基于Transmodeler的廣州機場高速流量調控仿真評價*

馮川， 陳歡， 戴娟莉， 鄒祥莉

(廣州交通信息化建設投資營運有限公司， 廣東 廣州 510620)

1 項目概況

廣州機場高速公路一期(廣州至新白云機場，見圖1)作為白云機場與廣州市中心區聯系的單一高等級道路，其功能復合，可靠性較低，三元里路段尤為顯著。在國慶等法定節假日因高速公路免費自駕出行增多，機場高速公路易出現大面積交通擁堵。廣州機場高速公路承擔著市區至機場的主要交通需求，同時也是過境車輛的重要通道，兩種不同性質、不同任務的交通流互相影響、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。為有效疏導車流，緩解高峰時段或流量集中時段的交通擁堵，需根據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，設置路網、路徑、輸入、輸出等參數，通過二次開發將仿真結果進行分析得到所需評價指標，并在相關平臺進行對比，分析調控措施實施效果。

圖1 廣州機場高速公路示意圖

2 仿真路網及基礎數據設置

2.1 仿真路網數據

廣州機場高速公路仿真路網南起于三元里，北止于機場，其中平沙至機場為雙向八車道，其他路段為雙向六車道。沿線(由南往北)設有三元里、白云新城、新市、黃石南、黃石北、平沙、蚌湖、人和、太成、機場10個收費站，除三元里和機場2個收費站外，其他收費站均可進行控制；沿線(由南往北)銜接的高速公路有北環高速、華南快速三期、北二環高速、機場高速二期；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)；進行流量調控時由南往北可控制的匝道有與北環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

圖3 蚌湖立交仿真路網

2.2 基礎數據設置

(1) 仿真路網參數。包括各路段道路等級和通行能力、收費站類型和服務時間等。

(2) 路網輸入參數。包括OD矩陣分布規律、事故參數、信號燈參數。

(3) 輸出參數。包括需輸出的數據表格、選擇需輸出的路網范圍、統計粒度。

(4) 其他參數。包括交通流組成比例、加減速模型標定參數等。

3 仿真動態數據輸入

機場高速公路仿真及二次開發所需動態輸入數據包括仿真路網OD矩陣及由機場高速公路流量調控算法所得入口流量控制措施。

3.1 機場高速公路仿真路網OD動態數據

機場高速公路仿真路網OD動態數據獲取方法分為兩類：一類由視頻流量數據推導得到，如三元里至黃石、平沙、蚌湖等收費站所關聯的仿真路網O點和D點；另一類是根據視頻流量OD數據，推導無視頻監測的收費站流量的仿真路網O點和D點，如各收費站至人和、太成、機場等收費站相關的O點和D點。

由視頻流量推導仿真路網OD矩陣通過兩步獲得：第一步是通過收費站歷史OD數據獲取仿真路網OD數據的基礎樣本；第二步將所需時段的視頻流量數據根據第一步所得OD基礎表轉換為仿真路網相應時段的OD數據。

3.2 機場高速公路流量調控措施數據

機場高速公路流量調控算法依據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，當路段達到中度擁堵狀態時啟用延遲收費站抬桿速度的措施，當路段達到嚴重擁堵狀態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，根據路段實時速度判定是否需解除流量調控措施。

4 Transmodeler仿真軟件二次開發

二次開發是指用戶根據自身需求，在軟件開發者提供的開發環境或編程接口的基礎上進行新功能開發或完善原有功能的過程。利用Transmodeler進行二次開發的思路見圖4。

圖4 Transmodeler二次開發思路

4.1 Transmodeler內部GISDK二次開發

GISDK二次開發的功能主要體現在：1) 通過使用回調函數實現仿真開始時便觸發打開Oracle數據表并更新用于仿真的OD矩陣；2) 通過使用回調函數實現仿真結束時便觸發輸出trips、segment、檢測器速度值等仿真結果及數據保存的時間粒度、數據格式等。

GISDK的回調函數為RegisterCallback，該函數可通過設置參數值來確定調用的宏命令、UI界面及何時調用(仿真開始、仿真運行過程中、仿真結束)等。打開數據庫表可調用OpenTable函數，UpdateMatrixFromView可用于更新仿真工程所用的OD矩陣，CreateObject(TSM.RunManager)、SetOutputCurrentSetting、CreateOutputReport等函數則用于仿真結果輸出與保存。

4.2 Transmodeler與外部數據對接的TSMAPI二次開發

TSMAPI二次開發采用C語言，利用TSMAPI接口獲取路網信息(Network)、交通控制(Traffic Manage)等并進行修改。利用TSMAPI接口進行二次開發的主要功能是打通Transmodeler內部與外部數據庫之間的連接，并修改路網中機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數據。外部數據分為兩部分：一是定時獲取有關仿真任務狀態、優先級、仿真開始與結束時間等基礎信息，這部分數據主要用于控制是否啟動仿真、設置仿真時長；二是獲取機場高速公路流量調控措施數據，包括需控制的收費站(Toll Plaza ID)、各收費亭(Toll Booth)的狀態(Open或Closed)、是否路過(Yes或No)、服務時間(Time)、需控制匝道對應的Signal ID、開始時間(Start Time)、結束時間(End Time)、信號燈狀態(Green或Red)。

在程序開發時需引用TSM。二次開發涉及的收費站(Toll Plaza)屬于交通控制(Traffic Manage)類別，而匝道信號燈(Ramp Meter)屬于路網(Network)類別，在修改收費站和匝道信號燈基礎數據時都需在代碼中創建相應的類(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及二次開發可實現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，需借助數據展示平臺對不同策略下相關指標數據進行對比分析。

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時間(相比正常情況下延遲5 s)兩種情況下的交通流進行對比，結果見圖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時間后，蚌湖立交附近與黃石北至平沙之間機場高速公路主路北行路段的路況(由仿真路網中設置的檢測器所測速度值)明顯好轉，蚌湖立交附近路況等級由嚴重擁堵優化為暢通，黃石北至平沙路段北行路況等級由嚴重擁堵優化為輕度擁堵。經測算，相應時段內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測算一次機場高速公路主路北行行程時間，結果見圖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，調控措施的效果較明顯。

圖7 兩種情況下機場高速公路主路北行行程時間對比

6 結語

該文闡述利用Transmodeler中GISDK與TSMAPI進行二次開發所需的靜態數據、動態數據及開發思路，并對不同調控措施下的路況進行分析，評價調控措施的實施效果。由于廣州機場高速公路主路的視頻點數量有限，部分收費站間的OD交通流數據需進行二次推導得到，對其準確性有一定影響；其次，雖然Transmodeler 4.0在二次開發可實現的功能和穩定性上比之前的版本有較大幅度提升，但仍然存在一些bug，導致開發的仿真平臺不太穩定。