專利名稱：交通信號機控制策略綜合性能有效性測試系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及交通信號機控制策略的綜合性能測試和評價，用于對信號機控制策略的有效性進行評估，屬于交通信息信號控制領(lǐng)域。本發(fā)明實現(xiàn)對交通信號機用于實際道路交叉口管控效果的測試和評價。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟社會的高速發(fā)展，工業(yè)化、城鎮(zhèn)化、國際化的快速穩(wěn)步推進，交通需求迅猛增加，機動車保有量呈高速增長態(tài)勢，龐大的機動車出行量給道路交通帶來了巨大壓力，交通擁堵問題日益突出。造成交通擁堵的原因有很多方面，既有宏觀規(guī)劃方面的問題，也有建設(shè)環(huán)節(jié)的問題，還存在管理方面問題。針對路網(wǎng)交通運行中存在的各種問題，近些年采取了一系列改善 措施。交通信號控制系統(tǒng)作為實施管控及優(yōu)化方案的主要手段在交通疏堵方面起著關(guān)鍵的作用。而信號燈和交通信號控制機(簡稱交通信號機)作為交通控制系統(tǒng)中的基礎(chǔ)設(shè)備，其工作效率以及設(shè)備性能對于交通信號控制系統(tǒng)的有效發(fā)揮至關(guān)重要。交通信號機是智能交通系統(tǒng)中交通信號控制系統(tǒng)的前端重要設(shè)備，也是該系統(tǒng)的主要執(zhí)行機構(gòu)，其功能的完備性、性能的優(yōu)劣性以及對于路網(wǎng)復雜度的適應(yīng)性等特征備受人們的關(guān)注。目前，交通控制系統(tǒng)中交通信號機的使用存在的問題包含以下幾個方面I、交通信號機控制策略的制定具有盲目性，對于交通狀態(tài)的適應(yīng)能力無法事先進行確切的評價；在當前對交通信號機的應(yīng)用過程中，交通信號機內(nèi)固化的控制方式(也稱控制策略或控制方案)是在交通信號機生產(chǎn)時已經(jīng)確定了的，很難由實際環(huán)境來提前測試控制策略的性能特征，無從驗證該策略是否真正適合于現(xiàn)場實際交通情況，無從獲取其運動狀態(tài)和控制效率的高低。同時，新定策略同樣缺乏事先評價，導致控制策略制定具有一定盲目性。以上問題的根本原因在于交通信號機的控制策略無法在使用之前得到一種客觀的評價和驗證。也就是說，交通信號機所提供控制策略(控制算法)對于交通狀態(tài)(特別是在特定使用地點的交通狀態(tài))的適應(yīng)能力無法進行確切的事先評價，必須采用“先實施后評價”的方法。造成了交通信號機控制策略部署的盲目性。2、目前基于仿真軟件技術(shù)測試交通信號機性能的方法存在明顯的不足；為了改變這種盲目部署的模式，目前常見的解決辦法是采用仿真軟件技術(shù)實現(xiàn)控制算法適應(yīng)性的離線評價。但是，這種評價方法，無法避免信號控制算法與實際應(yīng)用之間的嚴重脫節(jié)的現(xiàn)象，仿真軟件是否具備某種典型交通流特征這一問題沒有得到足夠的關(guān)注。因此，控制算法的適應(yīng)性問題也就只是解決普遍適應(yīng)的問題，對于多種交通特征、各種交通環(huán)境下的交通信號機的使用條件和算法的有效性，不能給出客觀而量化的評價結(jié)果。因此，需要構(gòu)建適合用戶交通狀況的相對真實的交通環(huán)境和交通特征，制作相對典型而真實的模擬環(huán)境，為交通信號機控制算法的測試奠定測試環(huán)境基礎(chǔ)；
3、交通信號機性能的測試缺乏實時評價平臺、測試標準及測試設(shè)備，缺乏統(tǒng)一的認證機制和規(guī)范；交通信號機的算法功能的測試缺乏測試平臺和評測標準。目前交通信號機所具備的功能的評價主要是靠廠家的定性說明及實施后評價的方法，但是具體采用什么樣的道路特征，采用什么樣的標準進行交通信號機的功能測試，目前基本沒有統(tǒng)一的測試方法和設(shè)備。其結(jié)果就是“人云亦云”，缺乏客觀而直觀的評測結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，通過提供一種交通信號機控制策略綜合性能有效性測試方法，開發(fā)交通信號機控制策略有效性評價的系統(tǒng)平臺，用于交通信號機控制策略對于路口控制效果的評價，實現(xiàn)交通信號機性能檢測。