基于VISSIM仿真的公交運行狀態監測平臺設計

曾鋮泓，徐 海，郭建鋼，連培昆，徐錦強

(福建農林大學 交通與土木工程學院，福建 福州 350002)

VISSIM仿真軟件是目前擁有最大用戶群體的微觀交通仿真軟件，其主要應用于模擬各種城市的交通控制系統。目前，針對VISSIM用于車輛數據的獲取，大部分數據只能在仿真實驗結束之后通過VISSIM的各類評價類型輸出評價結果，無法在仿真運行過程中體現。因此有必要對VISSIM進行二次開發，并將其可視化，使用戶更能掌握公交車輛的運行狀態，為下一階段公交車輛的動態控制提供技術支持。

針對車輛運行狀態的實時獲取，許多學者對此進行了大量研究，韓澍等[1]提出了基于車輛GPS信息、RFID信息、視頻檢測器信息等多源數據的融合方法，使得公交車輛的定位精度與軌跡的準確性大幅提升。楊婷婷[2]以出租車GPS軌跡為主要數據源，研究路網實時交通狀態的獲取方法。田春林[3]對快速公交控制系統的運行狀態感知技術進行詳細分析，分別從信息采集和運行狀態兩個方面獲取系統實時運行狀態。文獻[4]中基于GPS/路標復合的快速公交信息導航技術提出了一種提供實時數據的新方法。

以上研究大多是通過GPS數據或者固定型交通檢測器采集數據判斷道路上車輛的運行狀態，借鑒上述研究成果,本文構建了基于VISSIM仿真軟件及COM接口二次開發的公交運行狀態監測平臺，實現準確獲取道路上每一輛公交車的實時運行狀態，將其可視化于監測平臺界面上以動態地顯示公交車輛運行狀態的變化，研究成果可應用于公交智能調度以及交通狀況評價等方面，同時也為下一步實施公交運行動態仿真控制策略提供數據基礎。

1 公交運行狀態模型構建

以相鄰的兩個交叉口之間的路段作為一個研究段，研究段內公交運行時間示意圖如圖1。

圖1 研究段內公交運行時間示意圖

上游行程時間

T1=tb-ta；

(1)

停靠時間

T2=tc-tb，

(2)

下游行程時間

T3=td-tc；

(3)

路段行程總時間

T=T1+T2+T3；

(4)

路段延誤時間=實際行程時間-理想行程時間，

(5)

(6)

式中：T1為公交車上游行程時間；T2為公交車停靠時間；T3為公交車下游行程時間；T為公交車行程總時間；ta為公交車通過上一交叉口停車線的時刻；tb為公交車駛入公交停靠站的時刻；tc為公交車駛出公交停靠站的時刻；td為公交車通過當前交叉口停車線的時刻。

2 VISSIM仿真獲取數據的方式及不足

VISSIM仿真軟件是由德國PTV公司開發的擁有最大用戶群體的微觀交通仿真軟件[5]。由于在實際道路交通環境中，無法對公交車輛的相關參數進行實驗，無法直觀地看到參數的改變對公交運行狀態的影響。因此，基于VISSIM仿真軟件的仿真實驗必然成為較好的選擇。但是VISSIM仿真軟件獲取數據的方式主要是通過設置檢測器并激活VISSIM的各種評價類型輸出評價數據，評價數據大部分是在仿真實驗結束后保存為外部數據文件供用戶查看，用戶無法在仿真運行過程中獲得這些數據，用戶的體驗效果大大降低。

因此，針對用戶的個性化需求，VISSIM提供了COM接口二次開發的實驗平臺，用戶可以使用VB，C++等主流的計算機編程語言調用VISSIM仿真系統，以達到可以進行外部操作和控制的目的。

3 公交運行狀態監測平臺設計

使用Visual Studio 2012接入VISSIM_COM接口，編寫獲取公交運行數據仿真程序，程序流程圖如圖2。獲取的運行數據包括車輛的運行速度、設計速度、行程時間和延誤時間等，以下將對各個數據獲取的技術方法做詳細地說明。

圖2 程序流程圖

3.1 速度獲取

獲取公交車輛的運行速度和設計速度以了解車輛在當前路段車速的變化，當運行速度小于期望速度時，車輛開始產生延誤。數據獲取的主要思路在于先檢測VISSIM的車輛集合中對象公交車輛是否存在，當其存在時獲取其車輛編號，通過COM接口中的AttValue返回該車輛的運行速度和期望速度屬性值，將其取整并帶單位輸出，相關的主要程序代碼如圖3。

