城市交通控制在线仿真系统[1]

０引言

城市交通仿真就是运用计算机技术，动态地、逼真地仿真交通流和交通事故等各种交通现象，复现交通流的时空变化，深入地分析车辆、驾驶员和行人、道路以及交通的特征，找出问题的症结，对所研究的交通系统进行优化。交通仿真技术具有经济、安全、可重复等多种特点，大大降低了现场试验的要求，现已成为分析各种交通参数和优化交通控制等研究的有力工具。

１国内外现状

目前国外比较流行的交通仿真系统主要有德国的ＶｌＳＳｌＭ，美国的ＣＯＲＳＩＭ、Ｓｙｎｃｈｒｏ／ＳｉｍＴｒａｆｆｉｃ和ＴｒａｎｓＭｏｄｅｌｅｒ，西班牙的ＡＩＭＳＵＮ，英国的ＰＡＲＡＭ－ＩＣＳ，加拿大的ＤＹＮＡＭＥＱ，等等。这些软件在欧美交通界已经得到了普遍的应用，商业化多年，在ＩＴＳ研究和应用中使用频率较高。与国外相比，国内在城市道路交通系统仿真方面的研究起步较晚。直到２０世纪９０年代，国内交通工程界才逐渐意识到道路交通仿真系统研究的重要性并予以重视，目前总体上仍处于应用进口软件系统阶段，还未形成商品化的交通仿真软件。

２传统交通仿真模型的不足

根据仿真模型对交通系统描述程度的不同，道路交通仿真可分为宏观仿真、中观仿真和微观仿真三种。

微观仿真模型主要包括路网模型、车辆参数模型、车辆行为模型和信号控制模型，其中车辆行为模型是最主要的模型。每辆车的当前速度和位置是模型的重要参数，什么时间、哪种类型的车、以什么速度进入路网，在路网中是如何行驶的，是否超车换道，这些参数是否与实际相符将直接影响到仿真的结果。在目前的交通仿真中，为了尽可能反映现实情况，通常会对车辆和司机进行统计分析，找出它们所符合的随机分布概率。

城市交通控制在线仿真系统

张永忠，郑媛元，李正熙

（北方工业大学，北京１０００４１）

摘要：交通在线仿真系统通过交通数据接口部件和控制数据接口部件将仿真软件ＶＩＳＳＩＭ与真实的交通数据连接起来，

实现了仿真与现实的同步进行，使交通区域得到了真实再现。

关键词：在线仿真；实时交通数据；ＶＩＳＳＩＭ；ＳＣＯＯＴ；接口

中图分类号：Ｕ４９１文献标识码：Ａ文章编号：１００２－４７８６（２００８）０９－００８７－０３

ＯｎｌｉｎｅＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍｏｆＵｒｂａｎＴｒａｆｆｉｃＣｏｎｔｒｏｌ

ＺＨＡＮＧＹｏｎｇ－ｚｈｏｎｇ，ＺＨＥＮＧＹｕａｎ－ｙｕａｎ，ＬＩＺｈｅｎｇ－ｘｉ

（ＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００４１，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｏｎｌｉｎｅｔｒａｆｆｉｃｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｃｏｎｎｅｃｔｓｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｏｆｔｗａｒｅＶＩＳＳＩＭａｎｄｔｈｅｒｅａｌ

ｔｒａｆｆｉｃｄａｔａｖｉａｔｈｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｏｆｔｒａｆｆｉｃｄａｔａｉｎｔｅｒｆａｃｅａｎｄｔｈｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｏｆｃｏｎｔｒｏｌｄａｔａｉｎｔｅｒｆａｃｅ．Ｔｈｉｓ

ｓｙｓｔｅｍｃａｎｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓａｎｄａｃｔｕａｌｉｔｉｅｓ，ｔｈｕｓｒｅｐｒｏｄｕｃｅｔｒａｆｆｉｃａｒｅａｓｆａｃｔｕａｌｌｙ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｏｎｌｉｎｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｒｅａｌ－ｔｉｍｅｔｒａｆｆｉｃｄａｔａ；ＶＩＳＳＩＭ；ＳＣＯＯＴ；ｉｎｔｅｒｆａｃｅ

