基于VISSIM的機(jī)動(dòng)車庫閘機(jī)仿真實(shí)現(xiàn)方法

張子陽，張雪蓮，王 瀟

(重慶城市交通研究院有限責(zé)任公司，四川 重慶 401121)

1 引 言

對(duì)城市大型機(jī)動(dòng)車庫而言，高峰時(shí)期進(jìn)出車庫的交通量很大，進(jìn)出車輛往往受車庫閘機(jī)處通行能力的影響，會(huì)引起進(jìn)車庫車輛倒灌入市政道路的情況，更有甚者嚴(yán)重影響市政道路的交通運(yùn)行。隨著城市管理部門、建設(shè)單位等對(duì)城市交通問題的不斷重視，對(duì)機(jī)動(dòng)車庫出入口進(jìn)行定量分析和直觀展現(xiàn)的需求就越來越大。目前，在交通研究工作中，普遍采用交通仿真的方式來展現(xiàn)實(shí)際交通運(yùn)行情況，但主流的交通仿真軟件——VISSIM并沒有閘機(jī)仿真模塊，需要借助VISSIM軟件的其他功能予以實(shí)現(xiàn)。

2 車輛通過閘機(jī)過程分析

機(jī)動(dòng)車通過車庫閘機(jī)的過程可被總結(jié)為：減速駛?cè)搿獟呙?或收費(fèi))—抬桿—駛離四個(gè)步驟。

減速駛?cè)耄很嚺谱R(shí)別系統(tǒng)對(duì)車牌的識(shí)別效率與車輛的行駛速度有關(guān)，目前大多數(shù)設(shè)備所支持的識(shí)別速度在5 km/h左右，而車輛在道路上的行駛速度往往較高，因此車輛在進(jìn)入閘機(jī)處時(shí)，勢(shì)必要進(jìn)行減速。停車收費(fèi)的過程與之相似，車輛由行駛狀態(tài)變?yōu)橥Ｖ範(fàn)顟B(tài)，車輛也需要減速。

掃描(或收費(fèi))：掃描的過程與車牌識(shí)別系統(tǒng)本身有關(guān)，通過計(jì)算機(jī)軟件對(duì)車牌進(jìn)行識(shí)別和存儲(chǔ)，并反饋給控制系統(tǒng)，計(jì)算費(fèi)用并繳費(fèi)。

抬桿：識(shí)別車牌并存儲(chǔ)后，控制系統(tǒng)控制閘機(jī)桿抬升，通道打開。

駛離：閘機(jī)桿抬升后，通道打開，駕駛員加速駛離閘機(jī)，完成進(jìn)出閘機(jī)的整個(gè)過程。

可以發(fā)現(xiàn)車輛在通過閘機(jī)時(shí)需要經(jīng)歷減速—等待—加速的過程。在實(shí)際交通運(yùn)行過程中，車輛等紅燈、車輛通過停車讓行標(biāo)志等情況也經(jīng)歷了減速—等待—加速的過程。

車輛等紅燈的過程可總結(jié)為：進(jìn)交叉口—等待—綠燈亮—駛離四個(gè)步驟。

停車讓行標(biāo)志“表示車輛應(yīng)在停止線前停車瞭望，確認(rèn)安全后，方可通行?！边@一過程可被總結(jié)為：到達(dá)—停車瞭望—確認(rèn)安全—駛離四個(gè)步驟。

綜上，車輛進(jìn)出閘機(jī)的過程與車輛等待紅燈、停車讓行的過程是相似的?？梢苑謩e利用VISSIM軟件的信號(hào)控制模塊和停車標(biāo)志模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)車庫通過閘機(jī)過程的仿真。

3 仿真參數(shù)的確定

(1)閘機(jī)通行能力。閘機(jī)的通行能力主要受車牌識(shí)別系統(tǒng)的效率、閘機(jī)抬桿時(shí)間和駕駛?cè)藛T的駕駛水平的影響。通過不同車庫的實(shí)際調(diào)查，車輛連續(xù)通過閘機(jī)的時(shí)間約為10 s，閘機(jī)處的通行能力約為360輛/h。

