基于VISSIM仿真的公交运行状态监测平台设计

曾铖泓，徐 海，郭建钢，连培昆，徐锦强

(福建农林大学 交通与土木工程学院，福建 福州 350002)

VISSIM仿真软件是目前拥有最大用户群体的微观交通仿真软件，其主要应用于模拟各种城市的交通控制系统。目前，针对VISSIM用于车辆数据的获取，大部分数据只能在仿真实验结束之后通过VISSIM的各类评价类型输出评价结果，无法在仿真运行过程中体现。因此有必要对VISSIM进行二次开发，并将其可视化，使用户更能掌握公交车辆的运行状态，为下一阶段公交车辆的动态控制提供技术支持。

针对车辆运行状态的实时获取，许多学者对此进行了大量研究，韩澍等[1]提出了基于车辆GPS信息、RFID信息、视频检测器信息等多源数据的融合方法，使得公交车辆的定位精度与轨迹的准确性大幅提升。杨婷婷[2]以出租车GPS轨迹为主要数据源，研究路网实时交通状态的获取方法。田春林[3]对快速公交控制系统的运行状态感知技术进行详细分析，分别从信息采集和运行状态两个方面获取系统实时运行状态。文献[4]中基于GPS/路标复合的快速公交信息导航技术提出了一种提供实时数据的新方法。

以上研究大多是通过GPS数据或者固定型交通检测器采集数据判断道路上车辆的运行状态，借鉴上述研究成果,本文构建了基于VISSIM仿真软件及COM接口二次开发的公交运行状态监测平台，实现准确获取道路上每一辆公交车的实时运行状态，将其可视化于监测平台界面上以动态地显示公交车辆运行状态的变化，研究成果可应用于公交智能调度以及交通状况评价等方面，同时也为下一步实施公交运行动态仿真控制策略提供数据基础。

1 公交运行状态模型构建

以相邻的两个交叉口之间的路段作为一个研究段，研究段内公交运行时间示意图如图1。

图1 研究段内公交运行时间示意图

上游行程时间

T1=tb-ta；

(1)

停靠时间

T2=tc-tb，

(2)

下游行程时间

T3=td-tc；

(3)

路段行程总时间

T=T1+T2+T3；

(4)

路段延误时间=实际行程时间-理想行程时间，

(5)

(6)

式中：T1为公交车上游行程时间；T2为公交车停靠时间；T3为公交车下游行程时间；T为公交车行程总时间；ta为公交车通过上一交叉口停车线的时刻；tb为公交车驶入公交停靠站的时刻；tc为公交车驶出公交停靠站的时刻；td为公交车通过当前交叉口停车线的时刻。

2 VISSIM仿真获取数据的方式及不足

VISSIM仿真软件是由德国PTV公司开发的拥有最大用户群体的微观交通仿真软件[5]。由于在实际道路交通环境中，无法对公交车辆的相关参数进行实验，无法直观地看到参数的改变对公交运行状态的影响。因此，基于VISSIM仿真软件的仿真实验必然成为较好的选择。但是VISSIM仿真软件获取数据的方式主要是通过设置检测器并激活VISSIM的各种评价类型输出评价数据，评价数据大部分是在仿真实验结束后保存为外部数据文件供用户查看，用户无法在仿真运行过程中获得这些数据，用户的体验效果大大降低。

因此，针对用户的个性化需求，VISSIM提供了COM接口二次开发的实验平台，用户可以使用VB，C++等主流的计算机编程语言调用VISSIM仿真系统，以达到可以进行外部操作和控制的目的。

3 公交运行状态监测平台设计

使用Visual Studio 2012接入VISSIM_COM接口，编写获取公交运行数据仿真程序，程序流程图如图2。获取的运行数据包括车辆的运行速度、设计速度、行程时间和延误时间等，以下将对各个数据获取的技术方法做详细地说明。

图2 程序流程图

3.1 速度获取

获取公交车辆的运行速度和设计速度以了解车辆在当前路段车速的变化，当运行速度小于期望速度时，车辆开始产生延误。数据获取的主要思路在于先检测VISSIM的车辆集合中对象公交车辆是否存在，当其存在时获取其车辆编号，通过COM接口中的AttValue返回该车辆的运行速度和期望速度属性值，将其取整并带单位输出，相关的主要程序代码如图3。

