基于Transmodeler的广州机场高速流量调控仿真评价*

冯川， 陈欢， 戴娟莉， 邹祥莉

(广州交通信息化建设投资营运有限公司， 广东 广州 510620)

1 项目概况

广州机场高速公路一期(广州至新白云机场，见图1)作为白云机场与广州市中心区联系的单一高等级道路，其功能复合，可靠性较低，三元里路段尤为显著。在国庆等法定节假日因高速公路免费自驾出行增多，机场高速公路易出现大面积交通拥堵。广州机场高速公路承担着市区至机场的主要交通需求，同时也是过境车辆的重要通道，两种不同性质、不同任务的交通流互相影响、干扰，造成车辆行驶速度较低，运营成本上升，高速公路的功能降低。为有效疏导车流，缓解高峰时段或流量集中时段的交通拥堵，需根据实时路况采取适宜的交通管理措施。Transmodeler 4.0仿真软件可通过建立高速公路仿真路网，设置路网、路径、输入、输出等参数，通过二次开发将仿真结果进行分析得到所需评价指标，并在相关平台进行对比，分析调控措施实施效果。

图1 广州机场高速公路示意图

2 仿真路网及基础数据设置

2.1 仿真路网数据

广州机场高速公路仿真路网南起于三元里，北止于机场，其中平沙至机场为双向八车道，其他路段为双向六车道。沿线(由南往北)设有三元里、白云新城、新市、黄石南、黄石北、平沙、蚌湖、人和、太成、机场10个收费站，除三元里和机场2个收费站外，其他收费站均可进行控制；沿线(由南往北)衔接的高速公路有北环高速、华南快速三期、北二环高速、机场高速二期；沿线(由南往北)的重要立交有平沙立交(见图2)、蚌湖立交(见图3)；进行流量调控时由南往北可控制的匝道有与北环高速公路衔接处的匝道、平沙立交处的匝道、蚌湖立交处的匝道。

图2 平沙立交仿真路网

图3 蚌湖立交仿真路网

2.2 基础数据设置

(1) 仿真路网参数。包括各路段道路等级和通行能力、收费站类型和服务时间等。

(2) 路网输入参数。包括OD矩阵分布规律、事故参数、信号灯参数。

(3) 输出参数。包括需输出的数据表格、选择需输出的路网范围、统计粒度。

(4) 其他参数。包括交通流组成比例、加减速模型标定参数等。

3 仿真动态数据输入

机场高速公路仿真及二次开发所需动态输入数据包括仿真路网OD矩阵及由机场高速公路流量调控算法所得入口流量控制措施。

3.1 机场高速公路仿真路网OD动态数据

机场高速公路仿真路网OD动态数据获取方法分为两类：一类由视频流量数据推导得到，如三元里至黄石、平沙、蚌湖等收费站所关联的仿真路网O点和D点；另一类是根据视频流量OD数据，推导无视频监测的收费站流量的仿真路网O点和D点，如各收费站至人和、太成、机场等收费站相关的O点和D点。

由视频流量推导仿真路网OD矩阵通过两步获得：第一步是通过收费站历史OD数据获取仿真路网OD数据的基础样本；第二步将所需时段的视频流量数据根据第一步所得OD基础表转换为仿真路网相应时段的OD数据。

3.2 机场高速公路流量调控措施数据

机场高速公路流量调控算法依据高德地图中实时路段速度判定每个路段(两出入口之间为一个路段)的拥堵状态，当路段达到中度拥堵状态时启用延迟收费站抬杆速度的措施，当路段达到严重拥堵状态时启用临时封闭收费站或压缩与其他高速公路相衔接匝道车道的措施；措施实施一定周期后，根据路段实时速度判定是否需解除流量调控措施。

4 Transmodeler仿真软件二次开发

二次开发是指用户根据自身需求，在软件开发者提供的开发环境或编程接口的基础上进行新功能开发或完善原有功能的过程。利用Transmodeler进行二次开发的思路见图4。

