基于SCATS的交通仿真平台信号控制方案自动生成技术研究

总第２７９期　２０１６年第６期　交通科技　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｓｅｒｉａ１　ＮＯ．２７９　ＮＯ．６　Ｄｅｃ．２Ｏ１６　基于ＳＣＡＴＳ的交通仿真平台信号　控制方案自动生成技术研究＊　郑淑鉴　佘文晟　熊文华　（广州市交通规划研究院广州　５１００３０）　摘要传统的城市交通仿真平台的信号控制方案是人工进行输入与设置，效率低且不利于与信　号控制系统方案的同步更新。以ＳＣＡＴＳ系统和Ｔｒａｎｓｍｏｄｅｌｅｒ仿真软件为对象研究信号控制系统　方案自动转化为仿真平台方案的方法。通过路口映射建立信号系统与仿真平台的路口配对，分别　解析ＳＣＡＴＳ和Ｔｒａｎｓｍｏｄｅｌｅｒ的信号控制文件编码格式，通过编写程序将ＳＣＡＴＳ对应的信号控　制方案转化为仿真平台的信号控制文件。经实践证明，该方法能快速便捷地在仿真平台中实现　ＳＣＡＴＳ系统的信号配时，使仿真平台与信号控制系统之间得以衔接。　关键词　交通仿真信号控制　路口映射方案生成　目前，国内主要城市均建立了自己的城市交　通仿真平台（如北京、上海、深圳等）［ｉ－３３，用于交通　影响评价、容量分析、政策辅助决策等。平台一般　采用的是宏观模型，但宏观模型不考虑交叉口的　信号控制，精细度不足，难以反映路段及交叉口的　交通运作情况。而小范围的路网可以采用微观模　型精细化仿真。王旭、杨宇、陈亚平等　分别对　城市及高速公路路段进行微观仿真，但针对一个　城市，由于路网大、车辆多等多方面的因素无法用　微观模型模拟；中观模型分析精度较宏观模型有　所提高，且考虑了交叉口的信号控制方案，是城市　交通仿真平台的较好选择ｌｌ８］。　般大中型城市的信号控制交叉口较多，在　建立了交通仿真平台后，大量的交叉口信号控制　方案的设置及后续配时数据的更新将成为仿真平　台应用的瓶颈，如何建立仿真平台与城市现有信　号控制系统的数据对接技术亟待解决。本文以广　州为例，研究基于ＳＣＡＴＳ系统的仿真平台的信　号控制方案自动生成技术，其中仿真平台基于　Ｔｒａｎｓｍｏｄｅｌｅｒ仿真软件构建。　一是每个车道在哪个相位放行。ＳＣＡＴＳ系统中通　过对进口道、车道及车道功能逐层定义编码，在每　个相位中对车道进行编组即实现了相位的定义，　在Ｔｒａｎｓｍｏｄｅｌｅｒ中采用分层依附和归属的关系　定义相位，两者有相似之处但结构完全不同。其　中，Ｔｒａｎｓｍｏｄｅｌｅｒ是基于地理信息系统的原理搭　建，其能精确地还原实际路口、路段及车道等数　据；而Ｓｃａｔｓ路网是基于节点（路口）拓扑结构的　原理搭建，路口信息较为详细（进口道方向可能存　在偏差，例如，很多进口道的方向简化为正东、正　南等，与实际相差较大），但路段信息缺失较为严　重，匹配两者难度较大。因此，研究的关键技术是　将ＳＣＡＴＳ交叉口的物理结构与Ｔｒａｎｓｍｏｄｅｌｅｒ模　型中的交叉口结构进行匹配，进一步生成仿真平台　中的交叉口控制相位，具体的研究路线见图１。　导入仿真平台与ＳＣＡＴＳ交叉口对应关系　分别读取仿真平台与ＳＣＡＴＳ交叉口数据　１信号控制方案自动生成技术研究路线　完全匹配　交通信号控制方案包括相位、相序、周期、绿　信比和相位差５个方面的内容，其中相序、周期、　绿信比和相位差４个方面均可以数据化表示，仿　真平台与控制系统之间只需要对应的数据传递即　可，而相位涉及到各个车流转向的放行，明确地说　住房和城乡建设部软科学研究项目（２０１５一Ｋ８一ｏ５２）资助　收稿日期：２０１６－０８—３１　、跨　读取ＳＣＡＴＳ信号配时方案　生成仿真平台信号配时文件（ｔｎｓ文件）　ｉ将ｔｍｓ文件导入到仿真平台　图１　信号控制方案自动生成技术研究路线　１３８　郑淑鉴等：基于ＳＣＡＴＳ的交通仿真平台信号控制方案自动生成技术研究　２Ｏｌ６年第６期　（１）基于仿真平台和ＳＣＡＴＳ系统的路口ＩＤ　构建对应交叉口的映射关系文件。　（２）分别读取仿真平台与ＳＣＡＴＳ系统对应　交叉口的物理结构数据，包括交叉口的角度、进口　道数、车道数及转向功能等。　（３）将仿真平台与ＳＣＡＴＳ系统的对应交叉　口的信息进行自动匹配，当完全匹配时进行下一　步工作，否则用不同的颜色显示不匹配的进口道　或转向，手动修改不匹配的信息直到交叉口的信　息全部匹配完成。　