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交通現(xiàn)場仿真技術(shù)研究論文
交通仿真是采用計算機(jī)數(shù)字模型反映道路交通現(xiàn)象的交通分析技術(shù)，具有經(jīng)濟(jì)、安全、可重復(fù)等優(yōu)點(diǎn)。交通仿真再現(xiàn)交通流隨時間和空間的變化，可用于查找、分析現(xiàn)實交通存在的問題，尋找解決方案。在實際研究與應(yīng)用中，由于交通算法和控制邏輯在信號控制機(jī)中，對其測試評估常需在交通現(xiàn)場進(jìn)行，不易實現(xiàn)且具有很大的局限性，同時也不能對包含有如突發(fā)狀況的特定交通場景進(jìn)行模擬仿真。
針對上述情況，本文對可以模擬特定交通場景技術(shù)的研究。在VISSIM中搭建路網(wǎng)環(huán)境，模擬實際的交通現(xiàn)場，通過VISSIM和信號控制機(jī)之間加入的控制機(jī)接口設(shè)備，建立二者的實時通信環(huán)境。信號機(jī)動態(tài)獲得所需的交通流數(shù)據(jù)經(jīng)運(yùn)算得出控制策略，仿真軟件獲取實時控制信息并執(zhí)行，根據(jù)仿真統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以對交通算法和控制邏輯的適用性進(jìn)行評價，也可以評估在特定交通場景中突發(fā)狀況對現(xiàn)有交通狀態(tài)的影響，進(jìn)而為改善交通現(xiàn)狀、應(yīng)對突發(fā)狀況提供依據(jù)。
1交通現(xiàn)場仿真原理
信號控制機(jī)接口設(shè)備是計算機(jī)和信號控制機(jī)間通信的橋梁，具有轉(zhuǎn)換數(shù)字信號和模擬信號以及傳輸信號的功能。對于信號控制機(jī)，虛擬的仿真路網(wǎng)環(huán)境相當(dāng)于實際的信號控制環(huán)境;對于仿真軟件，信號控制機(jī)實現(xiàn)了仿真軟件中信號狀態(tài)發(fā)生器的功能。
在VISSIM仿真軟件環(huán)境中搭建路網(wǎng)模擬交通現(xiàn)場，對交通狀態(tài)仿真，并將相關(guān)的車輛檢測信息通過信號控制機(jī)接口設(shè)備傳送至信號控制機(jī)。根據(jù)接收到的檢測器狀態(tài)信息，信號控制機(jī)內(nèi)部交通控制算法控制邏輯經(jīng)運(yùn)算輸出各相位下一時刻信號控制狀態(tài)，并通過信號控制機(jī)接口設(shè)備傳輸至仿真軟件，仿真軟件按照接收到信號燈色狀態(tài)對車流進(jìn)行控制。上述功能實現(xiàn)了由信號控制機(jī)控制策略對模擬環(huán)境中的交通現(xiàn)場控制。
對于確定的交通環(huán)境，可以在路網(wǎng)環(huán)境中檢驗控制方案，直至方案完善，能夠達(dá)到預(yù)期的控制效果再應(yīng)用到實際的現(xiàn)場，以減少對現(xiàn)狀交通的影響。同時，當(dāng)路網(wǎng)中出現(xiàn)如交通事故、道路維修等突發(fā)狀況，致使某些道路不能通行，也可以檢驗現(xiàn)狀交通條件對交通需求的滿足能力。
2信號控制機(jī)接口設(shè)備實現(xiàn)
信號控制機(jī)接口設(shè)備是vissim仿真軟件和信號控制機(jī)通信的橋梁，實現(xiàn)了車輛檢測信息和信號機(jī)信號控制狀態(tài)的轉(zhuǎn)換1)單片機(jī)。是信號控制機(jī)接口設(shè)備的核心，可以按需增加其他的功能模塊。
2)信號控制機(jī)通信模塊。負(fù)責(zé)信號控制機(jī)和單片機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸。一方面，信號控制機(jī)通信模塊將仿真環(huán)境中車輛檢測信息發(fā)送至信號機(jī)。如果檢測器在1s時間內(nèi)沒有檢測到車輛的經(jīng)過，則將0的數(shù)字信息用低電平表示;如果檢測器在1s內(nèi)檢測到車輛的經(jīng)過，則將1的數(shù)字信息用高電平表示。最終經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后發(fā)送至信號控制機(jī)輸入板。另一方面，信號控制機(jī)通信模塊將信號控制機(jī)燈色控制信息傳輸至單片機(jī)。
