面向交通智能化的高速控制总线集成应用研究

张辉军，周 鲁，张彦路

（克拉玛依油城数据有限公司，新疆 克拉玛依 834000）

随着信息技术，网络技术和通信技术的发展，智能交通系统已经被研究并应用到许多国家，其中作为ITS最重要的子系统之一的城市交通控制系统（UTCS）是研究的热点问题。近年来，对UTCS的研究在中国和一些发达国家都得到了迅速的发展，随着深入的研究，UTCS的研究领域比以前有所扩大，不仅包括信号、信号控制设备和一些相关的安装，还包括控制协作、控制模式、控制系统和系统控制优化模型。尽管中国仍然是发展中国家，但十字路口经常发生拥堵。本文介绍了一种分布式控制体系结构的高速控制总线集成系统，用于区域事件响应，基于信号控制的信息导航和交通控制管理。

1 城市交通控制系统设计框架优势

MAS是基于分布式的，因此系统可以克服分散的区域和通信带宽的限制。其次，该系统可以实现资源共享，并且易于扩展；第三，由于系统被分解并且输入区域减少，因此该系统将比其他系统更简单和可靠。第四，该系统可以克服庞大的知识库的构建，并且可以通过相互协作和协调来避免管理扩展的知识；最后，Agent本身具有一些属性，例如：主动性，推理性，计划能力和合作性等，这些都是MAS的必要条件。因此，构建基于Multi-Agent的UTCS是城市交通信号高速控制总线集成系统的最佳选择。

2 总线控制系统的关键理论

2.1 交叉口信号控制代理的权限限制

通常，有三种处理方法来解决权限限制问题：首先，每个路口都配备有多个Agent，每个Agent负责一个阶段。在这种情况下，每个路口需要多个Agent配合，不同路口也需要配合，复杂度和计算量将大大增加，因此，整个系统的研发将比以前更加困难。其次，每个交叉路口仅配备一个特工，在这种设计方案中，每个智能体都具有协调一个交叉点不同阶段利益的能力，基于对策理论和相关社会规则的不同Agent可以实现不同路口之间的协作。第三，每个代理负责一个分区，在这种情况下，每个特工都控制一个或多个路口。不同子区域之间的协作将通过不同的Agent相互协调来实现。而在这种方案中，必须首先分割受控区域，并且在该步骤完成的情况下，分割结果无法修改。图1为典型的三级递阶协调结构。

图1 典型的三级递阶协调结构

2.2 基于多主体的对策理论之间的合作

作为自治信号控制代理，有必要与其他代理合作解决复杂的问题，以实现区域协调统一。对策理论的研究源于冯·诺依曼的使用理论，该理论基于使用集，即针对任何目标g，以最大化Agenti的使用功能u（i，g），但不能最大化Agentj的使用功能u（j，g），在这种情况下的对策理论是必要的。

3 集成控制系统的预测算法

集成控制系统的预测算法如图2所示。从图2可以分为三个层次的预测：第一层次应用于信息服务系统，以向旅行者提供交通状况的相对建议，对于交警，上述信息用于调节相对信号的计时。除上述措施外，二级预报还用于唤醒精力以准备应急系统以应对可能的事件。同时，需要第三次预报才能采取行动以尽快解决紧急情况。利用该算法可以识别出交叉路口的两种不同的交通拥堵，即发生拥堵和频繁拥堵，此外，通过算法也可以确定确切的位置。因此，我们可以确定预测的级别，拥塞的类型和精确的拥塞交集，所有这些都是系统的重要因素。

图2 自动检测算法

其中，T：时间；i：检查站号；Q（i，t）：第i个检查站在t处的交通流量；Q（i，t-1）：第i个检查站在t-1处的交通流量；O（i，t）：第i个检查站在t的占用率；O（i，t-1）：第i个检查站在t-1处的占用率；v（i，t）：第i个检查站在t处的速度；v（i，t-1）：第i个检查站在t-1处的速度；q（i，t）：第i个检查站在t的自由条件下的最小流量，该公式是McMaster算法的经验公式，可以根据不同的条件进行修改；q（i，t-1）：第i个i检验站在t-1的自由条件下的最小流量；Tsu：自由条件下的速度门值；T0：自由条件下的占用门值；Tu：自由条件下交通流量的闸口值的百分比；Qs：拥塞前后相邻时间的交通流闸值之差；Os：拥塞前后相邻时间的占用门值之差；Vs：拥塞前后相邻时间的速度门值之差。

4 交通智能化控制总线集成系统的应用

4.1 交通突发事故紧急处理

如果道路路面因人为因素或者是自然因素导致一定程度的破坏，需要相关的专业人员进行维修修复，保持其正常安全，此时需要建立一批专业的团队，在高速公路关键的出入口位置设置优良的通信设备，能时刻与中心取得联系。通过总线集成系统，高速公路上发生的任何紧急事态的信息数据都可以即刻传输到终端进行处理，全方位了解道路信息，作出相应对策。

4.2 智能电子标板

智能化交通公路上经常设置智能电子标板，采用的是电子视频技术对来往的车辆进行监控，根据道路情况、天气条件等不同因素的变化进行处理。如果道路上发生了交通堵塞等情况，智能电子标板就会将该条公路的速度降低，以应对当前的现状。同时，驾驶员还能根据语音的提示获取到不同路面信息的交通情况。表1表示当前高速控制总线集成的应用。

表1 当前高速控制总线集成的应用

5 结束语

随着基础建设的进一步深化，高速公路在缓解交通压力、创造经济等方面占有重要的位置，为了进一步提高智能化交通的信息处理能力，需要建立完善的高速控制总线集成应用，以适应当前公路的交通情况。