基于VISSIM的机动车库闸机仿真实现方法

张子阳，张雪莲，王 潇

(重庆城市交通研究院有限责任公司，四川 重庆 401121)

1 引 言

对城市大型机动车库而言，高峰时期进出车库的交通量很大，进出车辆往往受车库闸机处通行能力的影响，会引起进车库车辆倒灌入市政道路的情况，更有甚者严重影响市政道路的交通运行。随着城市管理部门、建设单位等对城市交通问题的不断重视，对机动车库出入口进行定量分析和直观展现的需求就越来越大。目前，在交通研究工作中，普遍采用交通仿真的方式来展现实际交通运行情况，但主流的交通仿真软件——VISSIM并没有闸机仿真模块，需要借助VISSIM软件的其他功能予以实现。

2 车辆通过闸机过程分析

机动车通过车库闸机的过程可被总结为：减速驶入—扫描(或收费)—抬杆—驶离四个步骤。

减速驶入：车牌识别系统对车牌的识别效率与车辆的行驶速度有关，目前大多数设备所支持的识别速度在5 km/h左右，而车辆在道路上的行驶速度往往较高，因此车辆在进入闸机处时，势必要进行减速。停车收费的过程与之相似，车辆由行驶状态变为停止状态，车辆也需要减速。

扫描(或收费)：扫描的过程与车牌识别系统本身有关，通过计算机软件对车牌进行识别和存储，并反馈给控制系统，计算费用并缴费。

抬杆：识别车牌并存储后，控制系统控制闸机杆抬升，通道打开。

驶离：闸机杆抬升后，通道打开，驾驶员加速驶离闸机，完成进出闸机的整个过程。

可以发现车辆在通过闸机时需要经历减速—等待—加速的过程。在实际交通运行过程中，车辆等红灯、车辆通过停车让行标志等情况也经历了减速—等待—加速的过程。

车辆等红灯的过程可总结为：进交叉口—等待—绿灯亮—驶离四个步骤。

停车让行标志“表示车辆应在停止线前停车瞭望，确认安全后，方可通行。”这一过程可被总结为：到达—停车瞭望—确认安全—驶离四个步骤。

综上，车辆进出闸机的过程与车辆等待红灯、停车让行的过程是相似的。可以分别利用VISSIM软件的信号控制模块和停车标志模块实现对车库通过闸机过程的仿真。

3 仿真参数的确定

(1)闸机通行能力。闸机的通行能力主要受车牌识别系统的效率、闸机抬杆时间和驾驶人员的驾驶水平的影响。通过不同车库的实际调查，车辆连续通过闸机的时间约为10 s，闸机处的通行能力约为360辆/h。

(2)车辆驶入闸机前的平均车速。车辆驶入闸机前，往往行驶在市政道路连接车库闸机的通道上或车库内部通道上，一般来说，车辆的平均速度不高。当车辆形成排队时，平均车速约为5 km/h，当无排队时，平均车速约为12 km/h。

(3)车辆通过闸机时的平均车速：5 km/h。

(4)信号控制周期：应与连续车辆通过闸机的平均时间一致，即10 s。

(5)减速区。减速区是VISSIM软件中的一个模块，其含义是车辆经过该区域后，车速将降低至减速区所设定的速度。根据对车辆通过闸机过程的分析，车辆在闸机前会有一个减速的过程，为使仿真模型与实际交通运行一致，设置减速区的速度为5 km/h，与车辆通过闸机时的速度相同。

4 信号控制模块实现闸机仿真方法

采用不同情境进行模拟，以选取最接近实际情况的参数。信号控制模块实现闸机仿真时控制车辆通过闸机的关键参数为绿灯时长，绿灯时长在1～6 s之间，间隔1 s。此外，还应考虑车辆通过闸机前的平均车速(5 km/h，12 km/h)和是否有减速区的影响。利用VISSIM软件进行仿真，不同情境下的仿真结果分析发现。