交通信號機控制策略綜合性能有效性測試方法，利用由VISS頂微觀交通仿真軟件構(gòu)成的虛擬交通測試環(huán)境和與交通信號機通信的信號轉(zhuǎn)換設(shè)備，按照如下步驟進行 步驟I :構(gòu)建典型虛擬路口交通環(huán)境步驟I. I :調(diào)查實際路口環(huán)境特征，包括結(jié)構(gòu)、尺寸、車道數(shù)、車輛組成、交通流流向及交通量、信號燈相位數(shù)及相序；步驟I. 2 :運用VISSM微觀交通仿真軟件，基于所述調(diào)查的實際路口特征，搭建與實際路口特征一致的虛擬路口環(huán)境，在路口入口處放置虛擬檢測器與信號燈；步驟2 :交通信號機控制虛擬路口信號燈將交通信號機與具有虛擬路口交通環(huán)境的PC機通過RS232串口連接，基于交通信號機的通訊協(xié)議，所述PC機實時獲取信號控制信息；基于所述VISSM微觀交通仿真軟件COM接口技術(shù)，修改所述虛擬路口中的信號燈狀態(tài)與交通信號機信號控制信息一致，交通信號機中的信號控制信息每改變一次，相應(yīng)的對虛擬路口信號燈改變一次，將所述交通信號機的燈態(tài)信息與虛擬路口中的信號燈同步，實現(xiàn)交通信號機控制虛擬路口中的虛擬信號燈；步驟3 :虛擬路口交通量信息反饋回交通信號機步驟3. I :通過虛擬路口中放置的虛擬檢測器獲得虛擬交通量信息，基于所述的COM接口技術(shù)輸出該信息；步驟3. 2 :基于單片機技術(shù)開發(fā)信號轉(zhuǎn)換設(shè)備，通過RS232串口通訊接收步驟3. I中所述的虛擬交通量信息，根據(jù)此信息在單片機輸出端口對應(yīng)輸出數(shù)字電平信號，一個輸出端口對應(yīng)一個虛擬路口中的虛擬檢測器，每輸出一個高電平表不通過一輛車；步驟3. 3 :將步驟3. 2中所述的輸出數(shù)字電平信號通過DB37接口傳輸給交通信號機，實現(xiàn)虛擬交通量信息反饋給交通信號機；步驟4 :交通信號機控制策略的測試及評價步驟4. I :基于VISSM微觀交通仿真軟件的COM接口技術(shù)對仿真軟件中的評價功能進行評價設(shè)置，選擇評價指標，包括排隊長度、行程時間、車輛延誤、路網(wǎng)性能；步驟4. 2 :基于交通信號機的通訊協(xié)議，設(shè)置需要檢測的信號控制策略，包括定時控制策略、分時段控制策略、感應(yīng)控制策略、自適應(yīng)控制策略；步驟4. 3 :同步運行交通信號機及虛擬路口交通環(huán)境，運行結(jié)束后基于VISS頂微觀交通仿真軟件的COM接口技術(shù)讀取評價指標結(jié)果，該結(jié)果即反應(yīng)交通信號機控制策略綜合性能特征。根據(jù)上述方法可以形成一套測試交通信號機性能的系統(tǒng)交通信號機控制策略綜合性能有效性測試系統(tǒng)，由虛擬交通測試環(huán)境模塊、交通信號機與虛擬交通測試環(huán)境的信息交互模塊、控制策略有效性評估模塊組成，其中，所述虛擬交通測試環(huán)境模塊通過在PC機平臺上運行并設(shè)置VISSM交通微觀交通仿真軟件構(gòu)建，包括虛擬城市路口交通環(huán)境和虛擬測試環(huán)境，其中，虛擬城市路口交通環(huán)境通過典型路口結(jié)構(gòu)設(shè)置、車輛組成設(shè)置、交通流向及交通量設(shè)置構(gòu)成；虛擬測試環(huán)境通過信 號燈安放位置設(shè)置、檢測器安放位置設(shè)置、評價區(qū)域設(shè)置構(gòu)成；所述交通信號機與虛擬交通測試環(huán)境的信息交互模塊包括交通信號機控制信息傳輸給虛擬交通測試環(huán)境部分和將虛擬交通測試環(huán)境中虛擬檢測器信號反饋到交通信號機部分，其中前者由RS232串口實現(xiàn)連接，后者由采用單片機MC9S12XS128及其配套電路構(gòu)成的信息轉(zhuǎn)換設(shè)備，以及與虛擬交通測試環(huán)境連接的另一 RS232串口電路和與交通信號機連接的DB37接口電路構(gòu)建；所述控制策略有效性評估模塊通過在環(huán)運行虛擬交通測試環(huán)境和交通信號機，SP虛擬環(huán)境中的信號燈狀態(tài)隨著交通信號機的控制信息改變而改變來實現(xiàn)同步運行，利用VISSIM微觀交通仿真軟件具有的交通運行效果評價功能，實現(xiàn)交通信號機中的信號控制策略對于交通流狀態(tài)控制性能和效果的評價，其中，VISS頂微觀交通仿真軟件中的交通運行效果評價指標包括交叉口排隊長度、行程時間、車輛延誤、路網(wǎng)性能。