图4 Transmodeler二次开发思路

4.1 Transmodeler内部GISDK二次开发

GISDK二次开发的功能主要体现在：1) 通过使用回调函数实现仿真开始时便触发打开Oracle数据表并更新用于仿真的OD矩阵；2) 通过使用回调函数实现仿真结束时便触发输出trips、segment、检测器速度值等仿真结果及数据保存的时间粒度、数据格式等。

GISDK的回调函数为RegisterCallback，该函数可通过设置参数值来确定调用的宏命令、UI界面及何时调用(仿真开始、仿真运行过程中、仿真结束)等。打开数据库表可调用OpenTable函数，UpdateMatrixFromView可用于更新仿真工程所用的OD矩阵，CreateObject(TSM.RunManager)、SetOutputCurrentSetting、CreateOutputReport等函数则用于仿真结果输出与保存。

4.2 Transmodeler与外部数据对接的TSMAPI二次开发

TSMAPI二次开发采用C语言，利用TSMAPI接口获取路网信息(Network)、交通控制(Traffic Manage)等并进行修改。利用TSMAPI接口进行二次开发的主要功能是打通Transmodeler内部与外部数据库之间的连接，并修改路网中机场高速公路衔接其他高速公路的匝道信号灯和沿线收费站的基础数据。外部数据分为两部分：一是定时获取有关仿真任务状态、优先级、仿真开始与结束时间等基础信息，这部分数据主要用于控制是否启动仿真、设置仿真时长；二是获取机场高速公路流量调控措施数据，包括需控制的收费站(Toll Plaza ID)、各收费亭(Toll Booth)的状态(Open或Closed)、是否路过(Yes或No)、服务时间(Time)、需控制匝道对应的Signal ID、开始时间(Start Time)、结束时间(End Time)、信号灯状态(Green或Red)。

在程序开发时需引用TSM。二次开发涉及的收费站(Toll Plaza)属于交通控制(Traffic Manage)类别，而匝道信号灯(Ramp Meter)属于路网(Network)类别，在修改收费站和匝道信号灯基础数据时都需在代码中创建相应的类(Class)，类的字段名需遵守用户指南。

5 仿真评价效果与分析

通过Transmodeler及二次开发可实现对高速公路不同交通控制策略下交通流的仿真需求，但不能直观地观察不同策略的实施效果，需借助数据展示平台对不同策略下相关指标数据进行对比分析。

以2018年2月6日19:00—20:00期间未采取任何措施、封闭蚌湖立交处匝道的左车道并延长黄石北收费站服务时间(相比正常情况下延迟5 s)两种情况下的交通流进行对比，结果见图5和图6。

图5 未采取措施时的路况

图6 采取措施后的路况

由图5、图6可知：封闭蚌湖立交处匝道并延长黄石北收费站服务时间后，蚌湖立交附近与黄石北至平沙之间机场高速公路主路北行路段的路况(由仿真路网中设置的检测器所测速度值)明显好转，蚌湖立交附近路况等级由严重拥堵优化为畅通，黄石北至平沙路段北行路况等级由严重拥堵优化为轻度拥堵。经测算，相应时段内蚌湖立交附近主路北行路段的速度均值由26.8 km/h(未采取措施)提升至56.5 km/h(封闭蚌湖立交处匝道的左车道)，黄石北至平沙路段北行路段的速度均值由32.1 km/h(未采取措施)提升至43.8 km/h。

两种情况下每5 min测算一次机场高速公路主路北行行程时间，结果见图7。由图7可知：在仿真时段中后期采取措施后的行程时间明显缩短，比未采取措施情况下的行程时间少8～9 min，调控措施的效果较明显。

图7 两种情况下机场高速公路主路北行行程时间对比

6 结语

该文阐述利用Transmodeler中GISDK与TSMAPI进行二次开发所需的静态数据、动态数据及开发思路，并对不同调控措施下的路况进行分析，评价调控措施的实施效果。由于广州机场高速公路主路的视频点数量有限，部分收费站间的OD交通流数据需进行二次推导得到，对其准确性有一定影响；其次，虽然Transmodeler 4.0在二次开发可实现的功能和稳定性上比之前的版本有较大幅度提升，但仍然存在一些bug，导致开发的仿真平台不太稳定。