交通信号区域协调控制系统的设计*

王 萍，陈 丽，冯泽欣

（嘉兴学院数理与信息工程学院，嘉兴314033）

1 引言

随着社会生活水平的提高，城市化进程在不断提速，机动车辆的急剧增加引起了一系列交通问题，城市中心的交通拥堵情况日益严重，机动车通行效率逐渐降低，严重制约了城市化进程的发展。为了保证车流顺畅通行，交通信号控制即绿波协调控制应运而生。在现有道路条件下，合理控制信号灯的配时，对提高机动车通效率，缓解交通拥堵，具有重要意义[1]。

2 城市交通信号控制研究现状

2001年，Park等人提出了一种随机信号优化定时控制的方法，与仿真模型CORSIM结合，优化实现控制参数[2]。Ceylan和Bell在2004年对一种基于遗传算法的交通信号配时进行优化，提出了方案[3]。而我国在智能交通领域起步相比国外要晚，上世纪九十年代末，基于当时我国的交通状况提出了信号系统基本协调方式和调控的原理，虽然此原理比较模糊，但为信号协调的研究指明了方向[4]。基于不同路段的车辆行驶状况、以及行驶路段的流量状况等因素，综合研究优化了交通协调模型[5]，并利用仿真学知识和VB语言，建立了更为合理的交通控制协调仿真模型，使研究结果更加符合我国交通现状[6]。目前国内的交通信号协控还存在着不少问题要解决，在实现上还存在着很大的改进空间，如何提高交通道路的通行效率是当前研究的要方向之一；另外，还需要进一步不断研究分析不同交通条件下的信号协调控制技术。

3 交通信号协调控制模型与设计

为了能够使更多的车辆不停顿或尽可能少停顿地通过交叉口，可将各个交叉口联结考虑，并且设置它们信号灯配时参数，最后通过对转弯车辆数目的增减、车道上排队等候的车辆数目等因素进行对比，以此作为评价指标，来研究信号灯配时方案的协调控制效果[7]。以相邻交叉口为原型来建立交通信号协调控制模型，对通过交叉口的干道转弯车辆数目的增减、车道上排队等候的车辆数目分别进行分析，如图1所示。

图1 基于相邻交叉口的交通信号协控模型

交叉口上主路和支路信号灯的控制是相反的，只研究主干道信号灯的配时情况即可。图中主干道上有两个不同行驶方向的单向车道，通过对该相邻交叉口的交通调查及资料的搜集，先确定交叉路口的系统周期时长，再对改善前的路口1的干道上转弯车辆数目的增减、车道上排队等候的车辆数目进行统计，确定优化后的系统配时方案；由于协调作用，当路口2对车流量进行检测并需要优化其配时方案时，可依据路口1的实际优化情况改善信号灯的配时参数。例如路口1配时方案完善后绿灯时长增加了某数值，在路口1优化基础之上，按一定的算法更改路口2原配时，如将路口1绿灯增加的时长乘以系数k，以一定的比例来做调整。信号协调控制系统的模型是根据不同的交通拥堵情况，对红、绿两种颜色信号灯的配时做相对灵活的调整，系统自动加长或缩减绿灯亮起的时间，来调控干道交通的车流量速度。根据路段平均速度，该系统的交通拥堵等级分为4个级别，详见表1。

表1 拥堵等级表

交通流有一定的不确定性和随机性，但它同时又在有规律性地波动着，因此，对每个级别设置了车流密度区间，在该区间范围内，交通信号灯有一个通用的优化控制时长，这样就能够在较大程度上避免对交通资源的浪费。该系统主要实现的功能就是智能地对来往车流密度进行分析，其设计流程如图2所示。

图2 信号协调控制系统模型的设计流程

根据交叉路口的优化配时系统，通过判定的交通拥堵等级来自动调配信号灯的控制时长，使干道车辆能够畅通行驶，这对城市交通环境的改善有重要意义。

4 实验结果与分析

图3 某时段各干线交通数据实例

实验数据模拟采用基本遗传算法[8]来实现。假设交叉路口车辆的到达率服从泊松分布，以最小化车辆的平均延误时间为优化目标，基于路段实时交通流量，采用分离相位法进行交通信号配时的计算。某个时段各干线的所有交叉口的交通数据统计情况，如图3所示。点击“编辑干线”和“编辑路口”按钮分别设置未改善前每个交叉口上的车辆转弯数目和等待进入路口的车辆数目，此时系统会判别该种情况的交通拥堵等级。

优化后所有交叉口的交通数据模拟结果，如图4 所示。“优化前(后)转弯”即优化前(后)交叉口的车辆转弯数目；“优化前(后)等待”即优化前(后)准备进入交叉口的车辆等待数目。

图4 某干线优化后所有交叉口的交通数据实例

模拟实验的信号灯配时参数对比结果，如表2所示，其中RYG分别为红黄绿灯的配时。从对比结果可以看出，该干道优化后交通拥堵等级显著降低，证明了对城市交通信号区域协调控制方案进行优化的可行性，该方案能满足城市交通信号协调的实时性要求，是缓解交通拥堵、改善交通状况的有效方法。

表2 典型干线信号灯配时参数对比

5 结束语

交通信号的协调控制有助于提高城市路网中车辆的通行效率，缓解交通拥堵状况。针对交通信号区域协调控制构建模型，并进行配时参数进的优化研究，模拟结果验证了所建模型以及优化后配时参数的有效性。为降低道路交通问题的复杂性，在构建模型时没有考虑不同道路模型如主次干道等方面的问题，与实际道路存在一定差异，因此，在后续的研究中会进一步深入研究不够完善的地方，建立更加合理、有效的交通信号协调控制模型。

参考文献：

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