所述交通信號機的信號控制策略可以是定時控制策略、分時段控制策略、感應(yīng)控制策略、自適應(yīng)控制策略。本發(fā)明是基于硬件在環(huán)仿真的思想而設(shè)計完成的。硬件在環(huán)仿真，即是硬件在回路(HIL)的仿真測試技術(shù)，其主要方式是實際控制器+虛擬對象=硬件在回路(HIL)仿真系統(tǒng)，是系統(tǒng)的另一種半實物仿真。硬件在環(huán)仿真是將部分實際被控對象或系統(tǒng)部件用高速運行的實時仿真模型來代替，而控制系統(tǒng)則用實物(即硬件)與系統(tǒng)實時仿真模型連接成為一個硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)，通過仿真試驗對控制系統(tǒng)的控制策略、控制功能及系統(tǒng)可靠性等進行測試和評價。硬件在環(huán)仿真用于控制系統(tǒng)的開發(fā)，能夠?qū)刂葡到y(tǒng)的軟、硬件進行測試和評價。本發(fā)明搭建一套可與交通信號機融合的虛擬交通系統(tǒng)，可以設(shè)置各種交通狀況，同時將當前的交通狀況反饋給交通信號機，并利用仿真軟件的輸出評價指標對交通信號機控制策略綜合性能有效性進行測試。通過此系統(tǒng)，可以在環(huán)地測試交通信號機的性能，為進一步開發(fā)交通信號機測試系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)。


圖I為實現(xiàn)本發(fā)明交通信號機控制策略綜合性能有效性測試方法的結(jié)構(gòu)圖。圖2為本發(fā)明交通信號機控制策略綜合性能有效性測試系統(tǒng)的硬件連接圖。圖3為本發(fā)明中的基于信號機通訊協(xié)議與交通信號機進行通訊控制的流程圖。圖4為本發(fā)明中基于COM技術(shù)與VISS頂進行通訊控制的流程圖。圖5為本發(fā)明中檢測器仿真設(shè)備電路圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作具體描述。本發(fā)明詣在通過利用VISSIM交通微觀仿真軟件(Vissim)構(gòu)建的虛擬交通測試環(huán)境以及VISSIM交通微觀仿真軟件本身具有的評價功能，對實際交通信號機的控制策略綜合性能有效性進行評估。如圖I所示，利用VISSIM交通微觀仿真軟件構(gòu)建的虛擬交通測試環(huán)境模塊和控制策略有效性評估模塊發(fā)送交通車輛信息給交通信號機，并接收交通信號機的信號控制信息來對交通信號機的控制策略進行評估。上述評價交通信號機控制策略綜合性能有效性的方法通過以下手段來實現(xiàn)其中關(guān)鍵技術(shù)包括虛擬交通測試環(huán)境的構(gòu)建、交通信號機與虛擬交通測試環(huán)境的信息交互技術(shù)、基于VISSIM交通微觀仿真軟件的控制策略有效性評估技術(shù)、上位機系統(tǒng)的開發(fā)技術(shù)。(一)虛擬交通測試環(huán)境的構(gòu)建發(fā)明中主要采用VISSM交通微觀仿真軟件搭建虛擬交通測試環(huán)境，通過Vissim的COM接口實現(xiàn)虛擬交通環(huán)境與外部交互連接，Vissim提供的所有模塊都包含豐富的數(shù)據(jù)對象和功能全面的屬性與函數(shù)，利用這些開放函數(shù)，通過c#編程技術(shù)對Vissim中的各個參數(shù)進行設(shè)置與控制。Vissim 中包含的主要模塊有 Network (路網(wǎng))、Traffic (交通)、IntersectionControl (交叉點)、Simulation&Test (仿真和測試)、Result (評價結(jié)果)、TriggeredScripting (觸發(fā)腳本)，不同的模塊完成不同的接口類型。本發(fā)明中，主要應(yīng)用Network、Traffic>Simulation&Test和Result模塊以及其中的對象和函數(shù)，來實現(xiàn)對Vissim路網(wǎng)、車輛組成、交通流、信號燈、虛擬檢測器、評價參數(shù)的信息交互與控制。