基于VISSIM的機動車庫閘機仿真實現(xiàn)方法

張子陽，張雪蓮，王 瀟

(重慶城市交通研究院有限責任公司，四川 重慶 401121)

1 引 言

對城市大型機動車庫而言，高峰時期進出車庫的交通量很大，進出車輛往往受車庫閘機處通行能力的影響，會引起進車庫車輛倒灌入市政道路的情況，更有甚者嚴重影響市政道路的交通運行。隨著城市管理部門、建設(shè)單位等對城市交通問題的不斷重視，對機動車庫出入口進行定量分析和直觀展現(xiàn)的需求就越來越大。目前，在交通研究工作中，普遍采用交通仿真的方式來展現(xiàn)實際交通運行情況，但主流的交通仿真軟件——VISSIM并沒有閘機仿真模塊，需要借助VISSIM軟件的其他功能予以實現(xiàn)。

2 車輛通過閘機過程分析

機動車通過車庫閘機的過程可被總結(jié)為：減速駛?cè)搿獟呙?或收費)—抬桿—駛離四個步驟。

減速駛?cè)耄很嚺谱R別系統(tǒng)對車牌的識別效率與車輛的行駛速度有關(guān)，目前大多數(shù)設(shè)備所支持的識別速度在5 km/h左右，而車輛在道路上的行駛速度往往較高，因此車輛在進入閘機處時，勢必要進行減速。停車收費的過程與之相似，車輛由行駛狀態(tài)變?yōu)橥Ｖ範顟B(tài)，車輛也需要減速。

掃描(或收費)：掃描的過程與車牌識別系統(tǒng)本身有關(guān)，通過計算機軟件對車牌進行識別和存儲，并反饋給控制系統(tǒng)，計算費用并繳費。

抬桿：識別車牌并存儲后，控制系統(tǒng)控制閘機桿抬升，通道打開。

駛離：閘機桿抬升后，通道打開，駕駛員加速駛離閘機，完成進出閘機的整個過程。

可以發(fā)現(xiàn)車輛在通過閘機時需要經(jīng)歷減速—等待—加速的過程。在實際交通運行過程中，車輛等紅燈、車輛通過停車讓行標志等情況也經(jīng)歷了減速—等待—加速的過程。

車輛等紅燈的過程可總結(jié)為：進交叉口—等待—綠燈亮—駛離四個步驟。

停車讓行標志“表示車輛應(yīng)在停止線前停車瞭望，確認安全后，方可通行。”這一過程可被總結(jié)為：到達—停車瞭望—確認安全—駛離四個步驟。

綜上，車輛進出閘機的過程與車輛等待紅燈、停車讓行的過程是相似的。可以分別利用VISSIM軟件的信號控制模塊和停車標志模塊實現(xiàn)對車庫通過閘機過程的仿真。

3 仿真參數(shù)的確定

(1)閘機通行能力。閘機的通行能力主要受車牌識別系統(tǒng)的效率、閘機抬桿時間和駕駛?cè)藛T的駕駛水平的影響。通過不同車庫的實際調(diào)查，車輛連續(xù)通過閘機的時間約為10 s，閘機處的通行能力約為360輛/h。

(2)車輛駛?cè)腴l機前的平均車速。車輛駛?cè)腴l機前，往往行駛在市政道路連接車庫閘機的通道上或車庫內(nèi)部通道上，一般來說，車輛的平均速度不高。當車輛形成排隊時，平均車速約為5 km/h，當無排隊時，平均車速約為12 km/h。

(3)車輛通過閘機時的平均車速：5 km/h。

(4)信號控制周期：應(yīng)與連續(xù)車輛通過閘機的平均時間一致，即10 s。

(5)減速區(qū)。減速區(qū)是VISSIM軟件中的一個模塊，其含義是車輛經(jīng)過該區(qū)域后，車速將降低至減速區(qū)所設(shè)定的速度。根據(jù)對車輛通過閘機過程的分析，車輛在閘機前會有一個減速的過程，為使仿真模型與實際交通運行一致，設(shè)置減速區(qū)的速度為5 km/h，與車輛通過閘機時的速度相同。

4 信號控制模塊實現(xiàn)閘機仿真方法

采用不同情境進行模擬，以選取最接近實際情況的參數(shù)。信號控制模塊實現(xiàn)閘機仿真時控制車輛通過閘機的關(guān)鍵參數(shù)為綠燈時長，綠燈時長在1～6 s之間，間隔1 s。此外，還應(yīng)考慮車輛通過閘機前的平均車速(5 km/h，12 km/h)和是否有減速區(qū)的影響。利用VISSIM軟件進行仿真，不同情境下的仿真結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)。

(1)車輛通過閘機前的平均車速為12 km/h，設(shè)置減速區(qū)與不設(shè)置減速區(qū)的仿真結(jié)果差異較大。顯然，設(shè)置減速區(qū)與實際交通運行更相符。

