基于VisVAP的公交优先信号控制策略仿真

张东明

（同济大学浙江学院交通运输工程系，嘉兴 314000）

引言

随着计算机技术的快速发展，交通仿真技术的应用也越来越广泛。交通仿真可以跟踪描述交通体随时间和空间的变化，利用数学模型统计各交通指标的变化，发现其中规律，进行方案对比，给交通设计者、管理者提供决策参考[1-3]。交通仿真可以分为微观和宏观两种，微观仿真侧重交通体自身运行规律的描述，宏观仿真则侧重交通流运行规律的研究，现今应用比较广泛的仿真软件主要有Vissim、Transmodeler、Paramics（微观）；Visum、TransCAD（宏观）[4]。每款仿真软件因开发商不同，各有优势[5]。Vissim是德国PTV公司开发的微观交通流仿真软件系统，能够分析在车道类型、交通组成、交通信号控制、停车控制等众多条件下的交通运行情况，具体分析、评价、优化交通网络、设计方案比较等功能，是分析许多交通问题的有效工具[6]。

公交优先信号控制与普通的定周期信号控制相比较为复杂，各仿真软件不能通过直接设置各种参数来实现仿真[7]。Vissim的VisVAP模块可以对仿真软件进行二次开发。本文阐述了应用VisVAP来实现公交优先信号控制的原理、方法，Vissim交叉口信号机的设置等，并进行案例分析。

1 公交优先信号控制策略

世界各国交通管理的经验表明，城市道路平面交叉口最有效的管理策略就是信号控制，并且信号控制也正在被普遍采用[8]。随着信号控制机及信号控制策略的发展，现在有点、线、面信号控制（单点信号控制、干道信号控制和区域信号控制），也有定时控制、感应控制和自适应控制[9]。随着大力发展公共交通策略的推行，公交的空间优先和时间优先显示出非常重要的地位。公交时间优先主要体现在公交在交叉口的信号控制优先。

公交优先信号策略类型主要有两种：主动优先和被动优先。被动优先不是依靠检测器获取公交车辆到达的数据，而是根据公交车辆的发车频率、行车速度等数据，协调路网内交叉口的信号配时。一般有网格化配时规划、信号周期调整、增加相位时间、相位分割等四种方式。被动优先本质是定周期信号配时，从一定程度上加大公共交通的优先权，以减少公交车辆停车、延误，但同时会增加信号配时的损失时间，牺牲了交叉口部分通行能力。

主动优先主要是依靠检测器对公交车辆运行情况进行识别分析，当检测器检测到公交车辆即将到达交叉口时，采取延长、提前、增加或跳跃相位实时调整交叉口信号控制方案，从而实现公交车辆的优先通行。主动优先分为绝对优先策略、完全优先策略和部分优先策略，绝对优先指交叉口上游检测器检测到公交车到达时，交通信号控制机会中断当前信号，给予公交优先信号，当公交车辆通过交叉口后，信号相位恢复；完全优先策略指检测器检测到公交车辆时，信号控制机不是无条件的中断信号相位，而是通过提前一个信号周期内公交相位出现的时间来达到公交车辆优先通行的目的；部分优先策略指为部分公交车辆而非全部公交车辆提供信号优先策略。

主动优先控制方式主要有绿灯延长、绿灯提前、相位插入、跳跃相位、相位倒转、专用相位等6种方式。公交优先控制策略及方式如图1所示。

图 1 公交优先控制策略及方式

2 Vissim信号优先控制方案

被动优先信号控制策略在仿真过程中，相当于固定周期信号控制。这里只讨论主动优先控制策略。利用Vissim实现公交主动优先信号控制需要在路网上设置公交检测器来实现感应控制，同时需要设置信号机，定义信号灯组、相位、信号过渡等，再利用VisVAP模块实现检测器与信号机之间的联动控制（图2）。

图2 Vissim实现公交优先控制整体框架图

在Vissim中的公交主动优先策略可以通过两种方法来实现：插入相位和调整绿灯时长。插入相位和调整绿灯时长又有周期变化与否的区别，具体配时方案见表1。

表1 Vissim公交优先信号控制策略实现方案

3 VisVAP程序

VisVAP与路网中的检测器一起，可以在Vissim中模拟感应控制、停车场的设置、可变交通诱导控制等。VisVAP中包括车辆感应逻辑编程（Vehicle Actuated Programming），可以用TextPad编辑，生成*.vap文件，还有逻辑流程图的编辑，这一功能可以简化VAP的编程工作，可以自动把VisVAP文件转换为VAP文件，生成*.vv的文件。Vissim可以直接调用以上两个文件，来完成信号配时方案的更改。图3为VisVAP工作界面。

设置最短绿灯时间为t1s的公交优先信号相位，通过选择公交优先信号相位插入的时刻来实现公交信号优先的相位早启、绿灯延长，通过编辑优先相位下一相位的流程图来实现交换相位、取消相位等等，从而实现周期的变化与否。

要实现插入优先相位之后，跳转到原相位的下一相位，需要对原有交叉口的信号灯组进行重新设置，人为增加与原有信号灯组相同的信号灯组，并进行虚拟编号，这样在VisVAP中才能利用流程图顺利实现接下一信号相位的功能。否则，优先相位的下一相位Vissim将一直识别为第1相位。图4为Vissim的VAP调用界面。

图 3 VisVAP工作界面

图 4 Vissim的VAP调用界面

4 仿真实例

构建平面十字信号交叉口，其中西北方向有一条快速公交线路。路网示意图和相应的信号配时见图5和图6。Vissim中须在公交车道进口道设置检测器，并设置好原有信号配时方案。

图5 构建交叉口仿真模型图

图6 Vissim中信号配时方案

在原有信号配时基础上实现公交信号优先，设置10s的插入信号相位，采用延长信号周期的方案，即若检测器感应到公交车辆到来，则下一相位跳转为公交相位，接原相位的下一相位，信号周期为120s+10s=130s；若未检测到公交车辆，则按原方案放行，信号周期为120s。信号配时方案见表2。

在Vissim中编辑信号机，原有四相位信号机、公交优先信号机，还要设置与原四相位信号机相同的四个虚拟信号机，以便在VisVAP中实现公交优先信号相位之后跳转到原相位的下一相位。图7为具体流程图。

表2 交叉口信号配时方案

图7 VisVAP插入相位公交信号优先流程图

在仿真信号时间表中可以看出，仿真时按照插入信号相位实现了公交信号优先。

5 结论

交叉口公交信号优先在各个城市的交通管理工作中普遍被采用，公交信号优先控制策略又有好多种，而每种方案的使用情况、应用效果等都需要一种有效的评价方法来进行评价，从而实现方案的比选。交通仿真是一种应用普遍、较为有效的评价手段，本文中分析公交信号优先控制策略和微观交通仿真软件Vissim的特点，将两者有机结合，利用VisVAP模块流程图和Vissim车辆检测器、虚拟信号机、信号过渡等来实现绿灯延长、相位早启、相位插入、相位转换等公交优先信号策略的仿真，为公交优先建设方案评价奠定了基础。