交通控制硬件在环仿真系统设计与实现

针对交通控制策略仿真困难的问题，本文在分析硬件在环仿真原理的基础上，提出交通控制硬件在环仿真系统架构。其中，仿真控制软件作为整个系统的核心，负责仿真过程的控制、管理；交通控制机完成控制策略的发布与感应控制；微观仿真软件完成对控制策略的仿真评价；信号转换设备实现数字信号到模拟信号的转换，完成交通控制机与微观仿真软件之间的通信。最后本文以汉世通HST-3000交通控制机和VISSIM微观仿真软件为基础，开发了仿真控制软件，构建交通控制硬件在环仿真系统。实验证明该系统可以实现对交通控制策略的有效仿真，验证了仿真系统的有效性。

随着我国经济的发展，汽车数量不断增加，城市交通拥堵问题日益严重，信号交叉口是交通拥堵的主要因素之一[1]。因此，对信号交叉口的交通控制策略进行优化是提高车辆通行效率、减少车辆延误的有效方法，并成为交通控制研究领域的热门课题。

交通控制硬件在环作为一种研究交通控制策略的方法，被广泛应用。硬件在环是一种实际控制器结合虚拟对象的半实物仿真方法，交通控制硬件在环是指实际的交通控制机和专业的仿真软件有机地结合在一起，形成仿真回路。

交通控制硬件在环最早是1995 年Louisiana 大学提出的，首次应用在交通仿真中[2]。2000 年D.

Bullock 提出了微观交通软件和交通控制机相结合的方法，实现对信号控制策略的准确评价[3]。2007 年美国Virginia 大学首次将硬件在环应用在自适应控制系统评价研究，实现仿真系统对自适应控制交叉口的仿真评价[4]。

2011 年Michael P. Hunter 进一步将硬件在环应用在多路口的自适应控制系统评价研究[5]。

国内硬件在环系统首先应用在汽车安全驾驶领域，2004 年王建强等人首次开发了安全车距保持技术硬件在环仿真试验系统， 用于车辆碰撞预警及性能分析[6]。

直到2009 年硬件在环技术才应用到交通工程领域，于泉等人提出交通控制硬件在环仿真平台的设计方案[7]。

综合国内外研究可以发现，国外相关的大学、科研机构从事交通控制硬件在环仿真系统研究，取得了一定的成绩，但在国内使用硬件在环技术对交通控制策略进行仿真评价的比较少。本文采用硬件在环的设计方法，以汉世通控制机和VISSIM 仿真软件为基础，搭建交通控制硬件在环仿真系统。该系统可以实现对交通控制策略的仿真评价，对信号交叉口控制策略的应用及科研教学具有重要意义。

2. 交通控制硬件在环仿真原理 交通控制硬件在环仿真系统主要由三部分组成：交通控制机、信号转换设备、微观交通仿真软件。

其特点是把实际的控制器作为仿真系统的一部分，通过信号转换设备将交通控制机与专业仿真软件构成闭合回路，如图1 所示。