现代城市智能交通信号的控制系统研究

宋征宇

(航天科工广信智能技术有限公司)

1 引言

当前，城市规模不断扩大，机动车保有量持续增加，交通拥堵已经成为了我国各个城市面临的主要课题。在公共交通系统中，交通信号具有不可替代的作用，能够对车辆和行人的交通行为进行合理有效的调整，保证城市交通秩序。目前，很多地区交通信号控制系统相对落后，在实际应用过程中经常出现各类问题，为此应当全面加强交通信号系统的研究，积极引入智能化的交通信号控制系统，不断提高交通调节能力，促进我国城市交通压力的全面缓解，满足人们工作生活的需求。

2 现代城市智能交通信号控制系统概述

2.1 现代城市智能交通信号控制系统的基本结构

智能化的交通信号控制系统能够通过彼此相互关联的智能体对城市较为复杂的交通控制要求进行全面有效的控制和管理，并且能够从全局的角度完善城市地区的交通总体规划，完成设计的各项任务目标。智能交通信号控制系统主要包括拥堵管控、仿真动态路径、系统建模和管理等方面的内容。在实际运用该系统的过程中，除对局部交通系统进行优化之外，还需要操作人员掌握整体控制策略，提高管理效率，促进交通协调疏导管理水平的全面提高[1]。

传统的城市交通管理系统主要采用SCOOT系统、SCATS系统和TUC系统等结构，这种结构模型能够有效的处理部分地区的交通拥堵状况，但随着城市规模的持续扩大，管控路口数量限制增加，传统的管理模式已经无法满足当前的需求，也无法实施管控和数据及时传输。为有效解决城市地区交通拥堵的问题，智能化交通信号控制系统应运而生，对城市交通状况的改善具有重要作用。

2.2 智能交通信号控制系统的点控制和子系统

智能交通信号控制系统涉及内容较为复杂，需要通过内部不同子系统之间的协调配合完善城市地区各个路段的管理，同时，需要妥善处理交通密度、平均车速、交通流量、通行能力、最大交通饱和量等因素之间的关系。目前，城市交通信号能够对单一十字路口的交通状况进行全面有效的控制，但系统缺少灵活性，无论路口交通状况如何，交通信号始终恒定不变[2]。智能交通信号控制系统能够实现点控制，依据路口的车流量和人流量及时对信号进行调整，增加相位在单一路口的数量，调节绿色信号灯的比例，保证路口的交通畅通。

3 现代城市智能交通信号控制系统的基本技术

3.1 神经网络控制技术

神经网络控制技术主要是依据人类自身具备的经验、知识以及大脑的特定结构机理对系统实施控制的操作方法。神经网络控制技术具备良好的智能型，可以有效解决不确定的以及非线性的复杂系统控制，同时，具备较强的学习以及修正能力，在网络系统中离散性的分布和储存，能够实现对无法建模以及非线性控制系统的有效映射，适合应用于无法利用数学模型进行准确建模的交通系统中。同时，神经网络系统无法及时确定初始权值，学习时间较长，不具备实效性，对硬件的各种设备以及信号控制器有极高的要求，对实时变化的交通情况适应能力存在不足。研究人员将神经网络控制技术与模糊控制系统进行结合，利用函数自动生成和自动提取功能，可以有效解决神经网络系统学习能力不足的问题[3]。在实际操纵过程中，主要是利用信息处理单元实现各类数据的自动化处理。整个操纵过程中首先需要建立模糊的数学模型，形成神经系统的模糊网络结构，并对网络系统进行必要的训练。在完成上述操作后需要进行数据信息的实地采集，通过网络系统的精确计算，得出合理的交通模式，最终设计出红绿灯系统的控制管理方案。

3.2 模糊控制技术

模糊控制不需要利用数学模型，能够通过对人脑的有效模拟，实现准确的判断以及推理，并能够用较为自然的语言将人类的常识和主要经验进行全面准确的表达，最终建立起适合计算机进行处理的模型结构。在信号灯控制中引入模糊控制，能够模仿交警指挥交通的经验，实现对交通的良好控制。模糊控制中最重要的系统是专家系统，主要包括推理机、知识数据库及模型数据库等，该系统具备处理大量知识和经验的能力，利用计算机和人工智能技术进行推理判断，进而对人的决策过程进行全面系统的模拟。专家系统充分利用各类知识对交通情况进行核实以及预测，利用人机交互界面输入各种用户信息，形成计算机系统中的规范化表达，通过相关模块的处理转化为用户能够理解的表达形式。同时，模糊控制系统主要存在的不足之处为缺少系统的参数调整和建立方法，操纵过程主要依靠技术人员的经验进行反复试验，主观性较强。在应用过程中无法结合外界情况变化及时做出调整，这也导致系统控制的精度不足。

4 智能化交通信号灯控制方法

综合应用感应线圈、视频、微波等多种方式以及物联网新技术，实时采集路口及主干道交通流信息，实现交通运行状态的动态感知、交通拥堵情况的实时监测与预警，为交通信息服务提供坚实的数据支撑。

当控制路段存在车辆驶入时，不考虑次路情况，一旦智能控制系统检测到车辆信息，则需要将主路信号灯调整为绿色通行状态，如存在持续经过主路的车辆，则需要继续将信号灯设置为绿灯，当绿灯时间达到设计的最大数值后可将信号灯调整，次路设置为绿灯，达到最小设置时间后主路继续为绿灯。在主路不存在车辆但次路存在车辆的情况下，将次路信号灯设置为绿灯，持续存在车辆时保证绿灯不变，一旦主路出现车辆，则应当在次路绿灯达到最小时长后调整为主路绿灯。红绿灯的调整应当以主路为主，同时，给予次路必要的通行时间[4]。

同时，在控制设计过程中应当充分考虑非机动车和行人的通行状态，合理设计绿灯的最短时间和最长时间。目前，绿波带的线控制方法得到了广泛应用，在实际设计操作中，车辆以某种速度行驶，一旦在第一个路口遇到绿灯的情况，其余路口应当均为绿灯。后续车辆应当与前方车辆信号灯设置保持基本一致，形成绿色通道。如交通系统中不存在交叉路口和信号灯，则需要对周边交通情况进行详细的分析，确定最为合理的控制方案，确保交通顺利，实现城市交通状况的全面改善[5]。

5 结语

智能交通信号控制系统对城市交通的发展具有重要作用，为此相关机构应当加强研究，结合城市情况设计合理的控制方案，促进城市交通的全面发展。