关于城市交通信号优化控制策略研究

关于城市交通信号优化控制策略研究

卢启智

广东方纬科技有限公司510000

摘要：随着我国城乡居民汽车保有量的不断提高，越来越多的车辆涌入城市，使得城市道路的拥堵现象更加严重；而道路的堵塞不仅降低道路的利用率，还会由于累积效应，使得拥堵范围大面积扩散而造成城市交通系统瘫痪。由于信息技术的猛速发展，融合了计算机技术、通信技术、控制技术、传感器技术和系统综合技术等多种技术的智能交通系统成为了学者们研究的热点。城市交通信号控制，尤其是交叉路口信号灯的控制，是智能交通系统的重要组成部分，是解决交通拥堵，提高交通效率的有效途径。近些年，关于城市交通信号控制类的研究颇多，因此本文旨在对城市交通信号的优化控制策略进行综述。

关键词：城市交通；信号控制；优化；策略

1城市交通信号控制的意义

城市道路是否畅通在很大程度上受到这条道路上每一个交叉路口的制约，当路口拥有一定交通流量时，就必须对路口采取某种相应的控制措施才能保证交通的畅通与安全，因此对路口实施交通信号控制便成为与城市道路网络中不可缺少的一个环节。交通信号控制的作用就是把相互冲突的交通流在时间与空间上适当分离，以保证交叉口范围内的交通安全和充分发挥现有道路在交叉口的通行能力，从而也可减轻噪声、废气等交通公害的污染。综观国内外，大中小城市的交叉路口，信号控制因其实用有效而广泛使用，已成为城市交通中心必不可少的最重要的控制手段。这样交叉口通行能力和交通安全程度也就很大程度上取决于信号控制优劣，因此近二三十年来，一些经济发达国家都在致力于信号控制系统的研究开发，信号控制形成从“定时”，向“感应”方向发展，控制应用从单点向“区域”，“网络化”发展，还开发出效益显著的自适应控制系统。交通信号控制是指挥中心的核心，是交通流实时信息提取主要参数。

2交通信号的控制方式

按照控制规模的大小，交通信号控制可以分为单交叉口控制、干线控制和区域交通信号控制。

2.1单个交叉口独立控制方式

单个交叉口独立控制方式是一种最基本的控制方式。又分为离线点控制和在线点控制。离线点控制采用定时信号配时技术，它的基本原理是将绿灯时间分成有限的具有固定顺序的时间段（相位），不同的交通流将根据固定绿灯时间和顺序依次获得各自的通行权。离线点控制特别适合于交通量小的交叉口，其信号配时方案是根据典型状况的历史交通数据制订的，它又分为定周期控制方案与变周期控制方案。在定周期控制方案中，只有一种配时方案，信号灯一天24小时内都执行同一种方案。而变周期控制方案则将一天24小时分成不同的时间段，根据不同时间段内交通流量的统计数据，为交通信号机设置相应的信号配时方案。由于在不同的时段信号配时不同，特别对于象上下班高峰期，其配时方案与其相对应，因此可有效疏散交通流，尽可能地避免或减少交通拥挤。比定周期控制方案具有更大的灵活和适用性，实际应用也较多。

在线点控制方案是指交通响应控制（或车辆感应控制）。它是根据交叉口各个入口交通流的实际分布情况，合理分配绿灯时间到各个相位，从而满足交通需求。

2.2主干道交通信号控制

主干道交叉口的交通控制是一种线控方式。在城市道路网中，交叉口相距很近，两个相邻的交叉口之间的距离通常不足以使一队车流完全疏散。当交叉口分别设置单点信号控制时，车辆经常遇到红灯，时停时开，行车不畅，油耗增加，环境污染严重。为了减少车辆在各个交叉口的停车次数，特别是希望干道上的车辆比较畅通，人们研究了干道相邻交叉口协调控制策略。最初协调信号计时的方法是基于绿波概念，即相邻交叉口执行相同的信号周期，主干道上各交叉口同一相位的绿灯开启错开一定时间，交叉口的次干道在一定程度上服从主干道的交通。当一列车队在具有许多交叉口的一条主干道上行驶时，协调控制使得车辆在通过干道交叉口时总是能在绿灯相位内到达，因而无须停车通过交叉口。这样能提高车辆行车速度和道路通行能力，确保道路畅通，减少车辆在行驶过程中的延误时间。

2.3区域交通信号控制

在交通密度大的情况下，绿波会导致拥挤以及交叉口的阻塞，同时主干道交通信号控制方法实际上牺牲了次干道上的交通流的利益。区域交通信号控制的控制对象是城市或某个区域中所有交叉口的交通信号。计算机、自动控制和车辆检测技术的发展使这种技术成为可能。因为它需要将交通流数据收集并经通信网传到区域控制中心的上位机，上位机根据网上交通量的实时变化情况，以区域内所有车辆通过这些交叉口时所产生的总损失（包括延误、停车次数、油耗等）最小为目标，按一定时间步距不断调整正在执行的配时方案。这种方式实现了区域内交叉口之间的统一协调管理，提高了路网运行效率。