(2)車輛駛?cè)腴l機(jī)前的平均車速。車輛駛?cè)腴l機(jī)前，往往行駛在市政道路連接車庫閘機(jī)的通道上或車庫內(nèi)部通道上，一般來說，車輛的平均速度不高。當(dāng)車輛形成排隊(duì)時(shí)，平均車速約為5 km/h，當(dāng)無排隊(duì)時(shí)，平均車速約為12 km/h。

(3)車輛通過閘機(jī)時(shí)的平均車速：5 km/h。

(4)信號(hào)控制周期：應(yīng)與連續(xù)車輛通過閘機(jī)的平均時(shí)間一致，即10 s。

(5)減速區(qū)。減速區(qū)是VISSIM軟件中的一個(gè)模塊，其含義是車輛經(jīng)過該區(qū)域后，車速將降低至減速區(qū)所設(shè)定的速度。根據(jù)對(duì)車輛通過閘機(jī)過程的分析，車輛在閘機(jī)前會(huì)有一個(gè)減速的過程，為使仿真模型與實(shí)際交通運(yùn)行一致，設(shè)置減速區(qū)的速度為5 km/h，與車輛通過閘機(jī)時(shí)的速度相同。

4 信號(hào)控制模塊實(shí)現(xiàn)閘機(jī)仿真方法

采用不同情境進(jìn)行模擬，以選取最接近實(shí)際情況的參數(shù)。信號(hào)控制模塊實(shí)現(xiàn)閘機(jī)仿真時(shí)控制車輛通過閘機(jī)的關(guān)鍵參數(shù)為綠燈時(shí)長(zhǎng)，綠燈時(shí)長(zhǎng)在1～6 s之間，間隔1 s。此外，還應(yīng)考慮車輛通過閘機(jī)前的平均車速(5 km/h，12 km/h)和是否有減速區(qū)的影響。利用VISSIM軟件進(jìn)行仿真，不同情境下的仿真結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)。

(1)車輛通過閘機(jī)前的平均車速為12 km/h，設(shè)置減速區(qū)與不設(shè)置減速區(qū)的仿真結(jié)果差異較大。顯然，設(shè)置減速區(qū)與實(shí)際交通運(yùn)行更相符。

(2)車輛通過閘機(jī)前的平均車速為5 km/h時(shí)，由于減速區(qū)速度與平均行車速度一致，故仿真結(jié)果基本一致。

(3)當(dāng)設(shè)置減速區(qū)時(shí)，原始行車速度為12 km/h和5 km/h的仿真結(jié)果差異不大，可見，車輛通過閘機(jī)時(shí)的速度與閘機(jī)的通行能力直接相關(guān)。

(4)當(dāng)綠燈時(shí)間在2～5 s時(shí)，不同情境的仿真結(jié)果一致，通過車輛數(shù)均為360輛。即當(dāng)信號(hào)燈周期為10 s，綠燈時(shí)間在2～5 s時(shí)，平均每個(gè)周期可放一輛車通過，此時(shí)閘機(jī)處的通行能力為360輛/h。

表1 信號(hào)控制模塊實(shí)現(xiàn)閘機(jī)仿真模擬結(jié)果

綜上所述，閘機(jī)的通行能力與車輛通過閘機(jī)時(shí)的速度直接相關(guān)。而通過閘機(jī)的速度又直接取決于車輛原始速度和是否設(shè)置減速區(qū)。結(jié)合實(shí)際交通運(yùn)行情況和仿真結(jié)果，推薦采用車輛駛?cè)腴l機(jī)前的平均車速為12 km/h、設(shè)置減速區(qū)(5 km/h)、綠燈時(shí)長(zhǎng)為2～5 s的參數(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)車庫閘機(jī)的仿真。

5 停車標(biāo)志模塊實(shí)現(xiàn)閘機(jī)仿真方法

利用停車標(biāo)志模塊實(shí)現(xiàn)閘機(jī)仿真時(shí)，需要定義在停車標(biāo)志前的停車時(shí)間。停車時(shí)間在0.5～4 s之間取值，間隔0.5 s。由于前文已證實(shí)當(dāng)車輛駛?cè)腴l機(jī)前的平均車速為5 km/h時(shí)，是否設(shè)置減速區(qū)對(duì)仿真結(jié)果影響不大，因此，只對(duì)三種情境進(jìn)行仿真模擬，即5 km/h，無減速區(qū)；12 km/h，無減速區(qū)；12 km/h，設(shè)置減速區(qū)。

