基于Transmodeler的廣州機(jī)場(chǎng)高速流量調(diào)控仿真評(píng)價(jià)*

馮川， 陳歡， 戴娟莉， 鄒祥莉

(廣州交通信息化建設(shè)投資營(yíng)運(yùn)有限公司， 廣東 廣州 510620)

1 項(xiàng)目概況

廣州機(jī)場(chǎng)高速公路一期(廣州至新白云機(jī)場(chǎng)，見(jiàn)圖1)作為白云機(jī)場(chǎng)與廣州市中心區(qū)聯(lián)系的單一高等級(jí)道路，其功能復(fù)合，可靠性較低，三元里路段尤為顯著。在國(guó)慶等法定節(jié)假日因高速公路免費(fèi)自駕出行增多，機(jī)場(chǎng)高速公路易出現(xiàn)大面積交通擁堵。廣州機(jī)場(chǎng)高速公路承擔(dān)著市區(qū)至機(jī)場(chǎng)的主要交通需求，同時(shí)也是過(guò)境車輛的重要通道，兩種不同性質(zhì)、不同任務(wù)的交通流互相影響、干擾，造成車輛行駛速度較低，運(yùn)營(yíng)成本上升，高速公路的功能降低。為有效疏導(dǎo)車流，緩解高峰時(shí)段或流量集中時(shí)段的交通擁堵，需根據(jù)實(shí)時(shí)路況采取適宜的交通管理措施。Transmodeler 4.0仿真軟件可通過(guò)建立高速公路仿真路網(wǎng)，設(shè)置路網(wǎng)、路徑、輸入、輸出等參數(shù)，通過(guò)二次開(kāi)發(fā)將仿真結(jié)果進(jìn)行分析得到所需評(píng)價(jià)指標(biāo)，并在相關(guān)平臺(tái)進(jìn)行對(duì)比，分析調(diào)控措施實(shí)施效果。

圖1 廣州機(jī)場(chǎng)高速公路示意圖

2 仿真路網(wǎng)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)設(shè)置

2.1 仿真路網(wǎng)數(shù)據(jù)

廣州機(jī)場(chǎng)高速公路仿真路網(wǎng)南起于三元里，北止于機(jī)場(chǎng)，其中平沙至機(jī)場(chǎng)為雙向八車道，其他路段為雙向六車道。沿線(由南往北)設(shè)有三元里、白云新城、新市、黃石南、黃石北、平沙、蚌湖、人和、太成、機(jī)場(chǎng)10個(gè)收費(fèi)站，除三元里和機(jī)場(chǎng)2個(gè)收費(fèi)站外，其他收費(fèi)站均可進(jìn)行控制；沿線(由南往北)銜接的高速公路有北環(huán)高速、華南快速三期、北二環(huán)高速、機(jī)場(chǎng)高速二期；沿線(由南往北)的重要立交有平沙立交(見(jiàn)圖2)、蚌湖立交(見(jiàn)圖3)；進(jìn)行流量調(diào)控時(shí)由南往北可控制的匝道有與北環(huán)高速公路銜接處的匝道、平沙立交處的匝道、蚌湖立交處的匝道。

圖2 平沙立交仿真路網(wǎng)

圖3 蚌湖立交仿真路網(wǎng)

2.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)設(shè)置

(1) 仿真路網(wǎng)參數(shù)。包括各路段道路等級(jí)和通行能力、收費(fèi)站類型和服務(wù)時(shí)間等。

(2) 路網(wǎng)輸入?yún)?shù)。包括OD矩陣分布規(guī)律、事故參數(shù)、信號(hào)燈參數(shù)。

(3) 輸出參數(shù)。包括需輸出的數(shù)據(jù)表格、選擇需輸出的路網(wǎng)范圍、統(tǒng)計(jì)粒度。

(4) 其他參數(shù)。包括交通流組成比例、加減速模型標(biāo)定參數(shù)等。

3 仿真動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)輸入

機(jī)場(chǎng)高速公路仿真及二次開(kāi)發(fā)所需動(dòng)態(tài)輸入數(shù)據(jù)包括仿真路網(wǎng)OD矩陣及由機(jī)場(chǎng)高速公路流量調(diào)控算法所得入口流量控制措施。

3.1 機(jī)場(chǎng)高速公路仿真路網(wǎng)OD動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)

