华体会体育首页:面向公交优先的硬件在环仿真系统设计与搭建

 行业动态     |      2022-08-11 08:15:56 | 来源:华体会体育官方网站 作者:华体会体育官方

  微观交通仿真软件可以再现交通流运行规律,是一种对交通系统进行管理、控制和优化的重要实验手段和工具。利用微观交通仿真软件可以对真实世界中尚未得到实施的信号控制技术进行细致地分析和反复测试。

  交通控制硬件在环仿真系统是将实际的道路交通信号控制机(简称信号机)有机地融入到虚拟的微观交通仿真软件中,实现包含实际信号机硬件的在环仿真系统。可以借助仿真软件工具,来实现对信号机和信号控制策略的精确评价。

  最早在1995年,Urbanik T等人开辟先河,率先将硬件在环应用到交通仿线]。之后,D.Bullock等人通过搭建微观仿真软件与单个信号控制器的硬件在环,用来评价SCOOT、SCATS系统[2]。ENGELBRECHT等人研究论证了交通硬件在环仿真可用于评价信号控制器的控制效果[3]。2007年,Yun等人使用硬件在环仿线感应控制机以研究自适应控制优化[4]。之后,Hunter等人进一步使用硬件在环仿真平台对自适应信号控制系统的性能进行了评价[5]。

  在国内,硬件在环仿线 年被京工业大学的于泉等人首次应用到交通领域,提出了硬件在环实时交通仿线年,余贵珍等人开发了一款多路通信号控制评价系统,用于评价多路口的信号控制效果,其中包括定周期控制、协调控制,以及感应控制[7]。

  综合国内外研究文献可知,使用硬件在环仿真平台对公交优先控制效果进行仿真验证评价的比较少,大部分研究仍停留在常规的定周期控制、感应控制、协调控制,以及自适应控制等。因此,为快速有效地实现对公交优先多场景下的控制算法评价,设计开发一款用于公交优先的路网硬件在环仿真系统十分必要。

  交通硬件在环仿真系统由信号机、微观交通仿真软件,以及通讯模块组成。其中,信号机作为信号控制执行体,将实时的相位灯态传递给微观交通仿真软件,微观交通仿真软件构建交通场景仿真,同步接收执行信号机输出的灯态信息来控制仿真车流发生加减速、停车等变化,然后,将交通仿真场景中的车辆信息回传给信号机,信号机以此为依据进行信号控制响应,整个流程形成闭路循环。信号机与微观交通仿真软件的数据传递通过通讯模块来完成。

  信号机是公交优先控制策略的执行体,也是整个交通硬件在环仿真系统的基础,公交优先控制算法的优化及实施都在信号机中执行。信号机具备相位灯态输出功能以及检测器数据输入功能。

  微观交通仿真软件是交通仿真的专业软件,可以建模各种交通条件。它能够按照使用者的意图构建期望的交通仿真场景,并提供虚拟检测器来检测车辆到达状态。仿真软件能够分析交通运行状况,对控制方案进行有效评价。

  交通硬件在环仿真系统的通讯模块需要具备两个基本功能,一是将为信号机向微观交通仿真软件传递相位灯态提供通道,二是为微观交通仿真软件向信号机传递车辆检测器数据提供通道。其中,车辆检测器数据包括检测器上的压车状态,以及车辆经过检测器的车速信息;如果车辆为公交车辆,还需提供车辆所属公交线公交优先控制效果评价

  搭建公交优先硬件在环仿真的目的是通过仿真不同的公交优先交通场景,实现对公交优先控制效果快速做出评价。因此,本文预先建立了评价公交优先控制效果的指标。

  现实中的公交优先场景,公交或社会车辆的行驶状态,比如车辆数、到达路口时长等,均是动态变化的;考虑到这一特点,本文在设计信号机公交优先算法时,每一秒都会对路口的交通状态构建独立的公交优先场景,然后执行优先算法对上述公交优先场景进行响应,以达到实时调整的控制效果。

  步骤2:判断当前阶段是否需要进行绿灯补偿,若是,则进行绿灯补偿,等待下一秒的到来并转至步骤1;否则,进入下一步;

  步骤3:优先级高的公交车辆拥有更高的通行权,遍历寻找优先级最高的公交组成竞争公交组,计算期望的控制方案调整数据(主要包括绿灯延长值及红灯早断值),使得竞争公交组中所有公交的平均延误最小;步骤4:算法响应。

  本文使用德国PTV公司开发的VISSIM交通微观仿真软件,对连云港市涉及BRT公交运营线路的海连路与郁洲路交叉口建立仿真模型。

  海连路与郁洲路交叉口的东、西、南、北四方向均有公交专道。路口检测器如下图中的蓝色小方块所示,其分为社会车辆检测器、公交车辆检测器,公交车辆检测器又分为检入和检出。红色实线圆圈内紧靠停止线位于交叉口内部的为公交车辆检出检测器,检出检测器位于公交专道所在进口方向上,每个方向拥有3个公交车辆检入检测器,其距离停止线米,蓝色虚线圆环内的为社会车辆检测器。

  通过对VISSIM仿真平台输出的数据文件进行数据处理得到评价指标值。公交优先控制效果评价指标值的计算方法如下:

  三、系统仿线仿线)搭建MQTT通讯环境:在计算机上搭建MQTT服务器,信号机与VISSIM仿真软件作为MQTT客户端连接MQTT服务器;

  通过VISSIM软件仿真多种公交优先场景进行仿真评估,场景主要包括单公交优先控制、同向双公交优先控制、对向双公交优先控制,以及混合多公交优先控制,其中,混合多公交优先场景同时包含同向及对向的公交。分别对这四个场景下,关闭及启用信号机公交优先控制的情况进行数据采集及对比,分析该公交优先方法的效益。

  分析表格数据可知,在不同公交优先场景下,实施公交优先后公交车平均延误均显著降低,在前三种场景下公交不停车通过率增量均达到60%以上,在混合多公交场景下增量也达到46.1%,实施公交优先之后的社会车辆延误和车均延误上升率均控制在5%以内。综合可知该公交优先方法在多种场景下均取得了显著的控制效益。

  选取仿真场景中的混合多公交优先场景,分别在VISSIM平台进行背景交通饱和度为0.8和0.9下的仿真运行并输出运行数据,通过计算得到如下评价结果:

  综合不同背景交通饱和度下的评价指标,可以看出社会车辆延误随饱和度增加而上升,但对比公交优先前后数据可知,实施公交优先控制导致的社会车辆延误增量极小,因此该上升与实施公交优先控制无关,而是由于社会车辆自身车流量增大导致的,同时公交车辆优先效益在背景交通饱和度变化的情况下保持稳定。因此,该公交优先控制方法在背景交通处于高饱和度的场景下也可取得显著的控制效益。

  四、结论公交优先硬件在环仿真系统将实际的道路交通信号控制机有效地融入到虚拟的微观交通仿真软件中,借助专业的交通仿真软件完成对公交优先多场景的仿真和信号机公交优先控制方法的评价,有效解决了现场测试耗时、费力且人工成本大的问题。参考文献

  [7] 余贵珍等. 多路通信号控制硬件在环仿真系统. 公路交通科技 (2013).

  核心技术?腾讯发布城市级交通仿真引擎杨光:交通仿真在复杂路通渠化设计上的应用

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