基于VISSIM的交叉口感应信号控制仿真研究

（1）单位绿灯延长时间的长短必须能使车辆从检测器开出停车线。
（2）单位绿灯延长时间的恰当长度，应尽可能不产生绿灯时间损失。
单位绿灯延长时间可以参考公式 (2)[7]
△i= Di/ Vi 式中：△i——各相位的单位绿灯延时；
Di——为 i 相位关键进口道上检测器与停车线之间的距离，米；
（2）
-2-

4. VISSIM 仿真软件及其车辆感应控制编程（VAP）介绍
VISSIM 是德国 PTV 公司开发的微观交通流仿真系统。该系统是一个离散的、随机的、 以 1/10 秒为时间步长的微观仿真软件。车辆的纵向运动采用了 Wiedemann 教授的“心理—生 理跟驰模型”，横向运动（车道变换）采用了基于规则(Rule-based)的算法。VISSIM 软件能 够仿真出车道类型、交通种类、交通信号控制、停让控制等交通运行情况，具有分析、评价、 优化道路网络、不同设计方案比较等功能，是分析许多交通问题的有效工具。该软件向用户 提供了操作方便的网络元素编辑和参数输入功能，网络元素如路段和车道、公共汽车站停车 及让路标志、交通信号灯的位置和编号、车辆检测器的位置和编号、路径选择、不同路径交 通量分配比例均可通过系统所提供的各种功能进行设计，另外 VISSIM 还可实现动态交通分 配的仿真优化[2]。
西进口
南进口
感应
定时
感应
定时
感应
北进口 定时
感应
平均延误
（秒）
44.7
21.6
43.3
23.4
44.5
25.4
40.8
23.6
平均停车
次数
0.89
0.77
0.87
0.74
0.86
0.71
0.82
0.68
最大排队
长度（米） 96
75
127
91
95
73
81
60
表 2 东西向平均到达率为 400 辆/小时，南北向平均到达率为 1600 辆/小时的输出结果
VAP 是 Vehicle Actuated Programming 的简写，即车辆感应控制编程。VAP 的控制逻辑 用其独有的简单语言来描述。在 VISSIM 仿真过程中，VAP 解译控制逻辑命令，并且控制 VISSIM 路网中信号灯色的改变。为了进行感应控制仿真分析，VISSIM 首先需导入*.PUA 文件、*.VAP 文件和系统文件 VAP214.exe。其中*.PUA 文件和*.VAP 文件的编写是感应信号 控制仿真的关键，这两个文件可以在记事本中编写，也可以用专业软件编写。例如 PTV 公 司提供的 CROSSING 软件和 VisVAP 模块提供了*.PUA 文件和*.VAP 文件的编写功能。图 2 给出了感应控制所需的文件结构图[3][4]。本文的*.PUA 文件是根据 VAP 的规则，通过记事本 编写的；*.VAP 文件是通过 VisVAP 模块编写的文件（*.VV）生成的。
必须保证积存在检测器和停车线之间的车辆驶入交叉口。
在欠饱和状态下，可以使用相位关键进口道的车队疏散时间（TS）来确定初始绿灯时间。 车队疏散时间可以参考公式（1）[6]。
TS
=
Qm S − qi
(1)
式中：TS——相位关键进口道的车队疏散时间，秒；
Qm——相位关键进口道的最大排队长度，Qm=qi*Rei ，辆；
同交通流条件下进行感应信号控制与定时控制仿真对比分析。每种情况仿真 5 次，每次 3600
秒，最后取 5 次仿真结果的平均值作为最终结果。采用的评价参数是平均延误时间，平均停
车次数，最大排队长度。三种情况下的仿真结果见表 1，表 2，表 3。
东进口 评价指标
定时
表 1 各进口道平均到达率为 400 辆/小时的输出结果
定时
平均延误
（秒）
68.0
平均停车
次数
1.29
最大排队 长度（米） 229

表 3 各进口道平均到达率为 1600 辆/小时的输出结果
西进口
南进口
感应
定时
感应
定时
感应
北进口 定时
感应
60.3
66.9
62.1
70.6
67.6
68.1
65.6
1.00
1.21
1.13
图 2 感应控制所需的文件结构图
5. 仿真环境
本文采用南京市一典型十字型交叉口为例来进行感应控制与定时控制仿真对比分析。交 叉口形状如图 3 所示。信号控制相位分配如图 4 所示。
-3-