图3 速度获取程序代码图

3.2 行程时间获取

获取公交车辆的行程时间以了解车辆在当前研究段的上游行程时间，停靠时间以及下游行程时间，为下一步公交运行动态控制提供数据基础。数据获取的主要思路在于通过COM接口中的AttValue返回该车辆的坐标值，运用if条件语句判断该车辆是否在研究段落内，通过AttValue返回该车辆的系统时间值，到达研究段落和离开研究段落的系统时间之差即为该路段公交车辆的实际行程时间。由于对研究段落坐标读取的准确度难以达到100%，所获得行程时间数据与VISSIM传统获取数据方式相比可能存在一定的误差，但多次实验数据得出两种仿真方式获取数据的结果误差不超过3 s ，满足精度要求，相关的主要程序代码如图4。

图4 行程时间获取程序代码图

3.3 延误时间获取

获取公交车辆的延误时间以了解车辆在当前路段的延误情况，通过同一路段的延误时间越大，表明车辆在当前路段的交通流越不稳定，车辆受干扰因素多。数据获取的主要思路在于通过COM接口读取行程时间检测器所采集的延误数据，由于在COM接口中参数DELAY的返回值为行程时间检测区段每车辆的平均总延误，即第一辆车的延误数据为该辆车的真实数据，第二辆车的延误数据为第一辆车与第二辆车延误数据的平均值，以此类推。因此，要获取每辆公交车真实的延误数据，需要将各车辆的平均值转为真实值，相关的主要程序代码如图5。

图5 延误时间获取程序代码图

4 实例应用

福州市的公交车辆运行状态目前仍然存在运行速度慢，准时性差，延误大等诟病，选取福州市金山大道为研究路段，该路段承担着联系仓山区的交通枢纽、办公区以及生活居住区的重要功能，担负着大量通勤交通和其他交通出行的任务，是福州市的一条重要交通干道。因此，选择福州市金山大道为例验证公交运行状态监测平台的可靠性。

4.1 建立金山大道仿真模型

对福州市金山大道进行实地调查，调查内容包括各个交叉口进口道的流量流向，交叉口进口道车道功能划分，信号配时以及公交车辆的运行数据。导入已经拼接好的金山大道现状平面图，在VISSIM中校准比例尺精度，根据调查获得的基础数据，建立福州市金山大道VISSIM仿真模型，金山大道仿真路网示意图如图6。

图6 仿真路网示意图

4.2 公交运行状态监测平台

在界面上点击开始仿真按钮，待仿真结束后得到福州市金山大道的公交运行状态数据结果如图7。

图7 公交运行状态监测平台结果

4.3 延误指数分析

延误指数表示的是对象公交车辆延误时间占路段行程时间的百分比，延误指数越高，表明对象公交车辆延误时间越长，服务水平越低。公交车辆的延误主要来自于停靠延误以及信控延误，停靠延误不包括乘客上下车时所产生的时间，但是包括公交车辆进出公交停靠站时加减速所带来的时间损失。当公交车辆的延误指数大于50%时，表明公交车辆此时的行程时间比自由流状态下的行程时间多了一倍，公交司机应减少车辆剩余行程的停靠延误，同时配合交叉口的公交信号优先相位，减少公交车辆在路段的行车延误，避免出现串车现象，实现公交车辆的有效配置。

5 结 论

本文通过对VISSIM仿真软件进行二次开发，构建了公交运行状态监测平台，实现公交运行状态数据的实时获取并将其可视化于监测平台，相比于VISSIM仿真传统获取数据的方式，实时动态仿真更加精细化，用户能够根据公交车辆在当前路段的行程时间，延误时间以及运行速度并结合历史公交车辆的运行数据等等，提出在下一个路段的控制策略，以减少公交车辆的路段延误时间，能够为将来车路协同环境下的公交运行控制实际有效运用提供数据支撑。