基于VISSIM的交叉口感应信号控制仿真研究.

基于VISSIM的交叉口感应信号控制仿真研究

陈扶崑,吴中

河海大学交通学院,江苏南京(210098

E-mail:fukunchen163@

摘要:首先介绍了感应信号控制原理及其主要参数确定方法,并对微观交通仿真软件VISSIM及车辆感应控制编程(V AP进行了简单说明。以南京市某一典型十字型信号控制交叉口为例,用VISSIM仿真软件作为平台,对该交叉口进行了感应信号控制设计。以通过交叉口的车辆平均延误,平均停车次数,最大排队长度作为评价指标,对该交叉口在不同交通条件下,进行定时控制与感应控制仿真比较分析。最后得出感应控制所适用的交叉口及交通流状况,并且说明了利用VISSIM实现感应信号控制仿真的可行性及优越性。

关键词:感应信号控制,VISSIM,V AP,微观仿真,交通控制

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。

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

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”(G min,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”(G max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]。

图1 感应信号工作原理图

G 0-单位绿灯延长时间;G min -初期绿灯时间;

G max -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(G min

给每个相位初期预先设置一段最短绿灯时间。设置初期绿灯时间应考虑以下几个因素:

(1保证停在检测器和停车线之间的车辆,全部驶出停车线所需的最短时间。

(2保证行人安全过街所需的时间;

(3我国还需考虑保证红灯时停在停车线前的非机动车安全过街所需的时间

初期绿灯时间由车辆初始阶段(初始绿灯时间和单位绿灯延长时间组成。初始绿灯时间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(T S

来确定初始绿灯时间。车队疏散时间可以参考公式(1[6]。

m S i

Q T S q =− (1 式中:T S ——相位关键进口道的车队疏散时间,秒;

Q m ——相位关键进口道的最大排队长度,Q m =q i *R ei ,辆;

S——相位关键进口道的饱和流量,辆/秒;

q i ——相位i 关键进口道的到达率,辆/秒;

R ei ——相位i 的等效红灯时间,秒。

所以一个相位初期绿灯时间=初始绿灯时间(T S +单位绿灯延长时间

3.2单位绿灯延长时间

是初期绿灯时间结束后,在一定时间间隔内,测得有后续车辆到达时所延长的绿灯时间,确定单位绿灯延长时间时,一般考虑以下几个因素:

(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 = D i / V i (2

式中:△i ——各相位的单位绿灯延时;

D i ——为i 相位关键进口道上检测器与停车线之间的距离,米;

V i——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]。

4.VISSIM仿真软件及其车辆感应控制编程(V AP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]。

V AP是Vehicle Actuated Programming的简写,即车辆感应控制编程。V AP的控制逻辑用其独有的简单语言来描述。在VISSIM仿真过程中,V AP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、*.V AP文件和系统文件V AP214.exe。其中*.PUA文件和*.V AP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