第一相位
图 3 交叉口示意图
第二相位
第三相位
第四相位
图 4 信号控制相位图
本文介绍了感应信号控制的基本工作原理，分析了感应信号控制的几种主要形式，并以 南京市某一典型十字型信号控制交叉口为例，运用微观交通仿真软件 VISSIM 对该交叉口在 不同交通流情况下采用感应信号控制与定时信号控制进行仿真对比分析，其中利用 VISSIM 实现感应控制仿真设计是本文的重点与难点。
2. 感应信号控制类型及基本原理
实施感应控制的前提是铺设感应器，感应器的种类很多，例如有环形线圈、超声检测器、 红外检测器等多种[8]，在 VISSIM 中，所有的这些手段都通过一种方法来表示，当车辆的前 端靠近感应器时，感应器会向信号控制器（Signal Controller）发送一个脉冲，当车辆的末端 离开感应器时，感应器会向信号控制器（Signal Controller）发送另外一个脉冲，这些信息最 终将由信号控制逻辑（signal control logic）来解译[3][4]。针对本文提出的感应信号控制设计 思想的需要，本文在各进口车道铺设三类感应器，第一类检测排队长度，距离停车线 90 米， 第二类检测等待时间，距离停车线 6 米，第三类检测车辆到来，距离停车线 30 米，如图 5 所示。
Vi——为 i 相位关键进口道上车流的正常行驶速度，米/秒； 3.3 绿灯极限延长时间
绿灯极限延长时间是为了保持最佳绿信比而对各相位规定的绿灯时间延长限度。信号到 达绿灯极限延长时间时，强制绿灯结束并改换相位。绿灯极限延长时间，实际上就是按定时 信号最佳周期时长及绿信比分配到各个相位的绿灯时间，绿灯极限时间一般定为 30～60s[1]。
东进口 评价指标
定时
感应
西进口 定时
感应
南进口 定时
感应
北进口 定时
感应
平均延误
（秒）
43.8
35.6
45.6
38.2
68.0
44.8
67.8
43.8
平均停车
次数
0.87
0.76
0.93
0.85
1.26
1.00
1.24
1.05
最大排队
长度（米） 106
80
102
95
240
205
234
204
-6-
东进口 评价指标
-1-

图 1 感应信号工作原理图
G0－单位绿灯延长时间；Gmin－初期绿灯时间； Gmax－绿灯极限延长时间；G－实际绿灯时间。
3. 感应信号控制的参数确定
感应信号参数主要包括：初期绿灯时间，单位绿灯延长时间，绿灯极限延长时间。
3.1 初期绿灯时间(Gmin)
各进口道的车辆种类及所占比例为：小汽车 80%，公交车 10%，载重汽车 10%。其中 小汽车平均车速为 40 公里/小时，公交车平均车速为 30 公里/小时，载重汽车平均车速为 30 公里/小时。各进口道的左转车辆比例为 20%，右转车辆比例为 30%，直行车辆比例为 50%。 本文定时控制策略：直行相位绿灯为 40 秒，左右转相位绿灯为 20 秒，绿灯后的黄灯时间为 2 秒。
根据感应信号控制实施的方式划分，感应控制可以分为以下三种类型：半感应控制、全 感应控制和优化感应控制。 图 1 是感应信号工作原理图，它体现了感应控制的基本工作原 理。一相位起始绿灯，感应信号控制器内预设有一个“初期绿灯时间”（Gmin），到初期绿灯 结束时，如在一个预设的时间间隔内，无后续车辆到达，即可更换相位；如检测器检测到有 后续车辆到达，则每测得一辆车，绿灯延长一个预置的“单位绿灯延长时间”（G0），即只要 在这个预置的时间间隔内，车辆中断，即换相；连续有车，则绿灯连续延长。绿灯一直延长 到一个预置的“极限延长时间”（Gmax）时，即使检测到后面仍有来车，也中断这个相位的通 车权。实际绿灯时间界于初期绿灯时间与绿灯极限延长时间之间[1]。
1. 前言
目前，某些发达国家（日本、美国等）在感应信号控制方面研究与运用较多，国内这方 面研究还处于初级阶段，实际运用到道路交叉口中的感应信号控制比较少。感应信号控制运 用到实际交叉口上有较大难度，主要原因是技术与资金问题。但我们并不能否认我国许多城 市的交叉口适合用感应信号控制。感应信号控制有其自身的优点：感应控制在交通强度较小 交叉口，有其优越性，不致使主要道路上的交通产生不必要的延误；感应信号控制在有几个 流向的交通量时有时无或多变的复杂交又口上，可得到最大效益；在交通量变化大而不规则、 难于用定时控制处置的交叉口以及必须降低对主要干道干扰的交叉口上，用感应控制效益更 大。因为感应控制有上述诸多优点，感应信号控制运用到适宜的交叉口上能够提高交叉口的 通行能力，减少延误及停车次数，能够为整个社会的发展带来效益，所以我们值得对它进行 深入研究，并逐步运用到适宜的道路交叉口上。
-4-
图 5 交叉口 VISSIM 仿真感应器铺设图
图 6 给出感应信号控制设计流程图，该流程图反映了基本的感应信号控制思想。
-5-

图 6 感应信号控制设计流程图
7. VISSIM 微观仿真分析
本文在上述感应信号控制设计的基础上，借助 VISSIM 仿真平台，对该交叉口在三种不