(com技術(shù)可以實現(xiàn)運用編程語言通過調(diào)用開放的函數(shù)接口實現(xiàn)控制，本發(fā)明中，通過調(diào)用Network實現(xiàn)VISSIM交通微觀仿真軟件的運行，通過直接調(diào)用Traffic、Simulation&Test和Result函數(shù),對開放的參數(shù)進行賦值,實現(xiàn)對Vissim中的路網(wǎng)、車輛組成、交通流、信號燈、虛擬檢測器、評價參數(shù)信息的設(shè)置與控制。)(二)交通信號機與虛擬交通測試環(huán)境的信息交互技術(shù)這種交互主要包括I)交通信號機對虛擬交通測試環(huán)境中的信號燈及交通流的控制；2)虛擬交通測試環(huán)境中虛擬檢測器信號對交通信號機的控制作用。這兩方面信息交互的實現(xiàn)主要基于兩個方面的關(guān)鍵技術(shù)I)交通信號機通訊接口技術(shù)2)檢測器仿真設(shè)備下面分別就兩項關(guān)鍵技術(shù)進行說明I)交通信號機通訊接口技術(shù)本發(fā)明中此項功能的實現(xiàn)首先采用具有開放通訊協(xié)議的交通信號機，其通訊協(xié)議是實現(xiàn)交通信號機與外設(shè)通訊的一種通信數(shù)據(jù)標準。通過此協(xié)議，可以對交通信號機內(nèi)部的參數(shù)設(shè)定、方案選擇、方式認定等交通信號機信息進行讀取與設(shè)置。在本發(fā)明中，交通信號機通信協(xié)議采用RS-232C異步序列式傳輸，它能夠?qū)崿F(xiàn)交通信號機與上位機通信交互，通過協(xié)議對交通信號機進行參數(shù)設(shè)置、運行控制、實時監(jiān)控、信息讀取等。本發(fā)明中交通信號機的協(xié)議是以十六進制字符串形式發(fā)送的，發(fā)送格式為字頭+協(xié)議號+協(xié)議內(nèi)容+字尾+校驗位其中校驗位采用縱向附加核對LRC(Longitudinal Redundancy Check)方式,進行
錯誤巾貞知。在與交通信號機交互時，需遵守交通信號機握手協(xié)議規(guī)范。當接收端接收到通信指令時，應(yīng)先檢驗指令碼及參數(shù)范圍，如準確無誤則立即自動以正認知碼指令回報傳送端，如有誤則立即以負認知碼指令回報傳送端。不同內(nèi)容對應(yīng)不同的協(xié)議編號及協(xié)議格式。交通信號機通信協(xié)議的計算機實現(xiàn)就是對交通信號機通信協(xié)議進行編碼及解碼的過程。a)對于編碼，根據(jù)交通信號機協(xié)議，將待發(fā)送信息以相應(yīng)格式進行編輯，然后加上 協(xié)議字頭和字尾，并計算校驗位之后即可發(fā)送給交通信號機，發(fā)送后判斷交通信號機是否回傳正認知碼表示發(fā)送成功，否則重新發(fā)送。b)對于解碼，根據(jù)交通信號機協(xié)議，在計算機或者設(shè)備串口接收信息后應(yīng)先通過協(xié)議字頭找到信息起始位，再根據(jù)協(xié)議號判斷協(xié)議的內(nèi)容，然后根據(jù)協(xié)議號所定義的協(xié)議格式讀取信息內(nèi)容，若讀取成功，則向交通信號機發(fā)送正認知碼表示接收成功，否則等待下一次接收。基于交通信號機通訊協(xié)議，將提取的交通信號機控制狀態(tài)和控制策略打包傳輸給虛擬交通測試環(huán)境，進而實現(xiàn)交通信號機控制虛擬交通測試環(huán)境中的信號燈和交通流的功倉泛。2)構(gòu)建檢測器仿真設(shè)備虛擬交通測試環(huán)境中的虛擬檢測器信號屬于虛擬信號，而交通信號機所接受識別的檢測信號為數(shù)字電平信號。因此，從虛擬交通測試環(huán)境中輸出的虛擬檢測器信號無法控制和驅(qū)動交通信號機。因此，需要檢測器仿真設(shè)備，其主要任務(wù)是將虛擬交通測試環(huán)境中的虛擬檢測器信息用于控制交通信號機，促發(fā)交通信號機中感應(yīng)控制等反饋控制策略。本發(fā)明中采用單片機搭建硬件電路，實現(xiàn)數(shù)字量的電平轉(zhuǎn)換，進而驅(qū)動控制交通信號機。本發(fā)明中選擇單片機MC9S12XS128進行邏輯控制，控制邏輯是只要車輛在線圈上停留，電路一直導通；車輛一旦離開，電路斷開。設(shè)計中加入USB轉(zhuǎn)串口模塊，使單片機與電腦實施類串口通信。