3城市交通信号优化措施进行分析

3.1智能交通信号子系统

智能交通信号系统既复杂又系统，有多个子系统协调来完成对交通的引导和规范，交通信号控制只是其中的一个组成部分。想要构建一个完整、可靠、科学的智能交通信号系统，就需要无数个子系统，这些信号子系统多分布在交通事故多发点及车流量较大路段。其中车流量计算子系统是智能交通信号的核心内容，智能交通信号系统，通过对车流量的精确的监测和计算，预判绿信号可变比率，使交通信号达到了一种动态控制。智能交通信号子系统应用的关键在于，一个区域内路段要保持状态一致，避免造成交通混乱及堵塞。不同区域路段可以根据实际情况，应用不同的方案来设计智能交通信号子系统，确保交通信号子系统的实用性。为了使交通信号在同一路段保持高度一致，可将相邻子系统互相连接，形成更大的整体系统，且内部以统一的周期运转。连接方案可以根据交通实际需求来判断，可进行永久连接或暂时连接。

3.2智能交通信号对饱和度的控制

为了使制定出的交通信号控制战略方案更加科学，需事先将交通信号控制系统应用于交通枢纽区域中心自适应协调区域，从而对不同入口车道的饱和流量加以检测并得到准确数据信息，智能交通信号系统必须进行科学的交通饱和度监测，交通饱和度是规划交通的重要依据。饱和度测试和控制系统，应在交通主要线路设置，在这个检测和控制的系统数据库中以战略检测器的形式存在，在绿灯时段范围内，战略检测器将对车流经过时的交通流量及占有率数据信息进行采集并自动处理，最后将处理结果以数据表格的形式直观呈现，通过表格交通“饱和度”一目了然。饱和度检测和控制可利用实际的绿灯时间与绿灯时间比率进行计算。有效利用绿灯时间指的是饱和交通流情况下，恰好通过以最优车间距运行的同等车流量所用的绿灯时间。

4智能交通信号控制策略

控制策略指的是在特定区域制定相关的信号控制策略，规划智能交通信号，最大程度地适应各个路口交通需求的变化。当某一相位的绿灯时段需求位于平均需求的下限时，可对该相位进行早断处理，如果没有需求甚至可直接略过该相位，或引入条件相位来代替。控制器处理的参照标准是检测器测得的交通数据决策，可以采用策略检测器来担负这项工作。控制策略主要针对的是控制器的运行问题，其在实施策略控制时所采取的技术与路口孤立运行时所采取的技术完全一致。策略控制实现的载体是区域计算机，因而能够对信号运行的强度加以调整。当然，策略控制与孤立控制在本质上并非相同。策略控制无法应用车间距计时器和损失时间计时器来提前终端或略过某个相位，这是因为处于同一连接上的控制器必须以相同周期的形式来运行，这样才能达到最优化的协调效果。另外，由于相位早断或略过而节省的时间，也必须追加至本地控制器的下一个相位或主相位上，从而维持相同的周期时长。策略控制的作用在于控制绿信比、周期及相位差，对变化幅度不明显的城市区域的交通流趋势进行把握；而策略控制则适用于处理各路口不同周期中速度快但程度较小的变化。为了能够制定出更加科学合理的交通控制战略，应力求将二者进行结合，从而构建更为完善的、全方位的交通控制。

5结语

在我国现阶段，交通信号控制系统的智能化离不开科学技术的支持，因此，国家要加大对交通控制系统的研究投入。在系统设计中，应制订准确的策略，针对实时性要求高、结构复杂的城市交通特性设计出合理的方案。面对不同的疑难问题要做到具体分析，采用相应的控制系统，从而避免道路拥挤和交通事故的发生，保证城市交通的正常运行。

参考文献：

[1]智能交通系统中路径诱导算法研究进展[J].李威武，王慧，钱积新.浙江大学学报（工学版）.2005（06）

[2]智能交通控制理论及其应用[M].科学出版社，刘智勇著，2003

[3]城市道路交通设计指南[M].人民交通出版社，杨晓光等著，2003

[4]单路口交通信号多相位实时控制模型及其算法[J].徐勋倩，黄卫.控制理论与应用.2005（03）

[5]单路口交通流控制动态响应的仿真研究[J].贺国光，崔岩，王桂珠.系统工程学报.2005（03）

[6]智能交通控制理论及其应用[M].科学出版社，刘智勇著，2003