（４）读取ＳＣＡＴＳ系统相应交叉口的信号控　制方案。　（５）将ＳＣＡＴＳ信号控制方案转化成　Ｔｒａｎｓｍｏｄｅｌｅｒ的信号配时文件格式，并保存成　ｔｍｓ文件。　（６）将ｔｍｓ文件导入到仿真平台中，完成仿　真平台的交叉口信号控制设置。　２信号控制方案自动生成技术研究　基于上述的技术流程，ＳＣＡＴＳ信号控制方案　转化为仿真平台控制方案的技术实现过程如下。　２．１路口映射　建立一个文本文件，记录ＳＣＡＴＳ系统中路　口的编号以及仿真平台中对应的交叉口的编号，　编号间用“，”分隔，每一行代表一个交叉口的信　息。该文本文件可以通过编程读取识别，如图２　所示，某交叉口在仿真平台中的编号为２６８５、在　ＳＣＡＴＳ系统中的编号为５００３，两者在同一行显　示，见图２。　图２　ＳＣＡＴＳ与Ｔｒａｎｓｍｏｄｅｌｅｒ交叉口映射关系　２．２　ＳＣＡＴＳ路口结构读取　为了能将ｓｃＡＴＳ系统的相位转化为仿真平　台的信号控制相位，有必要分析交叉口的物理结　构，以进一步明确各个车道在哪个相位放行。　ＳＣＡＴＳ系统中的交叉口结构储存在ＳＣＭＳ．ｍｄｂ　文件中的Ｐｃｉｎｔｇｒ｛表，按照交叉口的实体关系，构　建方法类识别二进制数据，其中以ＢａｓｅＭｅｔｈｏｄ　（基本方法类，提供通用的解码方法）为基础，建立　了Ｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎ，Ａｒｍ，Ｌａｎｅｓ，Ｌａｎｅ　４个类，进而识　别路口的结构。　２．３　Ｔｒａｎｓｍｏｄｅｌｅｒ仿真模型数据读取　Ｔｒａｎｓｍｏｄｅｌｅｒ中交叉口的数据涉及到Ｎｏｄｅ　（路口）、Ｌｉｎｋ（干线）、Ｓｅｇｍｅｎｔ（路段）、Ｌａｎｅ（车　道）、Ｌａｎｅ　Ｃｏｎｎｅｃｔｏｒ（转向）等５个层的数据，见　图３，各个层有隶属、数据也有所关联，这些数据　保存在仿真数据文件中，可转化为ＣＳＶ文件直接　读取识别，通过数据的关联可以了解到整个交叉　口的拓扑关系。　一ｌ　ｒ［二巫　亘］卜圈　一匮癌　一ｌ由　图３　Ｔｒａｎｓｍｏｄｅｌｅｒ中交叉口的数据关联性　２．４路口结构信息匹配　通过交叉Ｅｌ的编号映射，可以将ＳＣＡＴＳ与　仿真平台的交叉口一一对应，再通过两者物理结　构的解析，可以将进口道及车道一一匹配。大部　分的交叉口可以正确匹配，但在一些特殊情况下，　如ＳＣＡＴＳ中进口道（Ａｒｍ）的角度与Ｔｒａｎｓｍｏｄ—　ｅｌｅｒ中进口道（Ｌｉｎｋ）的角度有偏差、ＳＣＡＴＳ系统　“一机两岗”路Ｅｌ、两者车道功能不同等，都会导致　匹配出错，无法得到正确的相位图方案。因此，在　匹配的过程中，应对匹配出错的信息进行告警，告　警的类型见表１，并允许对这些出错的进口道或　车道进行人工匹配。　表１　软件中各种颜色的错误级别及处理建议等　４级　一般　不　转向不匹配、Ｓｃａ拈自身数据建议核查　５级　提示信息坊嚣某个路段／信号设置为无信号建议核查　２．５生成相位及相位时间　在路口的物理结构匹配完成后，可以将　ＳＣＡＴＳ的相位数据按照Ｔｒａｎｓｍｏｄｅｌｅｒ的格式生　成相位，各相位的时间直接读取ＳＣＡＴＳ中保存　的ＳＭ文件即可。由于ＳＣＡＴＳ系统为自适应选　择系统，各个周期的配时数据均有所不同，而仿真　平台采用固定配时，只需要一套配时方案，因此，　在读取一定时间段的配时数据后，对该时间段的　数据进行排序，并采用８Ｏ　位的数据作为仿真平　台的数据输出。　２０１６年第６期　郑淑鉴等：基于ＳＣＡＴＳ的交通仿真平台信号控制方案自动生成技术研究　１３９　３技术实现　软件的数据壁垒，能读取识别两者的数据格式并　相互转化，纵观现有的软件仍没有相关的可以实　基于上述的研究分析，采用Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ　Ｃ＃　现该功能。由于该软件是基于ＳＣＡＴＳ和　２０１０进行开发“ＳＣＡＴＳ信号控制方案转化软　ＴｒａｎｓＭｏｄｅｌｅｒ的数据格式开发，因此仅适用于这　件”，软件共包括３个核心模块，分别为数据读取　两个系统，但该技术方法可以为其他城市交通仿　模块、数据匹配模块和数据输出模块。　真平台的信号控制方案提供研究方法和研究思　（１）数据读取模块。