為保證交通信號機能正確接收電平信號，仿真設(shè)備搭建硬件電平轉(zhuǎn)換電路，電平轉(zhuǎn)換模塊由16個三極管完成獨立的16路電路通斷，從而仿真16路車輛虛擬檢測器線圈。控制邏輯是只要某路線圈上有車停留時，單片機會給相應(yīng)端口發(fā)出高電平，使三極管導通，從而使交通信號機電路一直導通，交通信號機判別有車；車輛一旦離開，單片機相應(yīng)端口輸出低電平，三極管不導通，交通信號機電路斷開，交通信號機判別無車。基于以上控制邏輯，完成了虛擬交通測試環(huán)境中車輛虛擬檢測器信號的電平輸出。(三)基于Vissim微觀交通仿真軟件的控制策略有效性評估技術(shù)在實現(xiàn)虛擬交通測試環(huán)境搭建及交通信號機與虛擬交通測試環(huán)境間的信息交互的基礎(chǔ)上，通過實現(xiàn)交通信號機與虛擬交通測試環(huán)境的同步操作，利用虛擬交通測試環(huán)境中的諸多的控制策略有效性評價指標(交叉口車輛延誤、排隊長度、路網(wǎng)性能、行程時間等)，評估交通信號機控制策略的有效性。本發(fā)明中，首先完成交通信號機對于Vissim仿真環(huán)境的實時同步控制，然后利用Vissim-COM接口控制技術(shù)，采用高速單步運行與燈態(tài)控制相結(jié)合的方式實現(xiàn)交通信號機對虛擬交通環(huán)境的同步實時控制，進而實現(xiàn)虛擬交通測試環(huán)境中的信號狀態(tài)和交通信號機輸出的燈態(tài)之間的同步效果，從而利用仿真軟件的策略效果評價指標實現(xiàn)交通信號機控制策略的有效性評價。Vissim本身具有評價功能，當選定評價區(qū)域后，仿真軟件根據(jù)區(qū)域內(nèi)運行車輛的運行速度，停車時間，停車造成的排隊長度，車輛運行時間等參數(shù)，得到評價區(qū)域內(nèi)的交通運行評價指標結(jié)果。本系統(tǒng)中，所選定的評價區(qū)域為整個路口，而路口車輛運行情況主要是受交通信號機控制的，因此，得到的交通運行評價指標即可反映交通信號機控制策略的控制效果，即實現(xiàn)對其性能的檢測評估。上述的交叉口車輛延誤、排隊長度、路網(wǎng)性能、行程時間具體為排隊長度包括在不同時段，路口四個入口方向的車輛在一定時間間隔中的平均排隊長度[m]，最大排隊長度[m]，排隊車輛中的停車次數(shù)。在路口的四個入口方向道路上，均放置有Vissim專屬排隊計數(shù)器，排隊長度的檢測是基于各個計數(shù)器實現(xiàn)。行程時間路口有四個入口，每個入口的車輛行駛方向分為左轉(zhuǎn)、直行、右 轉(zhuǎn)，則總的車輛行駛方向共有12個，檢測到的行程時間對應(yīng)分為12個。在路口的四個方向道路上距離交叉口 200米處放置VISSIM專屬的行程時間檢測器，12個方向的行程時間即每輛車在兩個行程時間檢測器通過時的時間差。交叉口車輛延誤對應(yīng)于12個方向的行程時間，共得到12個方向的車輛平均延誤時間。延誤時間的檢測，即VISSM首先計算在期望車速下車輛通過行程時間檢測器之間的期望時間，與實際的車輛行程時間做差，即車輛延誤。路網(wǎng)性能路網(wǎng)性能是綜合評價路口及周邊道路中車輛運行的整體性能，包括車輛的總體停車延誤[h]、全部車輛停車次數(shù)、全部車輛車均停車次數(shù)、全部車輛車均停車延誤[S]、全部車輛車均延誤[S]、全部車輛平均車速[公里/小時]，、全部車輛總延誤時間[h]等。(四)上位機控制操作平臺的開發(fā)技術(shù)為了實施發(fā)明中所提及的交通信號機控制策略效果評價，便于用戶操作控制及參數(shù)設(shè)置，實現(xiàn)發(fā)明中各功能模塊間的參數(shù)設(shè)置與功能選擇，本發(fā)明提供了上位機控制操作