機(jī)場(chǎng)高速公路仿真路網(wǎng)OD動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)獲取方法分為兩類：一類由視頻流量數(shù)據(jù)推導(dǎo)得到，如三元里至黃石、平沙、蚌湖等收費(fèi)站所關(guān)聯(lián)的仿真路網(wǎng)O點(diǎn)和D點(diǎn)；另一類是根據(jù)視頻流量OD數(shù)據(jù)，推導(dǎo)無(wú)視頻監(jiān)測(cè)的收費(fèi)站流量的仿真路網(wǎng)O點(diǎn)和D點(diǎn)，如各收費(fèi)站至人和、太成、機(jī)場(chǎng)等收費(fèi)站相關(guān)的O點(diǎn)和D點(diǎn)。

由視頻流量推導(dǎo)仿真路網(wǎng)OD矩陣通過(guò)兩步獲得：第一步是通過(guò)收費(fèi)站歷史OD數(shù)據(jù)獲取仿真路網(wǎng)OD數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)樣本；第二步將所需時(shí)段的視頻流量數(shù)據(jù)根據(jù)第一步所得OD基礎(chǔ)表轉(zhuǎn)換為仿真路網(wǎng)相應(yīng)時(shí)段的OD數(shù)據(jù)。

3.2 機(jī)場(chǎng)高速公路流量調(diào)控措施數(shù)據(jù)

機(jī)場(chǎng)高速公路流量調(diào)控算法依據(jù)高德地圖中實(shí)時(shí)路段速度判定每個(gè)路段(兩出入口之間為一個(gè)路段)的擁堵?tīng)顟B(tài)，當(dāng)路段達(dá)到中度擁堵?tīng)顟B(tài)時(shí)啟用延遲收費(fèi)站抬桿速度的措施，當(dāng)路段達(dá)到嚴(yán)重?fù)矶聽(tīng)顟B(tài)時(shí)啟用臨時(shí)封閉收費(fèi)站或壓縮與其他高速公路相銜接匝道車道的措施；措施實(shí)施一定周期后，根據(jù)路段實(shí)時(shí)速度判定是否需解除流量調(diào)控措施。

4 Transmodeler仿真軟件二次開(kāi)發(fā)

二次開(kāi)發(fā)是指用戶根據(jù)自身需求，在軟件開(kāi)發(fā)者提供的開(kāi)發(fā)環(huán)境或編程接口的基礎(chǔ)上進(jìn)行新功能開(kāi)發(fā)或完善原有功能的過(guò)程。利用Transmodeler進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)的思路見(jiàn)圖4。

圖4 Transmodeler二次開(kāi)發(fā)思路

4.1 Transmodeler內(nèi)部GISDK二次開(kāi)發(fā)

GISDK二次開(kāi)發(fā)的功能主要體現(xiàn)在：1) 通過(guò)使用回調(diào)函數(shù)實(shí)現(xiàn)仿真開(kāi)始時(shí)便觸發(fā)打開(kāi)Oracle數(shù)據(jù)表并更新用于仿真的OD矩陣；2) 通過(guò)使用回調(diào)函數(shù)實(shí)現(xiàn)仿真結(jié)束時(shí)便觸發(fā)輸出trips、segment、檢測(cè)器速度值等仿真結(jié)果及數(shù)據(jù)保存的時(shí)間粒度、數(shù)據(jù)格式等。

GISDK的回調(diào)函數(shù)為RegisterCallback，該函數(shù)可通過(guò)設(shè)置參數(shù)值來(lái)確定調(diào)用的宏命令、UI界面及何時(shí)調(diào)用(仿真開(kāi)始、仿真運(yùn)行過(guò)程中、仿真結(jié)束)等。打開(kāi)數(shù)據(jù)庫(kù)表可調(diào)用OpenTable函數(shù)，UpdateMatrixFromView可用于更新仿真工程所用的OD矩陣，CreateObject(TSM.RunManager)、SetOutputCurrentSetting、CreateOutputReport等函數(shù)則用于仿真結(jié)果輸出與保存。