(2)車輛通過閘機前的平均車速為5 km/h時，由于減速區(qū)速度與平均行車速度一致，故仿真結(jié)果基本一致。

(3)當設(shè)置減速區(qū)時，原始行車速度為12 km/h和5 km/h的仿真結(jié)果差異不大，可見，車輛通過閘機時的速度與閘機的通行能力直接相關(guān)。

(4)當綠燈時間在2～5 s時，不同情境的仿真結(jié)果一致，通過車輛數(shù)均為360輛。即當信號燈周期為10 s，綠燈時間在2～5 s時，平均每個周期可放一輛車通過，此時閘機處的通行能力為360輛/h。

表1 信號控制模塊實現(xiàn)閘機仿真模擬結(jié)果

綜上所述，閘機的通行能力與車輛通過閘機時的速度直接相關(guān)。而通過閘機的速度又直接取決于車輛原始速度和是否設(shè)置減速區(qū)。結(jié)合實際交通運行情況和仿真結(jié)果，推薦采用車輛駛?cè)腴l機前的平均車速為12 km/h、設(shè)置減速區(qū)(5 km/h)、綠燈時長為2～5 s的參數(shù)實現(xiàn)機動車庫閘機的仿真。

5 停車標志模塊實現(xiàn)閘機仿真方法

利用停車標志模塊實現(xiàn)閘機仿真時，需要定義在停車標志前的停車時間。停車時間在0.5～4 s之間取值，間隔0.5 s。由于前文已證實當車輛駛?cè)腴l機前的平均車速為5 km/h時，是否設(shè)置減速區(qū)對仿真結(jié)果影響不大，因此，只對三種情境進行仿真模擬，即5 km/h，無減速區(qū)；12 km/h，無減速區(qū)；12 km/h，設(shè)置減速區(qū)。

通過設(shè)置信息采集器對通過閘機的車輛數(shù)進行統(tǒng)計，不同情境下的通行能力如下。

表2 停車標志模塊實現(xiàn)閘機仿真模擬結(jié)果

通過對仿真數(shù)據(jù)的分析，可以看出。

(1)當設(shè)置減速區(qū)時，閘機處的通行能力與車輛駛?cè)腴l機前的平均車速無關(guān)，也即閘機處的通行能力取決于車輛通過閘機時的平均車速。

(2)隨著停車時間的增大，閘機處的通行能力降低。這也與駕駛水平差的駕駛員通過閘機所需時間更長的實際是一致的。

(3)當停車時間在1.5～3.5 s時，仿真結(jié)果大致相同，在300～370輛這一區(qū)間內(nèi)。

結(jié)合實際交通運行情況和仿真結(jié)果，推薦采用車輛駛?cè)腴l機前的平均車速為12 km/h，設(shè)置減速區(qū)(5 km/h)，停車時間為1.5～3.5 s的參數(shù)來實現(xiàn)機動車庫閘機的仿真。

6 適用條件分析

對于利用信號控制模塊實現(xiàn)閘機仿真時，出現(xiàn)了多個仿真結(jié)果一致(均為360輛)的情況。其原因是在不同的綠燈時長下，每個周期只能通過一輛車，這與車庫閘機處的實際交通運行情況相符。但當車輛到達不連續(xù)時，則可能會出現(xiàn)車輛在綠燈時到達的情況，此時車輛將不停車通過，與實際情況不符。而當綠燈時長增大后，會出現(xiàn)一個周期通過兩輛車或多輛車的情況，這與車庫閘機處的實際交通運行情況不相符。因此，利用信號控制模塊實現(xiàn)閘機仿真模擬的方法相對比較局限，只能實現(xiàn)閘機處車輛連續(xù)排隊進入車庫的情境。

表3 參數(shù)設(shè)置及適用條件

對于停車標志而言，由于其本身的定義使然，車輛在經(jīng)過時必然要停車等待，再啟動通過，這與車輛通過閘機的實際交通運行情況是一致的。因此，利用停車標志模塊實現(xiàn)車庫閘機仿真的方法更符合實際，可以實現(xiàn)連續(xù)、不連續(xù)車流的仿真。

7 結(jié) 論

通過利用VISSIM的信號控制模塊和停車標志模塊可以實現(xiàn)對車輛進出車庫閘機過程的仿真模擬。結(jié)合對實際交通運行情況的分析和實際調(diào)查分析，確定了閘機通行能力、車輛駛?cè)腴l機前的平均車速、車輛通過閘機時的平均車速、減速區(qū)的速度值等參數(shù)，并分別利用信號控制模塊和停車標志模塊進行了仿真，明確了信號控制周期、綠燈時長、停車時間等參數(shù)的取值范圍，并對兩種仿真模擬方法的適用條件進行了分析。事實證明，可以利用VISSIM軟件的信號控制模塊和停車標志模塊實現(xiàn)對機動車庫閘機的仿真模擬，具有較高的實踐意義。