T D O本發(fā)明中上位機控制操作平臺基于C#環(huán)境開發(fā)，充分考慮各項實際需求，便于人員操作使用，實現(xiàn)功能的模塊化、流程化、步驟化設(shè)計，各個功能均實現(xiàn)獨立模塊設(shè)置，同時具有操作流程提示功能。整體設(shè)計基于Vissim-com外部接口技術(shù)，一方面可以設(shè)定虛擬交通測試環(huán)境中的仿真參數(shù)，另一方面也可以設(shè)置交通信號機的各種參數(shù)和實施方案選擇。在實現(xiàn)過程中采用多線程并發(fā)技術(shù)，操作平臺可以同時完成與交通信號機及Vissim的參數(shù)傳遞。按照上述實現(xiàn)方式形成了交通信號機控制策略綜合性能有效性測試系統(tǒng)本發(fā)明中的硬件系統(tǒng)如圖2所示，包括PC機、信息轉(zhuǎn)換設(shè)備，以及需要測試的交通信號機。其中，PC機與信息轉(zhuǎn)換設(shè)備通過RS232串口連接，信息轉(zhuǎn)換電路與交通信號機通過DB37接口連接，交通信號機與PC機通過RS232串口連接。這里，PC機內(nèi)安裝VISSM交通微觀仿真軟件，結(jié)合人機交互界面(上位機控制操作平臺)，構(gòu)成虛擬交通測試環(huán)境模塊和控制策略有效性評估模塊，通過人機交互界面對在環(huán)測試系統(tǒng)進行設(shè)置和操控。其中，所述虛擬交通測試環(huán)境模塊利用VISSIM交通微觀仿真軟件產(chǎn)生虛擬城市路口交通環(huán)境和虛擬測試環(huán)境，虛擬城市路口交通環(huán)境通過典型路口結(jié)構(gòu)設(shè)置、車輛組成設(shè)置、交通流向及交通量設(shè)置構(gòu)成；虛擬測試環(huán)境通過信號燈類型和安放位置設(shè)置、虛擬檢測器安放位置設(shè)置、評價區(qū)域設(shè)置構(gòu)成。所述控制策略有效性評估模塊通過在環(huán)運行虛擬交通測試環(huán)境和交通信號機，即虛擬環(huán)境中的信號燈狀態(tài)隨著交通信號機的控制信息改變而改變來實現(xiàn)同步運行(如圖3)，并使交通信號機的信號燈狀態(tài)輸出同步于虛擬交通測試環(huán)境中的信號燈組(如圖4)，利用VISS頂微觀交通仿真軟件具有的交通運行效果評價功能，實現(xiàn)交通信號機中的信號控制策略對于交通流狀態(tài)控制性能和效果的評價，其中，VISSM微觀交通仿真軟件中的交通運行效果評價功能包括交叉口排隊長度、行程時間、車輛延誤、路網(wǎng)性能。信息轉(zhuǎn)換設(shè)備采用單片機MC9S12XS128及其配套電路構(gòu)建了檢測器仿真設(shè)備，其電路圖如圖5所示。檢測器仿真設(shè)備采用RS232串口與PC機連接，由于目前PC機普遍采用USB串口，本發(fā)明還設(shè)置有USB接口與RS232串口轉(zhuǎn)換電路。由于目前交通信號機普遍采用DB37接口，本發(fā)明還設(shè)置有與DB37接口連接的電平轉(zhuǎn)換模塊。對于被測試的交通信號機，根據(jù)不同的型號具有不同的配時方案和控制方案，一 般來說交通信號機都包括定時控制策略、分時段控制策略、感應(yīng)控制策略、自適應(yīng)控制策略。下面給出測試交通信號機BHS-2000C的應(yīng)用實例I、路口環(huán)境形式選擇南北方向雙向八車道，東西方向雙向八車道的十字交叉口為路口基本形式，各個方向入口均為左轉(zhuǎn)專用道一條，直行車道兩條，右轉(zhuǎn)車道一條。在路口各個入口處放置檢測器。各個方向均放置信號燈，信號燈控制為四相位。2、各方向車流量設(shè)置為在3600秒內(nèi)，南北各進口道通過1800輛車。其中左轉(zhuǎn)車輛500輛，直行車輛800輛，右轉(zhuǎn)車輛500輛。東西各進口道通過1800輛。左轉(zhuǎn)500輛，直行800輛，右轉(zhuǎn)500輛。車輛組成為小型車、中型車、大型車比例設(shè)置為7:2:1。3、測試對象在此路口環(huán)境下，測試信號機兩套控制策略的控制性能，對比兩者控制效果。測試時間為3600秒。4、信號機與仿真測試環(huán)境同步運行啟動信號機分別運行信號機內(nèi)部已經(jīng)具有的控制策略一(如定時控制)、控制策略二 (如定時控制+感應(yīng)控制)(控制策略是信號機內(nèi)部的，也可以并不清楚控制策略類型，只是實現(xiàn)對某一策略的評)，連接所述評價系統(tǒng)，設(shè)定信號機及與仿真測試環(huán)境同步運行，測試環(huán)境中的信號燈與信號機的信號燈態(tài)一致，分別運行測試3600秒。5、得出評價在運行過程中，VISSM微觀交通仿真軟件根據(jù)測試得到車輛運行情況，得到虛擬路口中車輛運行的情況，并給出評價結(jié)果。簡要評價結(jié)果分別如下，控制策略一(定時控制)排隊長度東入口平均99m;最大214m;西入口平均125m;最大253m;南入口平均87m;最大223m;北入口平均121m;最大241m;行程時間東西南北四個入口方向的車輛分別左轉(zhuǎn)、直行、右轉(zhuǎn)的平均行程時間依次為(S)43. 