①读取Ｓｃａｔｓ路口数据、　相位数据、配时数据等内容；②读取Ｔｒａｎｓｍｏｄｅｌ—　路，具有重大的应用前景和研究意义。　ｅｒ路口、路段、分段、车道等数据。　（２）数据匹配模块。将Ｓｃａｔｓ数据与　参考文献　Ｔｒａｎｓｍｏｄｅｌｅｒ数据进行匹配，且带有数据检验功　能，对偏差大、不匹配的数据进行提醒和修改，确　Ｅｌ－Ｉ　李春艳，陈金ＪＩｌ，郭继孚，等．北京奥运城市交通仿　保匹配无错误。　真平台及应用ＥＪ］．城市交通，２００８（５）：６９～７３．　（３）数据输出模块。根据匹配数据计算　［２－　１关志超，林群，文锦添，等．深圳“城市交通仿真与公　Ｔｒａｎｓｍｏｄｅｌｅｒ的信号方案，并按ｔｍｓ文件的格式　用信息平台”设计与实践Ｉ－Ｊ］．中山大学学报（自然科　输出。　学版），２００５，４４（增刊２）：１７８—１８３．　根据以上３大模块，编写生成ＳＣＡＴＳ信号　Ｅ３－］　陆锡明，陈必壮，董志国．上海综合交通模型体系构　想及成果ｊ－ｊ－］．城市交通，２００８（１）：１３—１８．　控制方案转化软件，软件界面主要包括菜单栏、路　口对应编辑框、Ｔｒａｎｓｍｏｄｅｌｅｒ数据显示框、Ｓｃａｔｓ　Ｉ－４］　王旭，邱红胜，黎昌军，等．基于ＶＩＳＳＩＭ的城市施工　数据显示框、错误提醒框几个部分。　路段堵塞对策研究［Ｊ］．交通科技，２００９（４）：１１４—　１ｌ６．　４结论　［５］　陈丹，高孝洪．城市区域交通信号智能控制及其微　观仿真研究［Ｊ］．武汉理工大学学报（交通科学与工　随着计算机技术的发展，交通仿真成为了交　程版），２００９，３３（６）：１１５１－１１５２．　通规划、管理和控制最科学、有效的评估方法。交　Ｅ６１　杨宇，宋淑丽．基于仿真冲突的高速公路交通事件　叉口信号控制仿真是城市精细化仿真的关键，但　限速值研究ｆＪ］．交通科技，２０１０（５）：８４—８７．　由于信号控制点多、方案复杂、更新速度快，单独　Ｅ７３　陈亚平，李殉辉．可变车道在乌鲁木齐市西山路的　采用人工设置方法并不能有效辅助决策。本文实　应用研究［Ｊ］．交通科技，２０１５（４）：１４７—１５０．　现了将ＳＣＡＴＳ控制系统的方案转化为Ｔｒａｎｓｍ－　Ｉ－８］　韦栋，郑淑鉴，余文晟．基于Ｔｒａｎｓｍｏｄｅｌｅｒ的中观仿　ｏｄｅｌｅｒ仿真平台配时方案的方法，并开发成软件　真模型研究与应用［Ｊ］．交通科技与经济，２０１５（２）：　５Ｏ一５５．　包，该软件突破了ＳＣＡＴＳ系统和Ｔｒａｎｓｍｏｄｅｌｅｒ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｓｃｈｅｍｅ　ｆｏｒ　Ｔｒａｆｆｉｃ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　Ｐｌａｔｆｏｒｍ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＳＣＡＴＳ　ＺＨＥＮＧ　Ｓｈｕｊｉａｎ，ＳＨＥ　Ｗｅｎｓｈｅｎｇ，ＸＩＯＮＧ　Ｗｅｎｈｕａ　（Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ　Ｐｌａｎｎｉｎｇ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　５１００３０，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｓｉｇｎａｌ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｃｈｅｍｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｔｒａｆｆｉｃ　ｓｉｇｎａｌ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｐｌａｔｆｏｒｍ　ｉｓ　ｍａｎｕａｌｌｙ　ｉｎｐｕｔ　ａｎｄ　ｓｅｔ．　Ｔｈｉｓ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｓ　１ＯＷ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ａｎｄ　ｎｏｔ　ｃｏｎｄｕｃｉｖｅ　ｔＯ　ｕｐｄａｔｅ　ｔｈｅ　ｓｃｈｅｍｅ．Ｔｈｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｓｉｇｎａｌ　ｃｏｎ—　ｔｒｏ１　ｓｙｓｔｅｍ　Ｓ　ｓｃｈｅｍｅ　ａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙ　ｔｒａｎｓｆｅｒｒｉｎｇ　ｔＯ　ｔｈｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｐｌａｔｆｏｒｍ　Ｓ　ｓｃｈｅｍｅ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ＳＣＡＴＳ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　Ｔｒａｎｓｍｏｄｅｌｅｒ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｉｓ　ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ．Ｆｉｒｓｔ，ｔｈｅ　ｐａｉｒｅｄ　ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｓｉｇｎａｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｐｌａｔｆｏｒｍ　ｉｓ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ，ｔｈｅｎ　ｔｈｅ　ｓｉｇｎａｌ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｅｎｃｏｄｉｎｇ　ｆｏｒｍａｔ　ｉｎ　ＳＣＡＴＳ　ａｎｄ　Ｔｒａｎｓｍｏｄｅｌｅｒ　ｉＳ　ｍａｓｔｅｒｅｄ，ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ　ｄａｔａ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎ　ｉｎ　ＳＣＡＴＳ　ｉＳ　ｔｒａｎｓｆｅｒｒｅｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｓｉｍｕｌａ—　ｔｉｏｎ　ｐｌａｔｆｏｒｍ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ．Ｔｈｅ　ｐｒａｃｔｉｃｅ　ｐｒｏｖｅｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｉｓ　ｍｅｔｈｏｄ　ｃａｎ　ｅａｓｉｌｙ　ａｃｈｉｅｖｅ　ｔｈｅ　ｓｃｈｅｍｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＳＣＡＴＳ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｐｌａｔｆｏｒｍ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｌｉｎｋｉｎｇ　ｂｒｉｄｇｅ　ｉｓ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｔｈｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｐｌａｔｆｏｒｍ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｉｇｎａｌ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｔｒａｆｆｉｃ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｓｉｇｎａｌ　ｃｏｎｔｒｏｌ；ｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎ　ｍａｐｐｉｎｇ；ｓｃｈｅｍｅ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