孙正良：交通仿真与交通控制
2014-04-01 18:56:04   来源：中国交通技术网   作者:    评论：0

　　Tranbbs消息：3月29日下午，由交通7+1论坛理事会主办、公安部交通管理科学研究所、科进英华(北京)智能交通技术有限公司承办的交通“7+1”论坛第三十四次会议在清华大学召开，本次论坛的主题为：动态交通仿真理论应用与发展。公安部交通管理科学研究所副所长孙正良作了“交通仿真与交通控制”的主题报告。以下为发言实录：

　　孙正良：各位院士，各位专家，大家下午好!

　　我今天讨论的主题是城市交通控制在线仿真，从三个方面给各位专家做一个阐述，首先借此次机会介绍一下交通科研所，交通科研所成立于1985年，在江苏无锡，公安部直属的公益型科研机构，从事道路交通事故预防的技术和交通管理的信息技术、智能交通技术产品研发，承担了国家和行业相关技术标准的制定，交通安全产品的检测，公安交通交警培训以及四个坚定相关的任务，目前是科技部国家道路交通管理技术中心，国家道路产品检验检测中心，公关部培训中心依托单位。

　　跟这个主题有关的，我们单位有一个比较老的部门，城市交通控制技术研究部，主要从事于城市交通组织与管理，交通信号的控制交通指挥系统的集成，还有指挥中心设计。

　　这么多年来，交通控制有关的几个国家的强制性标准，信号灯有关的14886等相关标准和公安指挥中心相关行业标准的制定工作。从七五期间自主开发了自己交通信号灯交通信号控制系统等产品，这些产品都做了推广应用。交通控制的实验室，我们专门和德国PTV和美国Synchro等，交通信息的采集、交通仿真和视频监控，交通诱导和交通监控一体的条件。

　　在无锡三条道路上建立了信号机和信号灯，常年实践在用的，流量检测以及几十个视频监测点，在机场高架上也有很多的监测点。

　　在几十个城市建立控制系统，基于公安的优势，我们实际上都可以跟这几十个城市建立实时在线的工作，在所里和单位都可以看到这几个城市信号控制系统，在线的系统和实时演示。

　　城市交通仿真在使用当中的经验或者是想法，一是交通组织优化方案，二是开发信号控制产品方面如何和仿真结合，三是有轨电车优先控制在线仿真实验。

　　交通组织的仿真，交警主要是利用现有的道路，如何将道路路口、路段区域交通流的组织能够协调好，能够提高通行能力，更重要的是均衡交通，现在更主要提倡均衡交通，怎么样把道路流量做均衡了。

　　我们在仿真当中主要用的是路口的交通渠区划的改造，信号配时，怎么样设，设了之后有什么影响，禁左禁右，怎么样评估。

　　无锡几个路口如何仿真的，首先采集路口交通流量和基础的设计信息，首先要调查流量，把交通流量和路面上的交通管理的措施，路口的交通管理措施都要输入到软件当中，我们这边有一个优势，好多路口数据来源都是现成的，路口流量通过信号机直接取过来就可以了，没必要再做很细交通流量调查。

　　将流量输入到软件当中对其进行OD的反推，推算出OD，第二件重要的事情是模型的校正，主要是对模型的特性，通行能力和参数反复进行校正，确保模型数据和实际情况能够一致，才能够真正的仿真，在仿真之前把拟定设计好的路口或者是区域交通组织方案输入到仿真软件，再对它进行实际仿真，仿真的过程当中，我们还要不停调整方案，对每个方案进行评估，直到找到比较优化的方案或者是模型。电脑仿真和实际道路拍下来的，我们会进行比较，前面的模型怎么样校正，跟仿真软件产生的图形会进行场景对比。

　　方案的评价，平均延误和最大的排队长度，两种方案在仿真之前和仿真之后各个路口对比情况，把相关的数据输入到软件之后，就建立了仿真展示系统。路上交通是否有拥堵，是否产生比较大的厌恶。

　　在开发我们单位信号控制系统产品的时候，我们所做的一系列的仿真，仿真的目的是验证自己的信号机里面算法和控制策略是否可行，主要是感应控制进行仿真，跟我们的信号机实时联系，由VISSIM产生车辆模拟检测器产生模拟的车辆数据，把模拟车辆数据换回到信号机里面，信号机根据这些流量生成信号机的信号控制方案，信号控制方案换回到仿真系统，再仿真信号机的控制方案，这样的话就形成仿真闭环，一是在主路或者次路半感应控制的功能，东西向是主路，南北向是辅路，变化南方向的流量，测试信号机感知的功能，左下角是感应阶段从15到28到36，流量是1500是36、45和40，右下角黄的是流量的长度，向位的变化，如果采用半感应流量，向位阶段变化是这样的曲线，波动相对来说比较大，如果在次干路做半感应控制的话，信号机配时方案还会做比较大的波动，再调整信号机方案。

　　全感应，比如说两条主干道，主干道和次干道都有感应线圈，信号机怎么样工作，左边这里也是我根据流量的变化，1000到1500，变化以后信号机配时的变化，感应以后信号机如何变化，主干道和次干道用感应的话，向位的变化相对来说比较平缓的。通过这些测算方法，再调信号机里面算法和参数，提供方案。