2,22. 6,9. 1,41. 5,36. 6,10. 4,43. 4,30. 5,9. 3,48. 9,29. 0,9. 8交叉口車輛延誤東西南北四個入口方向的車輛分別左轉(zhuǎn)、直行、右轉(zhuǎn)的平均延誤時間依次為(S)34. 5、15· 7、0、33· 9、18· 2、2· 3、35· 5、23· 5、2、36· 1、20· 9、4· 2路網(wǎng)性能車輛的總體停車延誤[h] : I. 999; 全部車輛停車次數(shù)200;全部車輛車均停車次數(shù)0. 568全部車輛車均停車延誤[s] :20· 443;全部車輛車均延誤[s]:21. 151;全部車輛平均車速[公里/小時]:21· 193;全部車輛總延誤時間[h] :2.655;控制策略二 (定時控制+感應(yīng)控制)排隊長度東入口平均80m;最大144m;西入口平均57m;最大117m;南入口平均52m;最大128m;北入口平均95m;最大186m;行程時間東西南北四個入口方向的車輛分別左轉(zhuǎn)、直行、右轉(zhuǎn)的平均行程時間依次為(S)33. 2,30. 6,9. 1,47. 5,35. 6,10. 4,36. 4,28. 5,11. 3,39. 6,45. 0,11. 8交叉口車輛延誤東西南北四個入口方向的車輛分別左轉(zhuǎn)、直行、右轉(zhuǎn)的平均延誤時間依次為(S)26. 5,22. 3,0. 1,38. 8,28. 1,4. 7,27. 4,19. 4,3. 4,29. 9,35. 8,5. 2路網(wǎng)性能車輛的總體停車延誤[h] : I. 628;全部車輛停車次數(shù)175;全部車輛車均停車次數(shù)O. 426全部車輛車均停車延誤[s] :17. 573;全部車輛車均延誤[s] : 18. 341;全部車輛平均車速[公里/小時]:21· 457;全部車輛總延誤時間[h] :2. 268;所得路口交通運行評價參數(shù)，可用于控制策略控制效果的評估，即實現(xiàn)對信號機控制策略有效性的評價，根據(jù)以上評價結(jié)果，其應(yīng)用為I、控制策略比選可通過對比兩套控制策略對同樣的交叉口控制效果，選擇較好的控制策略來使用；同理，若有多個控制策略，可以選出最佳策略。從以上兩套策略控制效果上比較，控制策略二相對好于控制策略一。2、從評價結(jié)果本身可估計控制策略控制交叉口的效果，能夠直接評估控制策略本身是否適合于相應(yīng)交叉口，同時有助于預測實際道路運行情況。3、在交通信號機 運行過程中，檢測交通信號機運行穩(wěn)定性。
權(quán)利要求
1.交通信號機控制策略綜合性能有效性測試系統(tǒng)，由虛擬交通測試環(huán)境模塊、交通信號機與虛擬交通測試環(huán)境的信息交互模塊、控制策略有效性評估模塊組成，其特征在于 所述虛擬交通測試環(huán)境模塊通過在PC機平臺上運行并設(shè)置VISSM交通微觀交通仿真軟件構(gòu)建，包括虛擬城市路口交通環(huán)境和虛擬測試環(huán)境，其中，虛擬城市路口交通環(huán)境通過典型路口結(jié)構(gòu)設(shè)置、車輛組成設(shè)置、交通流向及交通量設(shè)置構(gòu)成；虛擬測試環(huán)境通過信號燈安放位置設(shè)置、檢測器安放位置設(shè)置、評價區(qū)域設(shè)置構(gòu)成； 所述交通信號機與虛擬交通測試環(huán)境的信息交互模塊包括交通信號機控制信息傳輸給虛擬交通測試環(huán)境部分和將虛擬交通測試環(huán)境中虛擬檢測器信號反饋到交通信號機部分，其中前者由RS232串口實現(xiàn)連接，后者由采用單片機MC9S12XS128及其配套電路構(gòu)成的信息轉(zhuǎn)換設(shè)備，以及與虛擬交通測試環(huán)境連接的另一 RS232串口電路和與交通信號機連接的DB37接口電路構(gòu)建； 所述控制策略有效性評估模塊通過在環(huán)運行虛擬交通測試環(huán)境和交通信號機，即虛擬環(huán)境中的信號燈狀態(tài)隨著交通信號機的控制信息改變而改變來實現(xiàn)同步運行，利用VISSIM微觀交通仿真軟件具有的交通運行效果評價功能，實現(xiàn)交通信號機中的信號控制策略對于交通流狀態(tài)控制性能和效果的評價，其中，VISSIM微觀交通仿真軟件中的交通運行效果評價指標包括交叉口排隊長度、行程時間、車輛延誤、路網(wǎng)性能。
