基于无线联网的交通控制策略研究

刘新建

摘 要：介绍了在路口路段设置的通行控制装置和短程无线通信技术，在整个控制区域内控制车流，按照预设或自动感应智能调控的程序步骤通行，探讨了在饱和交通状态下，如何让车辆均衡行驶。

关键词：自愈自组网；雷达跟踪；自走式移动护栏；交通均衡

中图分类号：TP273+.5 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.12.101

随着社会经济建设的发展，机动车数量猛增，城市交通已经基本进入了饱和状态，这给人们的出行和道路管理造成了较大的压力。鉴于此，相关部门要不断改进检测手段，提出优化控制策略，及时发现饱和交通的内在规律，并采取相应的应对措施，在不改变道路状况的前提下，提高路口的通行能力，而减少路口延误、减少能耗和尾气污染也是必须要解决的问题。

设想以路口控制为核心的控制策略将短程通信技术应用于路口联网中，极大地方便了路口的联网控制，引入雷达跟踪技术，用区域检测技术代替传统的断面检测技术，可以获得传统雷达检测无法获得的车辆连续状态信息，为路口控制提供必要的基础数据。因此，基于重要路段流量均衡思想的组织优化策略，可以有效缓解路口拥堵问题。

1 交通控制技术分析

1.1 车辆检测技术

目前，使用比较广泛的是微波车辆检测器，它是垂直于车流安装在路侧的，发射一束或两束微波，在车辆通过微波形成的断面时获取车辆信息，车辆通过两个断面后获取的反馈信息经过处理后，可得到对车辆速度判定等处理结果。在安装车辆检测器时要求其必须垂直于车流的方向，同时，由于发射波在较远的距离会发生离散，所以，检测结果的误差可能会偏大。

解决误差大的方法是要在一定区域范围内连续采集车辆行驶信息，而不是一个断面的瞬间信息。这样，就可以更客观地分析道路的使用情况，甚至可以根据该连续范围内车辆的运动状态或轨迹判断其是否出现了故障。

1.2 交通控制技术

目前，交通控制普遍采用二相位和多相位控制；控制手段为定周期、感应和自适应等。

1.3 无线联网技术

现阶段，前端路口设备的联网多采用有线方式，而近期出现了采用基于移动运营商的无线联网方式。现在要探讨如何采用zigbee短程通信技术将路口信号机以自组网的形式连接起来，与GPRS、3G等无线联网方式相比，该技术具有功耗低、成本低、完全免费等优势。

2 主要研究内容

2.1 流量均衡思想的组织优化策略

对于一些路段，可以调整道路两端的流入、流出流量，从而控制调整道路内的容积车辆，最终达到缓解道路拥堵的目的。

2.1.1 封闭路段流入流量的调整优化算法

封闭路段流入流量的调整优化算法为：①均衡上游一级关联路段或一、二级关联路段的流量；②引入均衡算法，以上游路口的周期为时距；③首先均衡一级路段；④当一级路段无法满足时，再加入二级路段；⑤均衡的手段为调整上游路口、一级关联路口的配时，二级路口的交通组织可诱导一级关联路段的车流；⑥调整上游路口的配时。

2.1.2 多路段控制算法

多路段控制算法的相关内容包括：①以重要路段为服务对象；②以重要路段的上、下游路口为重点调整对象；③以重要路段的道路容积率为调整触动条件；④以一级关联路段为疏解均衡流量的参与路段；⑤以流量在重要路段和流量均衡参与路段中均衡分布为目标；⑥以均衡目标满意度为均衡范围扩大触发条件；⑦当均衡目标不能满足均衡所要求的饱和率时，将会触发均衡范围扩大至二级关联路段，将配时调整扩大至一级关联路口。

2.2 自走式移动护栏的应用

利用无线网络将信号机与自走式移动护栏连接起来，根据控制算法和交通分析，当道路提前或达到一定拥堵等级时，控制自走式护栏在不中断交通的情况下自动调拨车道，充分利用路面资源有效缓解路口单向拥堵的问题。

2.3 通用交通管理雷达的应用

通用交通管理雷达与传统雷达相比，可以在一定区域范围内连续采集车辆行驶信息，在获得车流量、占用率和速度等信息的基础上，还能得到队长、ETA（预计到达时间）等高级信息。将以上信息与智能控制算法相结合，可以实现更加智能的控制方式和手段。

2.4 zigbee短程通信技术

2.4.1 自愈自组网技术

本文研究的无线网络克服了一般无线网络稳定性差、易崩溃的缺点，支持星型、树型和网状网的拓扑结构。该网络除了具有自组织功能外，还具有自愈功能，对网络的稳定性、健壮性和提高工作效率有重要的意义。

2.4.2 zigbee信号扩大技术

一般2个路口的距离在500～1 000 m，而一般的zigbee信号在100 m左右，如果信号覆盖范围过小，就要增加设备的部署密度，进而增加成本，所以，需要开发一种扩大信号的方式，不断扩大信号的覆盖范围。基于zigbee低功耗的特点，可将zigbee信号覆盖范围扩大到500 m左右。

3 创新思想和关键技术

采用zigbee短程通信技术可以解决设备之间的联网问题，比如信号机之间和信号机与自走式移动护栏之间的问题，属于国内首创。zigbee自愈自组网技术不仅能够将路口信号机通过通信接力的方式联网，而且在有某一设备离线时，可以自动找到备用点，并保证网络的稳定性和健壮性。

信号机通过控制算法和交通分析控制自走式护栏，在不中断交通的情况下自动调拨车道，缓解路口单向拥堵的问题，属于国内首创。其关键技术包括以下4点：①封闭路段流入流量的调整优化算法；②多路段控制算法；③基于交通分析算法的自动调拨车道技术；④zigbee自愈自组网技术和信号扩大技术。