4.2 Transmodeler與外部數(shù)據(jù)對(duì)接的TSMAPI二次開(kāi)發(fā)

TSMAPI二次開(kāi)發(fā)采用C語(yǔ)言，利用TSMAPI接口獲取路網(wǎng)信息(Network)、交通控制(Traffic Manage)等并進(jìn)行修改。利用TSMAPI接口進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)的主要功能是打通Transmodeler內(nèi)部與外部數(shù)據(jù)庫(kù)之間的連接，并修改路網(wǎng)中機(jī)場(chǎng)高速公路銜接其他高速公路的匝道信號(hào)燈和沿線收費(fèi)站的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。外部數(shù)據(jù)分為兩部分：一是定時(shí)獲取有關(guān)仿真任務(wù)狀態(tài)、優(yōu)先級(jí)、仿真開(kāi)始與結(jié)束時(shí)間等基礎(chǔ)信息，這部分?jǐn)?shù)據(jù)主要用于控制是否啟動(dòng)仿真、設(shè)置仿真時(shí)長(zhǎng)；二是獲取機(jī)場(chǎng)高速公路流量調(diào)控措施數(shù)據(jù)，包括需控制的收費(fèi)站(Toll Plaza ID)、各收費(fèi)亭(Toll Booth)的狀態(tài)(Open或Closed)、是否路過(guò)(Yes或No)、服務(wù)時(shí)間(Time)、需控制匝道對(duì)應(yīng)的Signal ID、開(kāi)始時(shí)間(Start Time)、結(jié)束時(shí)間(End Time)、信號(hào)燈狀態(tài)(Green或Red)。

在程序開(kāi)發(fā)時(shí)需引用TSM。二次開(kāi)發(fā)涉及的收費(fèi)站(Toll Plaza)屬于交通控制(Traffic Manage)類別，而匝道信號(hào)燈(Ramp Meter)屬于路網(wǎng)(Network)類別，在修改收費(fèi)站和匝道信號(hào)燈基礎(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)都需在代碼中創(chuàng)建相應(yīng)的類(Class)，類的字段名需遵守用戶指南。

5 仿真評(píng)價(jià)效果與分析

通過(guò)Transmodeler及二次開(kāi)發(fā)可實(shí)現(xiàn)對(duì)高速公路不同交通控制策略下交通流的仿真需求，但不能直觀地觀察不同策略的實(shí)施效果，需借助數(shù)據(jù)展示平臺(tái)對(duì)不同策略下相關(guān)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。

以2018年2月6日19:00—20:00期間未采取任何措施、封閉蚌湖立交處匝道的左車道并延長(zhǎng)黃石北收費(fèi)站服務(wù)時(shí)間(相比正常情況下延遲5 s)兩種情況下的交通流進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)圖5和圖6。

圖5 未采取措施時(shí)的路況

圖6 采取措施后的路況

由圖5、圖6可知：封閉蚌湖立交處匝道并延長(zhǎng)黃石北收費(fèi)站服務(wù)時(shí)間后，蚌湖立交附近與黃石北至平沙之間機(jī)場(chǎng)高速公路主路北行路段的路況(由仿真路網(wǎng)中設(shè)置的檢測(cè)器所測(cè)速度值)明顯好轉(zhuǎn)，蚌湖立交附近路況等級(jí)由嚴(yán)重?fù)矶聝?yōu)化為暢通，黃石北至平沙路段北行路況等級(jí)由嚴(yán)重?fù)矶聝?yōu)化為輕度擁堵。經(jīng)測(cè)算，相應(yīng)時(shí)段內(nèi)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(封閉蚌湖立交處匝道的左車道)，黃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。

兩種情況下每5 min測(cè)算一次機(jī)場(chǎng)高速公路主路北行行程時(shí)間，結(jié)果見(jiàn)圖7。由圖7可知：在仿真時(shí)段中后期采取措施后的行程時(shí)間明顯縮短，比未采取措施情況下的行程時(shí)間少8～9 min，調(diào)控措施的效果較明顯。

圖7 兩種情況下機(jī)場(chǎng)高速公路主路北行行程時(shí)間對(duì)比

6 結(jié)語(yǔ)

該文闡述利用Transmodeler中GISDK與TSMAPI進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)所需的靜態(tài)數(shù)據(jù)、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)及開(kāi)發(fā)思路，并對(duì)不同調(diào)控措施下的路況進(jìn)行分析，評(píng)價(jià)調(diào)控措施的實(shí)施效果。由于廣州機(jī)場(chǎng)高速公路主路的視頻點(diǎn)數(shù)量有限，部分收費(fèi)站間的OD交通流數(shù)據(jù)需進(jìn)行二次推導(dǎo)得到，對(duì)其準(zhǔn)確性有一定影響；其次，雖然Transmodeler 4.0在二次開(kāi)發(fā)可實(shí)現(xiàn)的功能和穩(wěn)定性上比之前的版本有較大幅度提升，但仍然存在一些bug，導(dǎo)致開(kāi)發(fā)的仿真平臺(tái)不太穩(wěn)定。