　　有轨电车优先控制在线仿真实验

　　随着我们国家的发展，以前地铁较多，近五年越来越的城市尤其是中等城市，从投资建设和运行维护角度来说更适合有轨电车，30、40个国家都在开始搞规划和建设有轨电车，按照运行模式来说是封闭式，跟地铁和高铁是一样的，实际上在城市交通管理来讲，有轨电车是汽车一种，是机动车的一种，所以它在城市道路上，得按照现有的，跟普通汽车一样的通行规则一样的信号控制方式执行，目前来说，好多城市控制系统是按照地铁和高铁的控制系统模式运行的，需要和现在公安交通管理部门所管的城市信号、路口信号相对接和衔接，如果不衔接的话，不存在信号优先的改革。

　　我们也做了关于有轨电车信号优先项目，国内没有成熟的模式，我们开发的信号机，需要验证，我们也是通过VISSIM进行验证。这是工作原理图，有轨电车有一个单独的专线，它在路口或者某些路段要跟路口和路段相交，必然和路口信号机和社会车辆混行，一般情况下有轨电车有一套自己的有轨电车的控制机，在平面路口也有城市道路交通的信号机，如果信号优先的话，让信号控制机进行得节，在设计的时候再出口处增加一个线圈，感知有轨电车离开路口的时候，希望能够告诉我们，有轨电车属于车辆的一部分，跟普通的社会车辆是有差距的，启动慢，刹车时间长，坏在路中央的话，信号控制就非常困难，在出口处还要增加感应线圈，感知有轨电车离开了路口，才能将信号进行切换，如果还在路口中央的话还要进行保护控制。我们现在的设计，有轨电车信号优先用红灯缩短或者绿灯的延长，给他特殊的线位，跟各地讨论下来，大部分的地方是前两种，技术上也会实现，但是比较容易对于路口通勤规则，一般老百姓走这个，突然一个线位冒出来，可能会产生混乱，各地的交警提出来，采用有限的信号优先进行控制。我们也通过VISSIM进行仿真，东西向是有轨电车专用车道，两边是社会车辆，缩短红灯，车辆属于等待，我检测到这个信号以后，南北向尽量缩短，缩短时间实现信号有限的优先。绿灯延长也是一样的，如果有轨电车马上到路口了，把绿灯的时间放长，允许这辆车能够快速通过。我的信号机能够按照设计的理念和思路实现功能，信号机不可能马上到路口，所以我们通过VISSIM功能，结合我的信号机组把功能实现。

　　东西向有一条主路还有一条次路，南北向是一条主路，三条道路相交，两条路的中间还有有轨电车的路，是这样一个复杂的路口，这两个路口距离非常近，我要通过VISSIM软件仿真我的算法，信号控制机能否符合通勤的要求，能否对信号进行优先的控制，我们也是通过仿真软件对它进行仿真看是否可行。

　　通过直观来看，可以测算出来，在什么样的流量下，有轨电车给信号优先的话，给社会交通影响不大，反过来讲，有轨电车五分钟或者十分钟达到密度以后，对路口交通会产生什么因的影响?应该达到什么样的有轨电车通勤的频率下，对交通产生多大的影响，也是我们正在做的。

　　仿真软件在交通管理探索了很多，应该说通过在线仿真软件交通管理和交通组织解决很多评估方面的问题，应该说取得不错的效果，但是在实际应用当中也遇到很多的问题，最核心是两点，一是仿真模型的校正问题，涉及到车辆参数、驾驶行为和信号控制等，这些参数都是德国或者是美国的，跟中国的实际情况有很大的差距，体现驾驶员的行为特征等。我们所里做仿真的时候，对模型经过多次修正，实际道路拍下来，放在一块看，设计仿真流和实际交通流有多大的区别，匹配实际道路的情况。

　　再一个就是说，跟上面是一致的，现在的仿真模型都是基于核心模型和核心的换道模型测算出来的，我们国家混合交通比较特殊，行人和非机动车影响对机动车模型做一个干扰因子考虑的话，我们觉得在国外适合，这么大量的机动车和电动车，拿一个干扰参数或者干扰影响指数修正这个模型的话，我们觉得还是有一些问题的。再就是驾驶行为，中国驾驶员不文明不规范的驾驶行为，从仿真试验来讲，很难拿出数字化的模型或者数字化的模式衡量驾驶行为产生的后果，难度是比较大的。

　　问题及发展需求：

　　我们正在做交通信号控制手册，在国外几十年很成熟的工作，我们搞信号控制，信号优化算法，缺很多技术的东西，我们正在做这方面的努力，为交警系统在信号建设和信号配时时能够提供一些参考的依据，这里面存在很多大量模型和数据建立，想通过VISSIM仿真验证一些事情，除了自己建模型，我们想还是通过VISSIM仿真验证交通控制参数。我们也正在开发交通信号的配时辅助设计软件，我们目前已经实现流量统计，单电信号优化配时以及信号配时方案多方案的评价，我们内部都实现了，下一步欠缺的是多路口信号配时，我们做得很多控制还是比较粗浅，跟国外的技术还有很大的差距，我们正在朝这个方向努力，今天的主题是仿真，我们通过国外仿真软件验证自己所建立的模型，验证我们自己开发的信号机，验证开发的信号软件。