信號控制機(jī)通信模塊傳輸過程采用能夠保證數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確性的TCP/IP協(xié)議方式，信號控制機(jī)作為服務(wù)器端，信號控制機(jī)接口設(shè)備作為客戶端，向信號機(jī)發(fā)送請求建立連接。
3)計算機(jī)通信模塊。負(fù)責(zé)連接單片機(jī)和計算機(jī)。單片機(jī)提供的串口經(jīng)轉(zhuǎn)換成為USB口，連接至計算機(jī)，根據(jù)通信協(xié)議和串口通信程序，完成車輛檢測信息和信號控制狀態(tài)在計算機(jī)和單片機(jī)間的傳輸。
3仿真系統(tǒng)控制軟件實現(xiàn)
仿真系統(tǒng)控制軟件對VISSIM二次開發(fā)，建立其與外部通信的數(shù)據(jù)接口。在硬件平臺的基礎(chǔ)上，仿真系統(tǒng)控制軟件結(jié)合信號控制機(jī)接口設(shè)備連接交通仿真軟件和信號控制機(jī)。
3.1仿真系統(tǒng)控制軟件結(jié)構(gòu)
仿真系統(tǒng)控制軟件主要包括仿真控制模塊、交通路網(wǎng)顯示模塊、通信模塊和評價指標(biāo)顯示模塊四部分。
1)仿真控制模塊。仿真控制模塊主要功能是對VISSIM仿真的控制，包括啟動、停止、路網(wǎng)的加載和仿真參數(shù)的設(shè)置等。
2)交通路網(wǎng)顯示模塊。交通路網(wǎng)顯示模塊功能是顯示VISSIM加載的路網(wǎng)數(shù)據(jù)信息，包括檢測器信息、路段屬性、信號機(jī)編號和名稱等內(nèi)容。隨著仿真的運(yùn)行，該模塊中信息始終與路網(wǎng)中交通元素同。
3)通信模塊。通信模塊由串口直接與信號控制機(jī)接口設(shè)備交換檢測器信息和燈色狀態(tài)控制信息。
4)評價指標(biāo)顯示模塊。評價指標(biāo)顯示模塊功能是為評價信號機(jī)控制策略提供數(shù)據(jù)支持，為進(jìn)一步優(yōu)化交通控制算法、改進(jìn)控制策略提供指導(dǎo)。
3.2VISSIM仿真控制
VISSIM可通過使用dll接口來調(diào)用外部信號控制機(jī)，在每個仿真運(yùn)行期間通過加載動態(tài)鏈接庫文件實現(xiàn)與信號控制機(jī)的通信，包括邏輯控制信息和數(shù)據(jù)信息。
在仿真過程中，VISSIM會在每個時間步長里以一定的刷新頻率與信號控制機(jī)通信。該過程分為兩步：
第一步，將仿真環(huán)境檢測數(shù)據(jù)將傳送至dll文件中;
第二步，信號控制機(jī)根據(jù)控制邏輯運(yùn)算返回下一仿真時刻信號燈狀態(tài)至dll文件，VISSIM以一定仿真步長更新信號燈狀態(tài)。3.3仿真系統(tǒng)控制軟件工作流程4結(jié)束語
交通現(xiàn)場仿真通過信號控制機(jī)接口設(shè)備和仿真系統(tǒng)控制軟件將實際的信號控制系統(tǒng)引入交通仿真軟件，實現(xiàn)了仿真軟件的車輛檢測信息和信號控制機(jī)的信號燈色狀態(tài)控制信息的實時交互，構(gòu)建了對交通算法和控制邏輯的測試平臺。
對于給定的交通現(xiàn)場，可以在路網(wǎng)環(huán)境中檢驗控制方案，直至方案完善，能夠達(dá)到預(yù)期的控制效果再應(yīng)用到實際的現(xiàn)場，以減少對現(xiàn)狀交通的影響。也可以檢驗當(dāng)路網(wǎng)中出現(xiàn)如交通事故、道路維修等突發(fā)狀況，致使某些道路不能通行時的現(xiàn)狀交通條件對交通需求的滿足能力，為管理部門提供決策依據(jù)。
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