基于VisVAP的改進雙環相位感應控制

修偉杰，張立立，王 力，李凱龍，葉之放，楊一帆

（北方工業大學城市道路交通智能控制技術北京重點實驗室，北京100144）

0 引言

隨著城市發展速度的加快，汽車保有量正在急劇增加，交通擁堵已經成為阻礙經濟發展的主要因素之一。根據城市道路主次干線分明、車流分布不規律的特點，采用感應控制的方式，可以有效緩解交通擁堵。

傳統的感應控制通過檢測車輛的請求來判斷是否需要延時，其中的相關參數設定多根據人工經驗設定的，難以適應交通流波動性大的特點。因此，一些學者對其進行了研究，陳漢祿等從信號控制器方面探討了感應控制及檢測器的布設方式[1]；王玉鵬通過VISSIM仿真關鍵進行了感應控制的研究[2]；邵錦錦等通過深入研究感應控制的主要控制參數，提出了多相位感應控制配時方案的優化設計[3]。以上的研究多是從感應控制入手，并沒有結合信號相位，所以控制效果并不明顯。本文通過研究美國NEMA TS2[4]標準中的雙環相位結構和感應控制的特點，提出了一種改進雙環相位感應控制算法。

1 改進環相位感應控制

1.1 雙環相位結構

國內廣泛采用的單點感應控制方式主要有：海信和2070 的雙環結構感應控制，其原理是應用了NEMA TS2標準中的雙環相位結構，實現相位搭接；西門子MCU6系列的固定結構感應控制，其原理是多方案固定相位，實現不同控制方式。

本文主要討論雙環結構感應控制。根據NE?MA TS2 標準，分為兩種環結構，一種是相位標準環結構，主要適用各方向流量比較均衡的交叉口，如圖1所示；另一種是相位搭接環結構，主要適用于各方向流量不均衡，主次干道差別明顯的交叉口，如圖2所示。

圖1 正常相位結構

圖2 搭接相位結構

1.2 改進雙環相位感應控制

雙環結構感應控制能夠很好地適應不同交通流和交通狀態下感應控制的需求，但是其存在一定的缺陷。當某交叉口存在多相位，某些相位車流并非連續時，搭接相位會使得路口延誤增加，造成綠燈時間的浪費。基于這種考慮，本文提出了改進雙環相位感應控制。

如圖3所示，首先判斷干線直行相位是否達到最小綠燈時間，如果沒有達到繼續運行，如果達到則判斷此時支線是否有車輛請求，如果沒有車輛請求，此時判斷干線是否有左轉車輛請求，如果有判斷請求車輛數，如果較少則進行相位搭接，延長干線直行綠燈時間，保證干線通暢，如果沒有左轉車輛請求，則進行相位跳躍，跳過左轉車輛；如果支線存在車輛請求則將干線直行相位與左轉相位合并，同時結束相應支線車輛需求。

如圖4所示，交叉口設計檢測器時，應在支線設置車輛檢測器，用來檢測支線車輛需求，在干線的左轉相位上設置兩個檢測，用以檢測左轉車輛需求，以及需求大小。如圖5所示，陰影部分表示存在搭接相位，斜差部分表示跳躍相位，這能夠很好地利用起周期內相位的綠燈時間，提高通行能力。

圖3 改進雙環相位感應控制

圖4 信號燈示意圖

圖5 改進雙環相位結構

2 VisVAP仿真驗證

2.1 VisVAP軟件

VisVAP 是VISSIM仿真軟件中交叉口感應控制專用的邏輯編寫軟件，可以實現對交叉口的感應控制。VisVAP 編寫的感應控制邏輯規則是仿真中進行交叉口感應控制的運行規則，是感應控制信號仿真的核心[5]。

2.2 VisVAP仿真

本文依據北方工業大學臨汾市自適應控制系統項目，選取臨汾市貢院街與體育街交叉口為研究對象，采用本文提出的改進雙環相位感應控制算法，使用VISSIM和VisVAP搭建交叉口進行仿真驗證，如圖6所示。

圖6 貢院街與體育街交叉口

如圖7所示，感應邏輯的基本含義是：當前處于相位1 時，滿足最小綠燈的前提下，在時間T2和T3 之間進行感應控制，當檢測到左轉車輛有需求，且車輛較多時，進行相位切換；當車輛不多時，進行相位搭接；當無車輛時進行相位跳躍；不滿足條件時仍然處于相位1，直至運行至時刻T3，強制切換到相位3。處于相位2時，運行至T4時刻，切換到相位3。時間、邏輯條件見表1。

圖7 VisVAP感應邏輯圖

表1 時間條件和邏輯條件

2.3 數據分析

交叉口流量數據的采集由項目工作人員完成。通過仿真數據（見表2）可以看出，采用本文提出的改進型雙環相位感應控制，對于主次干線車流差別較大，主干線存在左轉相位的交叉口控制效果較好，停車次數和停車時間都有大幅度減少。

表2 仿真數據分析

3 結論

本文通過研究美國NEMA TS2標準中的雙環相位結構和感應控制的特點，提出了一種改進雙環相位感應控制算法。該感應控制對于主次干線車流差別較大，主干線存在左轉相位的交叉口控制效果較好。以臨汾市自適應系統控制項目為依托，采用VISSIM和VisVAP相結合，對典型交叉口進行了仿真驗證，結果顯示，采用本文提出的感應控制方式能有效減少停車次數和停車時間，控制效果良好，達到了預期目標。

[1] 陳漢祿，陳大農，鄭起軍.淺談路口感應控制應用[J].道路交通與安全，2010，10（6）：33-36.

[2] 王玉鵬.基于VISSIM 的感應信號控制交通仿真研究[J].交通仿真，2009：43-46.

[3] 邵錦錦，陳鋒，孫欣欣，等.多相位感應控制配時方案的優化設計[J].計算機系統與應用，2011，20（1）：48-51.

[4] 蔡云，楊曉光，王浩.一種靈活的在線交通信號相位切換結構[J].城市交通，2009，7（3）：80-85.

[5] 神進. 城市道路交叉口定時與感應信號控制對比研究[D].青島：中國海洋大學，2008.