基于VisVAP的改进双环相位感应控制

修伟杰，张立立，王 力，李凯龙，叶之放，杨一帆

（北方工业大学城市道路交通智能控制技术北京重点实验室，北京100144）

0 引言

随着城市发展速度的加快，汽车保有量正在急剧增加，交通拥堵已经成为阻碍经济发展的主要因素之一。根据城市道路主次干线分明、车流分布不规律的特点，采用感应控制的方式，可以有效缓解交通拥堵。

传统的感应控制通过检测车辆的请求来判断是否需要延时，其中的相关参数设定多根据人工经验设定的，难以适应交通流波动性大的特点。因此，一些学者对其进行了研究，陈汉禄等从信号控制器方面探讨了感应控制及检测器的布设方式[1]；王玉鹏通过VISSIM仿真关键进行了感应控制的研究[2]；邵锦锦等通过深入研究感应控制的主要控制参数，提出了多相位感应控制配时方案的优化设计[3]。以上的研究多是从感应控制入手，并没有结合信号相位，所以控制效果并不明显。本文通过研究美国NEMA TS2[4]标准中的双环相位结构和感应控制的特点，提出了一种改进双环相位感应控制算法。

1 改进环相位感应控制

1.1 双环相位结构

国内广泛采用的单点感应控制方式主要有：海信和2070 的双环结构感应控制，其原理是应用了NEMA TS2标准中的双环相位结构，实现相位搭接；西门子MCU6系列的固定结构感应控制，其原理是多方案固定相位，实现不同控制方式。

本文主要讨论双环结构感应控制。根据NE⁃MA TS2 标准，分为两种环结构，一种是相位标准环结构，主要适用各方向流量比较均衡的交叉口，如图1所示；另一种是相位搭接环结构，主要适用于各方向流量不均衡，主次干道差别明显的交叉口，如图2所示。

图1 正常相位结构

图2 搭接相位结构

1.2 改进双环相位感应控制

双环结构感应控制能够很好地适应不同交通流和交通状态下感应控制的需求，但是其存在一定的缺陷。当某交叉口存在多相位，某些相位车流并非连续时，搭接相位会使得路口延误增加，造成绿灯时间的浪费。基于这种考虑，本文提出了改进双环相位感应控制。

如图3所示，首先判断干线直行相位是否达到最小绿灯时间，如果没有达到继续运行，如果达到则判断此时支线是否有车辆请求，如果没有车辆请求，此时判断干线是否有左转车辆请求，如果有判断请求车辆数，如果较少则进行相位搭接，延长干线直行绿灯时间，保证干线通畅，如果没有左转车辆请求，则进行相位跳跃，跳过左转车辆；如果支线存在车辆请求则将干线直行相位与左转相位合并，同时结束相应支线车辆需求。

如图4所示，交叉口设计检测器时，应在支线设置车辆检测器，用来检测支线车辆需求，在干线的左转相位上设置两个检测，用以检测左转车辆需求，以及需求大小。如图5所示，阴影部分表示存在搭接相位，斜差部分表示跳跃相位，这能够很好地利用起周期内相位的绿灯时间，提高通行能力。

图3 改进双环相位感应控制

图4 信号灯示意图

图5 改进双环相位结构

2 VisVAP仿真验证

2.1 VisVAP软件

VisVAP 是VISSIM仿真软件中交叉口感应控制专用的逻辑编写软件，可以实现对交叉口的感应控制。VisVAP 编写的感应控制逻辑规则是仿真中进行交叉口感应控制的运行规则，是感应控制信号仿真的核心[5]。

2.2 VisVAP仿真

本文依据北方工业大学临汾市自适应控制系统项目，选取临汾市贡院街与体育街交叉口为研究对象，采用本文提出的改进双环相位感应控制算法，使用VISSIM和VisVAP搭建交叉口进行仿真验证，如图6所示。

图6 贡院街与体育街交叉口

如图7所示，感应逻辑的基本含义是：当前处于相位1 时，满足最小绿灯的前提下，在时间T2和T3 之间进行感应控制，当检测到左转车辆有需求，且车辆较多时，进行相位切换；当车辆不多时，进行相位搭接；当无车辆时进行相位跳跃；不满足条件时仍然处于相位1，直至运行至时刻T3，强制切换到相位3。处于相位2时，运行至T4时刻，切换到相位3。时间、逻辑条件见表1。

图7 VisVAP感应逻辑图

表1 时间条件和逻辑条件

2.3 数据分析

交叉口流量数据的采集由项目工作人员完成。通过仿真数据（见表2）可以看出，采用本文提出的改进型双环相位感应控制，对于主次干线车流差别较大，主干线存在左转相位的交叉口控制效果较好，停车次数和停车时间都有大幅度减少。

表2 仿真数据分析

3 结论

本文通过研究美国NEMA TS2标准中的双环相位结构和感应控制的特点，提出了一种改进双环相位感应控制算法。该感应控制对于主次干线车流差别较大，主干线存在左转相位的交叉口控制效果较好。以临汾市自适应系统控制项目为依托，采用VISSIM和VisVAP相结合，对典型交叉口进行了仿真验证，结果显示，采用本文提出的感应控制方式能有效减少停车次数和停车时间，控制效果良好，达到了预期目标。

[1] 陈汉禄，陈大农，郑起军.浅谈路口感应控制应用[J].道路交通与安全，2010，10（6）：33-36.

[2] 王玉鹏.基于VISSIM 的感应信号控制交通仿真研究[J].交通仿真，2009：43-46.

[3] 邵锦锦，陈锋，孙欣欣，等.多相位感应控制配时方案的优化设计[J].计算机系统与应用，2011，20（1）：48-51.

[4] 蔡云，杨晓光，王浩.一种灵活的在线交通信号相位切换结构[J].城市交通，2009，7（3）：80-85.

[5] 神进. 城市道路交叉口定时与感应信号控制对比研究[D].青岛：中国海洋大学，2008.