逆向可變車道控制方法研究綜述

王坤坤

摘 要：逆向可變車道的發(fā)展和應(yīng)用很大程度上提高了城市交叉口的道路資源利用率，有效的緩解了城市交叉口的擁堵等問題。本文從逆向可變車道的設(shè)置及控制方式和信號配時優(yōu)化兩方面對其控制系統(tǒng)進行探討，總結(jié)出逆向可變車道控制技術(shù)的不足。提出數(shù)據(jù)多源化的檢測方式、短時交通流預(yù)測下的綜合閾值判斷模型以及進行算法融合的信號配時優(yōu)化方法，從而實現(xiàn)逆向可變車道的實時動態(tài)控制。

關(guān)鍵詞：逆向可變車道;動態(tài)控制;文獻綜述

0 引言

在城市土地規(guī)劃單一、組團式發(fā)展以及職住分離的問題下道路出現(xiàn)潮汐交通現(xiàn)象，從而導(dǎo)致某段時間內(nèi)不同方向的交通流量出現(xiàn)不均衡。其在交叉口處的表現(xiàn)最為明顯，為有效緩解交叉口處轉(zhuǎn)向交通流不均衡帶來的道路資源浪費和擁堵問題，有學(xué)者提出了逆向可變車道。逆向可變車道在不改變現(xiàn)有的道路條件下，充分利用出口道的時空資源，緩解了轉(zhuǎn)向交通流非均衡的現(xiàn)象，提高了交叉口的通行能力。

1 逆向可變車道設(shè)置及控制方式研究

Zhao J等[1]研究了設(shè)置逆向可變車道對左轉(zhuǎn)車道飽和流率的影響，構(gòu)建了逆向可變車道左轉(zhuǎn)車輛飽和流率的修正模型。Chen Q等[2]基于元胞自動機模型對逆向可變車道仿真，研究了其通行能力和延誤。商振華[3]對逆向可變車道的設(shè)置方法進行了研究，并提出了設(shè)置逆向可變車道的交叉口交通效率影響分析評價方法。李昀軒等[4]構(gòu)建了逆向可變車道的左轉(zhuǎn)通行能力計算和優(yōu)化模型，并對影響其左轉(zhuǎn)通行能力的相關(guān)因素進行了分析。徐書東等[5]提出了逆向可變車道的啟閉時間和設(shè)置長度，并通過仿真表明了交叉口設(shè)置逆向可變車道可明顯提高其通行能力。曲昭偉等[6]利用視頻處理技術(shù)對左轉(zhuǎn)車流的釋放特性進行研究，表明了設(shè)置逆向可變車道會增加左轉(zhuǎn)車流相互之間的干擾程度。張展[7]基于動態(tài)控制思想建立了逆向可變車道動態(tài)控制系統(tǒng)，并分別對車道啟閉的閾值判斷模型以及信號配時優(yōu)化模型進行了研究。張?zhí)┪牡萚8]對逆向可變車道的動態(tài)切換控制進行了研究，構(gòu)造了考慮交叉口流向飽和度、交叉口車均延誤、交通需求穩(wěn)定性以及車道切換時間間隔的閾值判斷模型。

綜述以上研究發(fā)現(xiàn)有如下兩方面不足。

（1）設(shè)置及控制方式研究上：首先是研究對象單一，一般都以獨立的且規(guī)則的十字交叉口為對象，導(dǎo)致適用性較低。其次是對設(shè)置逆向可變車道安全影響方面的研究不足。

（2）閾值判斷模型上：首先是交通數(shù)據(jù)的采集基于單一的檢測方式，數(shù)據(jù)具有單一性，與實際值存在偏差。其次是交通狀態(tài)的預(yù)測基于傳統(tǒng)統(tǒng)計分析的預(yù)測方式，預(yù)測結(jié)果不具有實時性。

2 逆向可變車道信號配時優(yōu)化研究

Qu等[9]建立以左轉(zhuǎn)通行能力最大和交叉口平均延誤最小為目標(biāo)的信號配時優(yōu)化模型，并用NSGA-Ⅱ算法求解。Chen X等[10]基于有限容量排隊模型建立了逆向可變車道排隊模型，并對信號配時優(yōu)化進行研究，使用NSGA-Ⅱ算法求解。Chen K等[11]針對逆向可變車道交叉口處交通需求和飽和流量波動較大的情形，建立了基于魯棒性的信號控制優(yōu)化方案。劉怡等[12]建立了分階段消散流率模型，并結(jié)合該模型提出了改進的Webster最佳周期及綠信比的算法。梁培佳[13]構(gòu)建了以延誤和停車次數(shù)為目標(biāo)的雙目標(biāo)信號配時優(yōu)化模型，并用粒子群算法求解。劉偉等[14]構(gòu)建了以交叉口通行能力最大、平均延誤最小的信號配時雙目標(biāo)優(yōu)化模型，并用NSGA-Ⅱ算法求解。任其亮等[15]同樣構(gòu)建了以交叉口通行能力最大、平均延誤最小的信號配時雙目標(biāo)優(yōu)化模型，但用模擬退火算法求解。孫鋒等[16]同時考慮了安全和效率指標(biāo)對信號配時模型進行優(yōu)化，選取車道開啟時間和車均延誤為目標(biāo)構(gòu)建了信號配時雙目標(biāo)優(yōu)化模型，并用MATLAB優(yōu)化算法求解。

綜上，信號配時優(yōu)化模型逐漸向多目標(biāo)優(yōu)化發(fā)展。模型的求解算法從經(jīng)典的Webster計算方法逐漸發(fā)展到優(yōu)化算法。其研究不足主要體現(xiàn)在模型求解算法的搜索能力和計算速度上。因逆向可變車道啟閉后需要及時的改變信號配時方案，現(xiàn)有模型求解都依靠單一算法， 難以同時保證搜索能力強和計算速度快。

3 展望

（1）針對設(shè)置及控制方式：未來研究可以交叉口群為研究對象，分析交叉口之間的關(guān)聯(lián)性，以及對整個路網(wǎng)的影響進行分析;其次從渠化特性、運行特性等方面進行深入研究，改善交通安全問題。

（2）針對閾值判斷模型：未來可開展基于多種檢測方式采集的多源數(shù)據(jù)進行研究，來彌補數(shù)據(jù)的單一性。其次短時交通流預(yù)測方法可實現(xiàn)實時預(yù)測，將多源數(shù)據(jù)作為短時交通流預(yù)測的數(shù)據(jù)來源，即可為閾值判斷模型提供精確的動態(tài)決策支持。

（3）針對信號配時優(yōu)化：未來可對不同優(yōu)化算法的特點及其利弊進行融合計算，如融合搜索能力強和計算速度快的算法，實現(xiàn)最佳效果。

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