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信号控制机

接口设备

真实交通信号

仿真控制软件

实时交通数据采集

接口软件

真实车辆

检测数据

仿真系统

图１ＶＩＳＳＩＭ仿真系统工作原理图

从以上可以看出，传统的交通仿真纯粹依赖虚拟的交通数据和虚拟设定的交通控制方法进行仿真。这种仿真方法本质上是一种很空泛的研究手段，只适用于对交通现象进行概括性的、定性的分析，无法对当前正在进行中的交通现场进行仿真分析，无法完全真实地仿真实际运行的交通控制系统。另一方面，传统的交通控制策略与对交通设备的评估，通常采用的是在交通现场进行实地运行测试的方法，这种方法不仅成本高，容易造成交通混乱，而且由于单一的现场无法产生各种复杂交通环境下的交通态势，因此，这种评估方法存在很大的局限性。

３交通在线仿真系统

交通在线仿真系统是指采用专门的接口技术和

设备，将仿真系统与真实的交通现场设备连接起来，通过对真实交通现场车辆信息及信号控制系统数据的收集与仿真，真实地再现交通现场，实时预测交通状况，从而进行交通控制和交通诱导。这种方法克服了现有交通控制系统测试评估方法的低准确性、低效率、高成本、评估指标不全面等缺点，提供了一种基于仿真技术的新型测试、评估方法，通过仿真系统、接口系统不仅能够仿真各种复杂的交通现场，而且能够利用接口数据对各种交通控制系统、控制方法与策略进行评估。

交通在线仿真系统由ＶＩＳＳＩＭ仿真系统、交通信号控制系统（ＳＣＯＯＴ）、仿真系统控制软件、交通数据接口部件、控制数据接口部件、控制策略评估系统等６个部分组成，其工作原理如图１所示。

３．１ＶＩＳＳＩＭ仿真系统

在线仿真系统采用德国交通仿真系统ＰＴＶ－

ＶｌＳＳｌＭ作为仿真平台，ＶＩＳＳＩＭ是一种微观的、时

间驱动、基于驾驶行为的仿真建模工具，用于建模和分析各种交通条件下，城市交通和公共交通的运行状况，是评价交通工程设计和城市规划方案的有

效工具。

ＶｌＳＳｌＭ能够模拟许多城市内和非城市内的交

通状况，特别适合模拟各种城市交通控制系统，其主要应用有：

ａ）对交通信号配置方案的评价和改善；

ｂ）适用于各种不同类型的信号控制模拟，除了

软件中原本设置好的数据外，用户还可以根据需要添加新的要素，每种信号控制方案都能被很好地模拟，例如ＳＣＡＴＳ和ＳＣＯＯＴ系统；

ｃ）可以对将信号联动控制应用于城市街道网络

的可行性和影响进行全面而有效的评价和分析；

ｄ）可以对慢速车流的交织汇合地带的运行状况

进行模拟和分析；

ｅ）可以对交叉口、转弯路段、立体交叉口的信

号控制和停车标志方案进行比较和选择；

ｆ）可以对轻轨和公交系统的设计容量、运行过

程及状况进行分析；

ｇ）可以提供公交优先的处理方法，例如可以不

按次序排队、拓宽道路、设立公交车专用车道等。

ＶＩＳＳＩＭ的核心由交通仿真器和信号状态产生

两部分组成，它们之间能够交换检测器数据和信号状态信息。ＶＩＳＳＩＭ的跟车模型采用Ｗｉｅｄｅｍａｎｎ的“

生理－心理”驾驶行为模型。车辆的纵向运动采用了基于规则的算法。驾驶员行为的模拟分为保守型和冒险型，每一个驾驶员对应一辆具体的车，驾驶员的行为与车辆的特性相符合。

ＶＩＳＳＩＭ还提供了一个ＣＯＭ接口，允许高级用

户和研究人员运用ＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃ、ＶｉｓｕａｌＣ＋＋以及其他应用宏语言（如ＭＳＥＸＣＥＬ）来编写大型应用程序。该ＣＯＭ接口提供了与路网几何结构、信号灯控制、路径流、车辆行驶行为以及评价数据之间联

系的通道，例如：用户可以通过编程实现自由调度路网内的每一辆车，包括车辆类型、行驶路径、发车时间、车速等。

仿真系统首先根据实际情况建立路网结构，包括交叉口形状、道路中心线、停车线、车道宽度等，然后利用采集到的交通数据和信号控制数据，对仿真系统路网内的车辆、信号灯等进行编程就可以在线生成可视化的交通运行状况。如当实际路网的检测器检测到车辆，则ＶＩＳＳＩＭ的ＣＯＭ接口通过读取数据包中提供的进入路网的车辆的信息（包括车辆产生的时间、位置、型号、速度、行驶方向

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