圖3 速度獲取程序代碼圖

3.2 行程時間獲取

獲取公交車輛的行程時間以了解車輛在當前研究段的上游行程時間，停靠時間以及下游行程時間，為下一步公交運行動態控制提供數據基礎。數據獲取的主要思路在于通過COM接口中的AttValue返回該車輛的坐標值，運用if條件語句判斷該車輛是否在研究段落內，通過AttValue返回該車輛的系統時間值，到達研究段落和離開研究段落的系統時間之差即為該路段公交車輛的實際行程時間。由于對研究段落坐標讀取的準確度難以達到100%，所獲得行程時間數據與VISSIM傳統獲取數據方式相比可能存在一定的誤差，但多次實驗數據得出兩種仿真方式獲取數據的結果誤差不超過3 s ，滿足精度要求，相關的主要程序代碼如圖4。

圖4 行程時間獲取程序代碼圖

3.3 延誤時間獲取

獲取公交車輛的延誤時間以了解車輛在當前路段的延誤情況，通過同一路段的延誤時間越大，表明車輛在當前路段的交通流越不穩定，車輛受干擾因素多。數據獲取的主要思路在于通過COM接口讀取行程時間檢測器所采集的延誤數據，由于在COM接口中參數DELAY的返回值為行程時間檢測區段每車輛的平均總延誤，即第一輛車的延誤數據為該輛車的真實數據，第二輛車的延誤數據為第一輛車與第二輛車延誤數據的平均值，以此類推。因此，要獲取每輛公交車真實的延誤數據，需要將各車輛的平均值轉為真實值，相關的主要程序代碼如圖5。

圖5 延誤時間獲取程序代碼圖

4 實例應用

福州市的公交車輛運行狀態目前仍然存在運行速度慢，準時性差，延誤大等詬病，選取福州市金山大道為研究路段，該路段承擔著聯系倉山區的交通樞紐、辦公區以及生活居住區的重要功能，擔負著大量通勤交通和其他交通出行的任務，是福州市的一條重要交通干道。因此，選擇福州市金山大道為例驗證公交運行狀態監測平臺的可靠性。

4.1 建立金山大道仿真模型

對福州市金山大道進行實地調查，調查內容包括各個交叉口進口道的流量流向，交叉口進口道車道功能劃分，信號配時以及公交車輛的運行數據。導入已經拼接好的金山大道現狀平面圖，在VISSIM中校準比例尺精度，根據調查獲得的基礎數據，建立福州市金山大道VISSIM仿真模型，金山大道仿真路網示意圖如圖6。

圖6 仿真路網示意圖

4.2 公交運行狀態監測平臺

在界面上點擊開始仿真按鈕，待仿真結束后得到福州市金山大道的公交運行狀態數據結果如圖7。

圖7 公交運行狀態監測平臺結果

4.3 延誤指數分析

延誤指數表示的是對象公交車輛延誤時間占路段行程時間的百分比，延誤指數越高，表明對象公交車輛延誤時間越長，服務水平越低。公交車輛的延誤主要來自于停靠延誤以及信控延誤，停靠延誤不包括乘客上下車時所產生的時間，但是包括公交車輛進出公交停靠站時加減速所帶來的時間損失。當公交車輛的延誤指數大于50%時，表明公交車輛此時的行程時間比自由流狀態下的行程時間多了一倍，公交司機應減少車輛剩余行程的停靠延誤，同時配合交叉口的公交信號優先相位，減少公交車輛在路段的行車延誤，避免出現串車現象，實現公交車輛的有效配置。

5 結 論

本文通過對VISSIM仿真軟件進行二次開發，構建了公交運行狀態監測平臺，實現公交運行狀態數據的實時獲取并將其可視化于監測平臺，相比于VISSIM仿真傳統獲取數據的方式，實時動態仿真更加精細化，用戶能夠根據公交車輛在當前路段的行程時間，延誤時間以及運行速度并結合歷史公交車輛的運行數據等等，提出在下一個路段的控制策略，以減少公交車輛的路段延誤時間，能夠為將來車路協同環境下的公交運行控制實際有效運用提供數據支撐。