(1)车辆通过闸机前的平均车速为12 km/h，设置减速区与不设置减速区的仿真结果差异较大。显然，设置减速区与实际交通运行更相符。

(2)车辆通过闸机前的平均车速为5 km/h时，由于减速区速度与平均行车速度一致，故仿真结果基本一致。

(3)当设置减速区时，原始行车速度为12 km/h和5 km/h的仿真结果差异不大，可见，车辆通过闸机时的速度与闸机的通行能力直接相关。

(4)当绿灯时间在2～5 s时，不同情境的仿真结果一致，通过车辆数均为360辆。即当信号灯周期为10 s，绿灯时间在2～5 s时，平均每个周期可放一辆车通过，此时闸机处的通行能力为360辆/h。

表1 信号控制模块实现闸机仿真模拟结果

综上所述，闸机的通行能力与车辆通过闸机时的速度直接相关。而通过闸机的速度又直接取决于车辆原始速度和是否设置减速区。结合实际交通运行情况和仿真结果，推荐采用车辆驶入闸机前的平均车速为12 km/h、设置减速区(5 km/h)、绿灯时长为2～5 s的参数实现机动车库闸机的仿真。

5 停车标志模块实现闸机仿真方法

利用停车标志模块实现闸机仿真时，需要定义在停车标志前的停车时间。停车时间在0.5～4 s之间取值，间隔0.5 s。由于前文已证实当车辆驶入闸机前的平均车速为5 km/h时，是否设置减速区对仿真结果影响不大，因此，只对三种情境进行仿真模拟，即5 km/h，无减速区；12 km/h，无减速区；12 km/h，设置减速区。

通过设置信息采集器对通过闸机的车辆数进行统计，不同情境下的通行能力如下。

表2 停车标志模块实现闸机仿真模拟结果

通过对仿真数据的分析，可以看出。

(1)当设置减速区时，闸机处的通行能力与车辆驶入闸机前的平均车速无关，也即闸机处的通行能力取决于车辆通过闸机时的平均车速。

(2)随着停车时间的增大，闸机处的通行能力降低。这也与驾驶水平差的驾驶员通过闸机所需时间更长的实际是一致的。

(3)当停车时间在1.5～3.5 s时，仿真结果大致相同，在300～370辆这一区间内。

结合实际交通运行情况和仿真结果，推荐采用车辆驶入闸机前的平均车速为12 km/h，设置减速区(5 km/h)，停车时间为1.5～3.5 s的参数来实现机动车库闸机的仿真。

6 适用条件分析

对于利用信号控制模块实现闸机仿真时，出现了多个仿真结果一致(均为360辆)的情况。其原因是在不同的绿灯时长下，每个周期只能通过一辆车，这与车库闸机处的实际交通运行情况相符。但当车辆到达不连续时，则可能会出现车辆在绿灯时到达的情况，此时车辆将不停车通过，与实际情况不符。而当绿灯时长增大后，会出现一个周期通过两辆车或多辆车的情况，这与车库闸机处的实际交通运行情况不相符。因此，利用信号控制模块实现闸机仿真模拟的方法相对比较局限，只能实现闸机处车辆连续排队进入车库的情境。

表3 参数设置及适用条件

对于停车标志而言，由于其本身的定义使然，车辆在经过时必然要停车等待，再启动通过，这与车辆通过闸机的实际交通运行情况是一致的。因此，利用停车标志模块实现车库闸机仿真的方法更符合实际，可以实现连续、不连续车流的仿真。

7 结 论

通过利用VISSIM的信号控制模块和停车标志模块可以实现对车辆进出车库闸机过程的仿真模拟。结合对实际交通运行情况的分析和实际调查分析，确定了闸机通行能力、车辆驶入闸机前的平均车速、车辆通过闸机时的平均车速、减速区的速度值等参数，并分别利用信号控制模块和停车标志模块进行了仿真，明确了信号控制周期、绿灯时长、停车时间等参数的取值范围，并对两种仿真模拟方法的适用条件进行了分析。事实证明，可以利用VISSIM软件的信号控制模块和停车标志模块实现对机动车库闸机的仿真模拟，具有较高的实践意义。