通過設(shè)置信息采集器對(duì)通過閘機(jī)的車輛數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，不同情境下的通行能力如下。

表2 停車標(biāo)志模塊實(shí)現(xiàn)閘機(jī)仿真模擬結(jié)果

通過對(duì)仿真數(shù)據(jù)的分析，可以看出。

(1)當(dāng)設(shè)置減速區(qū)時(shí)，閘機(jī)處的通行能力與車輛駛?cè)腴l機(jī)前的平均車速無關(guān)，也即閘機(jī)處的通行能力取決于車輛通過閘機(jī)時(shí)的平均車速。

(2)隨著停車時(shí)間的增大，閘機(jī)處的通行能力降低。這也與駕駛水平差的駕駛員通過閘機(jī)所需時(shí)間更長(zhǎng)的實(shí)際是一致的。

(3)當(dāng)停車時(shí)間在1.5～3.5 s時(shí)，仿真結(jié)果大致相同，在300～370輛這一區(qū)間內(nèi)。

結(jié)合實(shí)際交通運(yùn)行情況和仿真結(jié)果，推薦采用車輛駛?cè)腴l機(jī)前的平均車速為12 km/h，設(shè)置減速區(qū)(5 km/h)，停車時(shí)間為1.5～3.5 s的參數(shù)來實(shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)車庫閘機(jī)的仿真。

6 適用條件分析

對(duì)于利用信號(hào)控制模塊實(shí)現(xiàn)閘機(jī)仿真時(shí)，出現(xiàn)了多個(gè)仿真結(jié)果一致(均為360輛)的情況。其原因是在不同的綠燈時(shí)長(zhǎng)下，每個(gè)周期只能通過一輛車，這與車庫閘機(jī)處的實(shí)際交通運(yùn)行情況相符。但當(dāng)車輛到達(dá)不連續(xù)時(shí)，則可能會(huì)出現(xiàn)車輛在綠燈時(shí)到達(dá)的情況，此時(shí)車輛將不停車通過，與實(shí)際情況不符。而當(dāng)綠燈時(shí)長(zhǎng)增大后，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)周期通過兩輛車或多輛車的情況，這與車庫閘機(jī)處的實(shí)際交通運(yùn)行情況不相符。因此，利用信號(hào)控制模塊實(shí)現(xiàn)閘機(jī)仿真模擬的方法相對(duì)比較局限，只能實(shí)現(xiàn)閘機(jī)處車輛連續(xù)排隊(duì)進(jìn)入車庫的情境。

表3 參數(shù)設(shè)置及適用條件

對(duì)于停車標(biāo)志而言，由于其本身的定義使然，車輛在經(jīng)過時(shí)必然要停車等待，再啟動(dòng)通過，這與車輛通過閘機(jī)的實(shí)際交通運(yùn)行情況是一致的。因此，利用停車標(biāo)志模塊實(shí)現(xiàn)車庫閘機(jī)仿真的方法更符合實(shí)際，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)、不連續(xù)車流的仿真。

7 結(jié) 論

通過利用VISSIM的信號(hào)控制模塊和停車標(biāo)志模塊可以實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛進(jìn)出車庫閘機(jī)過程的仿真模擬。結(jié)合對(duì)實(shí)際交通運(yùn)行情況的分析和實(shí)際調(diào)查分析，確定了閘機(jī)通行能力、車輛駛?cè)腴l機(jī)前的平均車速、車輛通過閘機(jī)時(shí)的平均車速、減速區(qū)的速度值等參數(shù)，并分別利用信號(hào)控制模塊和停車標(biāo)志模塊進(jìn)行了仿真，明確了信號(hào)控制周期、綠燈時(shí)長(zhǎng)、停車時(shí)間等參數(shù)的取值范圍，并對(duì)兩種仿真模擬方法的適用條件進(jìn)行了分析。事實(shí)證明，可以利用VISSIM軟件的信號(hào)控制模塊和停車標(biāo)志模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)動(dòng)車庫閘機(jī)的仿真模擬，具有較高的實(shí)踐意義。