基于合理配时评估的交叉口信号灯管理系统

张晓云 崔明锐 王磊 孙立鹏

摘要：交通信号灯在城市交通管理中起着重要的作用。随着城市迅速的发展，市区交通状况日益严峻，对交通信号灯配时系统提出了更高的要求。传统的交通配时系统主要关注一个特定路口的几何形态，孤立考虑单个路口的配时问题，缺乏区域解决问题的理念。本文以GIS技术为依托，利用广州市天河区道路交通流量作为实践数据，建立一个区域性的信号灯配时系统。该系统能对区域中交叉口进行配时，对现有的方案以及计算得出的方案进行评估并存储交通数据，并以可视化的方法呈现配时结果供用户分析。

关键词：交叉口;信号灯配时;地理信息系统

引言

传统的交叉口配时系统，一般利用道路的几何平面数据与交通流量信息为输入信息，虽然这类系统能够针对一个交叉口进行十分详尽精确的配置，并提供一些基本的模拟功能。但是往往只注重了局部、对路口与路口之间、路口与地理事物之间的联系多有忽略，缺乏整体性和系统性考虑问题，也导致交通配时模型中难以反映实际交通状况，整体配时效果不明显。

1.系统设计原理

系统最核心要解决一下若干个问题：

（1）根据一个交叉口的车流量，进行交通信号灯配时。并根据广州市天河区的实际状况，对这种配时方法进行修正。

（2）根据配时方案，对当前路口的交通状况进行评估。

（3）根据各个路口的评估方案，对区域整体的交通状况进行评估

本系统采用如下的指标来评估一个配时方案的优劣：

道路通行能力（CAP）：CAP为在一定红绿灯配时方案之下道路的通行能力。由于加入了红绿灯，在信号控制交叉口，车辆只能够在有效绿灯时间内通过停车线。所以反映一个道路进口的某个方向的通行能力需要用CAP来表示。CAP=该方向的绿信比乘以饱和流量。

饱和率：如果以网络流的观点来观察车流，交通灯口就相当于一个控制网络流量的节点，定时把流往其他方向输送。饱和率就是网络流图边上的饱和百分比（实际流量/最大流量）。在实际交通数据中，饱和率有可能大于1，说明此时道路十分拥挤。可以认为饱和率是在有信号灯的前提下的流量比。

平均每周停车次数：一个配时周期之中，车辆在信号灯前面停下来的次数。用于反映交通口的通行顺畅情况。

排队长度：用于评估在交通口之前各个转向的车辆排队的长度。

延误：延误是由于信号设置，一辆车在交叉路口可能耽误的时间的数学期望值，单位为秒。本模型中算出来的是理论值，可能会与实际情况有所出入。

2.系统总体设计

本系统是基于.NET 的Win32的单机应用程序。在Windows 7下，基于ArcEngine组件，使用Visual Studio 2008开发平台，结合C#语言与.NET Framework 3.5进行开发。系统采用Access作为Geodatabase的载体，使用ArcEngine的相关数据库函数与ADO.NET对数据库进行操作。

3.数据库设计

系统数据库主要由两部分组成，一部分是交通信息数据库，主要存贮天河区的道路、交叉口和行人点等几何信息及其属性。一部分是配时数据库模块，存储交叉口的配时方案，配时方案的评价信息。以及一些预定义的相位组合方案。

本系统的数据库使用Access MDB格式的Geodatabase进行存储。

4.功能模块实现

4.1 交通数据浏览

在本系统中，用户能够以几何形式查看整个天河区的交通路网信息。用户可以通过属性查询几何数据，也可以通过在地图上点选要素，来查看要素属性，实现GIS的最基本功能，使用户对整个区域的交通状况有一个基本的了解。

4.2 交通数据管理

用户能够对每个道路的信息进行修改。例如，为路口增加一个进口方向，改变该方向的属性（例如行人过街信息，车流量，车道配置等等）。此外，软件会对用户给出的数据进行检验。如果用户输入过大的车流量数据，或者没有输入数据，那么系统会提示用户数据有误，在用户修正数据之前不会保存数据。

4.3配时与方案评价模块

根据用户给出的交通流量信息，加上行人影响点对交通路口的影响，根据现有配时算法以及本系统所作的若干修正，进行配时。

4.4配时方案管理

用户可以根据时段，对天河区整个路网的所有十字路口进行配时。并会返回各个路口的配时结果，成功、缺失数据或者失败。可以选择把所有的配时方案保存在数据库之中，或把数据库中所有的配时方案删除。

4.5总体交通状况分析

系统能够分时段地汇总天河区整个区域的交通状况，把交叉口配时中最重要的指标延误的分布反映到地图之中。并提供基于延误的汇总功能，使用饼状图显示各种服务水平的路口占所有路口的百分比，在列表框之中显示数量。让用户对整个区域的交通状况有一个了解。

用户可以在地图上查看某个路口四个进口道的交通流量，来了解整个路网交通压力。每次用户需要查看车流量和流量比之前，系统会对交通数据进行汇总，存贮到数据库之中，然后在地图上使用一个小组件显示。

5.结束语

综上所述，本系统弥补了传统配时系统的不足。传统的配时系统只能够针对一个路口进行配时，关注的仅仅是一个路口的车流量以及该路口的几何形态对信号灯配时的影响。而本系统不仅仅关注这些因素，还额外考虑到其他地理因素。在本系统中主要考虑的是行人影响点对交通配时的影响。传统的配时系统仅仅具有配时功能。其分析功能也仅仅局限于展现一些交通参数。而本系统则是结合了GIS，把配时方案的分析参数以地图的形式展示在用户面前。

本系统软件使用标准的Windows界面表达视图，组件位置安排合理，简洁大方，简便易用。本系統对计算机软硬件要求不高，易于推广。此外，在软件编码设计之中，界面中相当一部分的组件是应用控件数组生成的，使界面的编码工作量大大减轻，可维护性得到提高。以GIS技术为依靠，本系统不仅能够为自动区域交叉口信号灯进行统一配时、分析，还实现了交通配时信号数据的存储管理。因此，本系统对辅助交通行业专业用户解决实际交通问题有一定的实际意义。

参考文献：

[1]骆勇.城市道路信号交叉口配时系统优化设计.计算机工程与应用.2009（21）：229-231.

[2]毛汉颖，李晓萍.基于VB的道路交叉口定时信号配时软件设计. 广西工学院学报.2007（02）：62-65.