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(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)分局交通警察大隊(duì)，遼寧 大連116600)

當(dāng)前全面評(píng)估交通信號(hào)控制算法實(shí)施效果相當(dāng)困難，而交通仿真軟件能夠多維度、多尺度全面的評(píng)價(jià)交通信號(hào)控制算法的運(yùn)行效果，是評(píng)價(jià)算法性能的強(qiáng)大工具。劉暢基于VISSIM-MATLAB構(gòu)建的仿真平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了單路口條件下定時(shí)、感應(yīng)和自適應(yīng)三種控制方式的運(yùn)行效果的有效對(duì)比分析。連仁包構(gòu)建了基于.NET環(huán)境的VISSIM-MATLAB的交通控制算法仿真、驗(yàn)證集成平臺(tái)。盧守峰等構(gòu)建了基于Excel VBA環(huán)境的VISSIM-MATLAB集成仿真平臺(tái)，可有效驗(yàn)證交通信號(hào)控制模型。徐成成等以MATLAB為核心，集成VISSIM/VISUM構(gòu)建了支持不同仿真精度的交通仿真控制平臺(tái)。柳祖鵬等構(gòu)建了基于信號(hào)機(jī)與VISSIM的硬件在環(huán)仿真平臺(tái)，可有效評(píng)價(jià)交通信號(hào)控制系統(tǒng)運(yùn)行效果。胡繼華等構(gòu)建了一種基于VISSIM的仿真平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)SCATS系統(tǒng)信號(hào)控制效果的評(píng)價(jià)。本文設(shè)計(jì)了一種基于VISSIM的集成交通仿真平臺(tái)，可有效對(duì)各類交通信號(hào)控制算法進(jìn)行仿真評(píng)估。該平臺(tái)以Python作為VISSIM二次開發(fā)語言，Kafka作為數(shù)據(jù)交互平臺(tái)，交通信號(hào)控制系統(tǒng)作為算法調(diào)用平臺(tái)，瀏覽器作為交通態(tài)勢(shì)實(shí)時(shí)展示界面，MySQL作為數(shù)據(jù)庫。

1 平臺(tái)簡介

仿真平臺(tái)由五個(gè)模塊構(gòu)成，如圖1所示，下面介紹各個(gè)模塊的內(nèi)容。

圖1 交通信號(hào)控制算法仿真平臺(tái)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(fā)的VISSIM，它是一種基于時(shí)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(chǎng)景，其COM提供了VISSIM與外部互動(dòng)的強(qiáng)大功能。本平臺(tái)基于Python實(shí)現(xiàn)VISSIM的二次開發(fā)，提取仿真流量檢測(cè)數(shù)據(jù)及交通運(yùn)行評(píng)價(jià)指標(biāo)上傳至數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)模塊，并從數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)模塊接收實(shí)時(shí)燈態(tài)輸入至仿真路網(wǎng)信號(hào)燈組。

1.2 數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)模塊

數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)使用Kafka平臺(tái)，它是一種高吞吐量、高容錯(cuò)、高擴(kuò)展、分布式的發(fā)布/訂閱模式的開源流處理平臺(tái)，其抽象出生產(chǎn)者、消費(fèi)者和主題三個(gè)概念，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)發(fā)送和數(shù)據(jù)接收的解耦。生產(chǎn)者為數(shù)據(jù)發(fā)送者，消費(fèi)者為數(shù)據(jù)接收者，主題是生產(chǎn)者和消費(fèi)者之間數(shù)據(jù)交互的抽象組件。該模塊主要中轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)為路網(wǎng)上各路口的燈態(tài)、路網(wǎng)交通流量及交通評(píng)價(jià)指標(biāo)、操作VISSIM進(jìn)行仿真的指令。

1.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊

MySQL是目前最流行的開源數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)之一，其簡單、高效、可靠，在IT行業(yè)內(nèi)得到廣泛應(yīng)用，因此本文選用MySQL作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理系統(tǒng)，主要存儲(chǔ)仿真流量、仿真評(píng)價(jià)指標(biāo)、仿真路網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)三個(gè)部分的數(shù)據(jù)。

1.4 算法服務(wù)模塊

算法服務(wù)模塊基于仿真交通流檢測(cè)參數(shù)，由交通信號(hào)控制系統(tǒng)調(diào)用交通信號(hào)控制算法生成控制方案下發(fā)至信號(hào)機(jī)，信號(hào)機(jī)執(zhí)行控制方案生成交通信號(hào)燈態(tài)，如圖2所示。

圖2 算法服務(wù)模塊控制邏輯

1.5 人機(jī)交互模塊

人機(jī)交互模塊功能包括交通仿真管理、路網(wǎng)映射、交通態(tài)勢(shì)展示。交通仿真管理主要是管理VISSIM的Simulation參數(shù)；路網(wǎng)映射是將仿真路網(wǎng)的路段、路口、檢測(cè)器、相位映射到算法服務(wù)模塊中路網(wǎng)的相應(yīng)元素；交通態(tài)勢(shì)展示包括路網(wǎng)交通態(tài)勢(shì)、路口交通態(tài)勢(shì)、路段交通態(tài)勢(shì)。

2 實(shí)驗(yàn)效果

使用如圖3所示的仿真路網(wǎng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，為連云港市海州區(qū)海連路從瀛洲路至凌洲路區(qū)間上10個(gè)路口，編號(hào)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(shí)驗(yàn)對(duì)干線綠波協(xié)調(diào)控制算法和初始未協(xié)調(diào)控制方案進(jìn)行仿真對(duì)比，優(yōu)化前后的仿真均運(yùn)行10次，各項(xiàng)指標(biāo)值取10次仿真平均值。

圖3 仿真路網(wǎng)

圖4為優(yōu)化前后10次仿真中的某次路網(wǎng)交通態(tài)勢(shì)展示，可以初步看出干線綠波協(xié)調(diào)控制算法的效果優(yōu)于初始控制方案。

仿真路網(wǎng)各指標(biāo)值如表1所示，可以看出干線綠波協(xié)調(diào)控制算法效果比較明顯，符合上述的初步觀察結(jié)果。

仿真路網(wǎng)各路口干線方向的運(yùn)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(duì)長度和均車延誤指標(biāo)出現(xiàn)小幅度上升外，其他路口的各項(xiàng)指標(biāo)均大幅度下降。表1和圖6共同表征了干線綠波協(xié)調(diào)控制算法的良好性能。

表1 仿真路網(wǎng)運(yùn)行效果

圖4 初始未協(xié)調(diào)控制方案路網(wǎng)交通態(tài)勢(shì)

圖5 路口交通運(yùn)行效果

3 結(jié) 論

本文提出一種基于VISSIM的交通信號(hào)控制算法仿真驗(yàn)證平臺(tái)，其由交通仿真模塊、算法服務(wù)模塊、評(píng)價(jià)展示模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、數(shù)據(jù)交互模塊五個(gè)模塊構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)了交通信號(hào)控制算法調(diào)用、交通仿真、仿真路網(wǎng)交通態(tài)勢(shì)展示的解耦，可有效對(duì)各類交通信號(hào)控制優(yōu)化算法進(jìn)行仿真并給出多維度的交通運(yùn)行評(píng)價(jià)指標(biāo)。最后通過干線綠波協(xié)調(diào)控制算法仿真示例展示了平臺(tái)的功能。