

4 仿真實例

構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。路網示意圖和相應的信號配時見圖5和圖6。Vissim中須在公交車道進口道設置檢測器，并設置好原有信號配時方案。

圖5 構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上實現公交信號優先，設置10s的插入信號相位，采用延長信號周期的方案，即若檢測器感應到公交車輛到來，則下一相位跳轉為公交相位，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，原有四相位信號機、公交優先信號機，還要設置與原四相位信號機相同的四個虛擬信號機，以便在VisVAP中實現公交優先信號相位之后跳轉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了公交信號優先。

5 結論

交叉口公交信號優先在各個城市的交通管理工作中普遍被采用，公交信號優先控制策略又有好多種，而每種方案的使用情況、應用效果等都需要一種有效的評價方法來進行評價，從而實現方案的比選。交通仿真是一種應用普遍、較為有效的評價手段，本文中分析公交信號優先控制策略和微觀交通仿真軟件Vissim的特點，將兩者有機結合，利用VisVAP模塊流程圖和Vissim車輛檢測器、虛擬信號機、信號過渡等來實現綠燈延長、相位早啟、相位插入、相位轉換等公交優先信號策略的仿真，為公交優先建設方案評價奠定了基礎。