基于VISSIM的交通信號控制算法仿真平臺

鐘 欣，閆東輝,程添亮，許 森

(1.連云港杰瑞電子有限公司，江蘇 連云港 222000;2.大連市公安局經濟技術開發區分局交通警察大隊，遼寧 大連116600)

當前全面評估交通信號控制算法實施效果相當困難，而交通仿真軟件能夠多維度、多尺度全面的評價交通信號控制算法的運行效果，是評價算法性能的強大工具。劉暢基于VISSIM-MATLAB構建的仿真平臺實現了單路口條件下定時、感應和自適應三種控制方式的運行效果的有效對比分析。連仁包構建了基于.NET環境的VISSIM-MATLAB的交通控制算法仿真、驗證集成平臺。盧守峰等構建了基于Excel VBA環境的VISSIM-MATLAB集成仿真平臺，可有效驗證交通信號控制模型。徐成成等以MATLAB為核心，集成VISSIM/VISUM構建了支持不同仿真精度的交通仿真控制平臺。柳祖鵬等構建了基于信號機與VISSIM的硬件在環仿真平臺，可有效評價交通信號控制系統運行效果。胡繼華等構建了一種基于VISSIM的仿真平臺，實現了對SCATS系統信號控制效果的評價。本文設計了一種基于VISSIM的集成交通仿真平臺，可有效對各類交通信號控制算法進行仿真評估。該平臺以Python作為VISSIM二次開發語言，Kafka作為數據交互平臺，交通信號控制系統作為算法調用平臺，瀏覽器作為交通態勢實時展示界面，MySQL作為數據庫。

1 平臺簡介

仿真平臺由五個模塊構成，如圖1所示，下面介紹各個模塊的內容。

圖1 交通信號控制算法仿真平臺框架

1.1 交通仿真模塊

交通仿真軟件使用德國PTV公司研發的VISSIM，它是一種基于時間間隔和駕駛行為的微觀交通仿真軟件，可以模擬各種交通場景，其COM提供了VISSIM與外部互動的強大功能。本平臺基于Python實現VISSIM的二次開發，提取仿真流量檢測數據及交通運行評價指標上傳至數據中轉模塊，并從數據中轉模塊接收實時燈態輸入至仿真路網信號燈組。

1.2 數據中轉模塊

數據中轉使用Kafka平臺，它是一種高吞吐量、高容錯、高擴展、分布式的發布/訂閱模式的開源流處理平臺，其抽象出生產者、消費者和主題三個概念，實現了數據發送和數據接收的解耦。生產者為數據發送者，消費者為數據接收者，主題是生產者和消費者之間數據交互的抽象組件。該模塊主要中轉數據為路網上各路口的燈態、路網交通流量及交通評價指標、操作VISSIM進行仿真的指令。

1.3 數據存儲模塊

MySQL是目前最流行的開源數據庫管理系統之一，其簡單、高效、可靠，在IT行業內得到廣泛應用，因此本文選用MySQL作為數據存儲管理系統，主要存儲仿真流量、仿真評價指標、仿真路網拓撲結構三個部分的數據。

1.4 算法服務模塊

算法服務模塊基于仿真交通流檢測參數，由交通信號控制系統調用交通信號控制算法生成控制方案下發至信號機，信號機執行控制方案生成交通信號燈態，如圖2所示。

圖2 算法服務模塊控制邏輯

1.5 人機交互模塊

人機交互模塊功能包括交通仿真管理、路網映射、交通態勢展示。交通仿真管理主要是管理VISSIM的Simulation參數；路網映射是將仿真路網的路段、路口、檢測器、相位映射到算法服務模塊中路網的相應元素；交通態勢展示包括路網交通態勢、路口交通態勢、路段交通態勢。

2 實驗效果

使用如圖3所示的仿真路網進行實驗，為連云港市海州區海連路從瀛洲路至凌洲路區間上10個路口，編號依次為1 214、1 215、1 216、1 217、1 218、1 219、1 220、1 646、1 221、1 222。本實驗對干線綠波協調控制算法和初始未協調控制方案進行仿真對比，優化前后的仿真均運行10次，各項指標值取10次仿真平均值。

圖3 仿真路網

圖4為優化前后10次仿真中的某次路網交通態勢展示，可以初步看出干線綠波協調控制算法的效果優于初始控制方案。

仿真路網各指標值如表1所示，可以看出干線綠波協調控制算法效果比較明顯，符合上述的初步觀察結果。

仿真路網各路口干線方向的運行效果如圖6所示，可以明顯看出，除了1 218路口的平均排隊長度和均車延誤指標出現小幅度上升外，其他路口的各項指標均大幅度下降。表1和圖6共同表征了干線綠波協調控制算法的良好性能。

表1 仿真路網運行效果

圖4 初始未協調控制方案路網交通態勢

圖5 路口交通運行效果

3 結 論

本文提出一種基于VISSIM的交通信號控制算法仿真驗證平臺，其由交通仿真模塊、算法服務模塊、評價展示模塊、數據存儲模塊、數據交互模塊五個模塊構成，實現了交通信號控制算法調用、交通仿真、仿真路網交通態勢展示的解耦，可有效對各類交通信號控制優化算法進行仿真并給出多維度的交通運行評價指標。最后通過干線綠波協調控制算法仿真示例展示了平臺的功能。