2.如權(quán)利要求I所述的交通信號機控制策略綜合性能有效性測試系統(tǒng)，其特征在于所述交通信號機的信號控制策略可以是定時控制策略、分時段控制策略、感應(yīng)控制策略、自適應(yīng)控制策略。
3.交通信號機控制策略綜合性能有效性測試方法，利用由VISSIM微觀交通仿真軟件構(gòu)成的虛擬交通測試環(huán)境和與交通信號機通信的信號轉(zhuǎn)換設(shè)備，按照如下步驟進行 步驟I:構(gòu)建典型虛擬路口交通環(huán)境 步驟I. I :調(diào)查實際路口環(huán)境特征，包括結(jié)構(gòu)、尺寸、車道數(shù)、車輛組成、交通流流向及交通量、信號燈相位數(shù)及相序； 步驟I. 2 :運用VISS頂微觀交通仿真軟件，基于所述調(diào)查的實際路口特征，搭建與實際路口特征一致的虛擬路口環(huán)境，在路口入口處放置虛擬檢測器與信號燈； 步驟2 :交通信號機控制虛擬路口信號燈 將交通信號機與具有虛擬路口交通環(huán)境的PC機通過RS232串口連接，基于交通信號機的通訊協(xié)議，所述PC機實時獲取信號控制信息；基于所述VISSM微觀交通仿真軟件COM接口技術(shù)，修改所述虛擬路口中的信號燈狀態(tài)與交通信號機信號控制信息一致，交通信號機中的信號控制信息每改變一次，相應(yīng)的對虛擬路口信號燈改變一次，將所述交通信號機的燈態(tài)信息與虛擬路口中的信號燈同步，實現(xiàn)交通信號機控制虛擬路口中的虛擬信號燈； 步驟3 :虛擬路口交通量信息反饋回交通信號機 步驟3. I :通過虛擬路口中放置的虛擬檢測器獲得虛擬交通量信息，基于所述的COM接口技術(shù)輸出該信息； 步驟3. 2 :基于單片機技術(shù)開發(fā)信號轉(zhuǎn)換設(shè)備，通過RS232串口通訊接收步驟3. I中所述的虛擬交通量信息，根據(jù)此信息在單片機輸出端口對應(yīng)輸出數(shù)字電平信號，一個輸出端口對應(yīng)一個虛擬路口中的虛擬檢測器，每輸出一個高電平表不通過一輛車； 步驟3. 3 :將步驟3. 2中所述的輸出數(shù)字電平信號通過DB37接口傳輸給交通信號機，實現(xiàn)虛擬交通量信息反饋給交通信號機； 步驟4 :交通信號機控制策略的測試及評價 步驟4. I :基于VISSIM微觀交通仿真軟件的COM接口技術(shù)對仿真軟件中的評價功能進行評價設(shè)置，選擇評價指標，包括排隊長度、行程時間、車輛延誤、路網(wǎng)性能； 步驟4. 2 :基于交通信號機的通訊協(xié)議，設(shè)置需要檢測的信號控制策略，包括定時控制策略、 分時段控制策略、感應(yīng)控制策略、自適應(yīng)控制策略； 步驟4. 3 :同步運行交通信號機及虛擬路口交通環(huán)境，運行結(jié)束后基于VISSM微觀交通仿真軟件的COM接口技術(shù)讀取評價指標結(jié)果，該結(jié)果即反應(yīng)交通信號機控制策略綜合性能特征。
全文摘要
交通信號機控制策略綜合性能有效性測試系統(tǒng)及方法，涉及交通信號機的綜合運行性能及控制策略的測試和評價，對信號機控制策略的有效性進行評估，屬于交通信息信號控制領(lǐng)域。本發(fā)明運用微觀交通仿真軟件VISSIM建立虛擬路口交通環(huán)境，與實際的交通信號機進行信息交互，實現(xiàn)信號機輸出信號控制虛擬路口交通環(huán)境中的交通運行，同時，虛擬路口交通環(huán)境中返回交通車輛檢測信息給交通信號機。通過交通信號機與虛擬路口交通環(huán)境的同步運行，基于微觀交通仿真軟件VISSIM的交通運行評價功能，實現(xiàn)對虛擬路口的交通運行情況的評價，其交通運行情況是交通信號機所控制的結(jié)果，即實現(xiàn)對交通信號機控制策略綜合性能有效性的測試和評價。
文檔編號G06F17/50GK102915636SQ20121040270
公開日2013年2月6日 申請日期2012年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月19日
發(fā)明者趙曉華, 榮建, 張金喜, 張興儉, 袁榮亮, 袁野, 尹海真, 劉思彤 申請人:北京工業(yè)大學