基于VISSIM的交通信号控制算法仿真平台

钟 欣，闫东辉,程添亮，许 森

(1.连云港杰瑞电子有限公司，江苏 连云港 222000;2.大连市公安局经济技术开发区分局交通警察大队，辽宁 大连116600)

当前全面评估交通信号控制算法实施效果相当困难，而交通仿真软件能够多维度、多尺度全面的评价交通信号控制算法的运行效果，是评价算法性能的强大工具。刘畅基于VISSIM-MATLAB构建的仿真平台实现了单路口条件下定时、感应和自适应三种控制方式的运行效果的有效对比分析。连仁包构建了基于.NET环境的VISSIM-MATLAB的交通控制算法仿真、验证集成平台。卢守峰等构建了基于Excel VBA环境的VISSIM-MATLAB集成仿真平台，可有效验证交通信号控制模型。徐成成等以MATLAB为核心，集成VISSIM/VISUM构建了支持不同仿真精度的交通仿真控制平台。柳祖鹏等构建了基于信号机与VISSIM的硬件在环仿真平台，可有效评价交通信号控制系统运行效果。胡继华等构建了一种基于VISSIM的仿真平台，实现了对SCATS系统信号控制效果的评价。本文设计了一种基于VISSIM的集成交通仿真平台，可有效对各类交通信号控制算法进行仿真评估。该平台以Python作为VISSIM二次开发语言，Kafka作为数据交互平台，交通信号控制系统作为算法调用平台，浏览器作为交通态势实时展示界面，MySQL作为数据库。

1 平台简介

仿真平台由五个模块构成，如图1所示，下面介绍各个模块的内容。

图1 交通信号控制算法仿真平台框架

1.1 交通仿真模块

交通仿真软件使用德国PTV公司研发的VISSIM，它是一种基于时间间隔和驾驶行为的微观交通仿真软件，可以模拟各种交通场景，其COM提供了VISSIM与外部互动的强大功能。本平台基于Python实现VISSIM的二次开发，提取仿真流量检测数据及交通运行评价指标上传至数据中转模块，并从数据中转模块接收实时灯态输入至仿真路网信号灯组。

1.2 数据中转模块

数据中转使用Kafka平台，它是一种高吞吐量、高容错、高扩展、分布式的发布/订阅模式的开源流处理平台，其抽象出生产者、消费者和主题三个概念，实现了数据发送和数据接收的解耦。生产者为数据发送者，消费者为数据接收者，主题是生产者和消费者之间数据交互的抽象组件。该模块主要中转数据为路网上各路口的灯态、路网交通流量及交通评价指标、操作VISSIM进行仿真的指令。

1.3 数据存储模块

MySQL是目前最流行的开源数据库管理系统之一，其简单、高效、可靠，在IT行业内得到广泛应用，因此本文选用MySQL作为数据存储管理系统，主要存储仿真流量、仿真评价指标、仿真路网拓扑结构三个部分的数据。

1.4 算法服务模块

算法服务模块基于仿真交通流检测参数，由交通信号控制系统调用交通信号控制算法生成控制方案下发至信号机，信号机执行控制方案生成交通信号灯态，如图2所示。

图2 算法服务模块控制逻辑

1.5 人机交互模块

人机交互模块功能包括交通仿真管理、路网映射、交通态势展示。交通仿真管理主要是管理VISSIM的Simulation参数；路网映射是将仿真路网的路段、路口、检测器、相位映射到算法服务模块中路网的相应元素；交通态势展示包括路网交通态势、路口交通态势、路段交通态势。

2 实验效果

使用如图3所示的仿真路网进行实验，为连云港市海州区海连路从瀛洲路至凌洲路区间上10个路口，编号依次为1 214、1 215、1 216、1 217、1 218、1 219、1 220、1 646、1 221、1 222。本实验对干线绿波协调控制算法和初始未协调控制方案进行仿真对比，优化前后的仿真均运行10次，各项指标值取10次仿真平均值。

图3 仿真路网

图4为优化前后10次仿真中的某次路网交通态势展示，可以初步看出干线绿波协调控制算法的效果优于初始控制方案。

仿真路网各指标值如表1所示，可以看出干线绿波协调控制算法效果比较明显，符合上述的初步观察结果。

仿真路网各路口干线方向的运行效果如图6所示，可以明显看出，除了1 218路口的平均排队长度和均车延误指标出现小幅度上升外，其他路口的各项指标均大幅度下降。表1和图6共同表征了干线绿波协调控制算法的良好性能。

表1 仿真路网运行效果

图4 初始未协调控制方案路网交通态势

图5 路口交通运行效果

3 结 论

本文提出一种基于VISSIM的交通信号控制算法仿真验证平台，其由交通仿真模块、算法服务模块、评价展示模块、数据存储模块、数据交互模块五个模块构成，实现了交通信号控制算法调用、交通仿真、仿真路网交通态势展示的解耦，可有效对各类交通信号控制优化算法进行仿真并给出多维度的交通运行评价指标。最后通过干线绿波协调控制算法仿真示例展示了平台的功能。