大中城市交通信號(hào)控制與誘導(dǎo)分析

（浙江省機(jī)電設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 310002）

大中城市交通信號(hào)控制與誘導(dǎo)分析

童 煒

（浙江省機(jī)電設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 310002）

交通網(wǎng)絡(luò)是組成城市的重要結(jié)構(gòu)，其組成及其復(fù)雜，包括車、人以及路和周遭環(huán)境，這種高度復(fù)雜的特性以及大規(guī)模性和不確定性即城市交通網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)特性。另外復(fù)雜的交通環(huán)境致使交通模型也隨之復(fù)雜化，并且交通車流以及交通事故的突發(fā)等狀況對(duì)大中城市的交通網(wǎng)設(shè)計(jì)提出了更高的要求，在大中城市交通信號(hào)控制以及誘導(dǎo)中，全局優(yōu)化性成為了設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，文章便著重就此類問(wèn)題進(jìn)行了探討。

交通網(wǎng)絡(luò)；信號(hào)；控制；誘導(dǎo)

1 實(shí)時(shí)的交通數(shù)據(jù)收集

城市交通網(wǎng)絡(luò)控制的主要目的便是提高道路交通的可靠性，這就需要交通信息傳輸網(wǎng)絡(luò)鎖傳輸?shù)臄?shù)據(jù)具有及時(shí)性、可靠性以及實(shí)時(shí)性。這些通過(guò)車載自組網(wǎng)絡(luò)可以有效的解決，通過(guò)移動(dòng)交通車實(shí)時(shí)進(jìn)行交通流信息的采集。另外一些車輛也可以自己進(jìn)行交通信息采集裝置的設(shè)置。在這一網(wǎng)絡(luò)中，通信節(jié)點(diǎn)為車輛。這些車輛可以是任何的車輛，而基站可以是政府管理業(yè)可以是運(yùn)營(yíng)商管理，因而具有一定的靈活性。

車輛是處于移動(dòng)狀態(tài)中的節(jié)點(diǎn)，不但速度相對(duì)較快，其位置也會(huì)相對(duì)較為靈活，因而相較于傳統(tǒng)的交通控制網(wǎng)絡(luò)，車載自組織網(wǎng)絡(luò)在速度、通訊、以及持續(xù)性上具有一定的優(yōu)勢(shì)，不但速度高，相鄰車輛之間的通訊連接時(shí)長(zhǎng)較短，并且還具有持續(xù)移動(dòng)的特性，這種動(dòng)態(tài)特性使得該網(wǎng)絡(luò)具有更高的效率。另外，在道路網(wǎng)絡(luò)的控制下，車載無(wú)線傳感器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可變性也相對(duì)較高，且信息的采集、傳輸會(huì)沿著交通網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行，因而在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，必須將這種移動(dòng)特性以及拓抖變化考慮在內(nèi)。

該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)還具有一大特點(diǎn)，那邊是大規(guī)模性。在大中城市交通網(wǎng)絡(luò)中，該網(wǎng)絡(luò)由上百萬(wàn)的車輛組成，但是節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)通訊卻只能局限在某些地區(qū)，因而通訊網(wǎng)絡(luò)又被分隔為不同的區(qū)域。但是即便是在局部，車輛在某段路中仍舊可以作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，這樣網(wǎng)絡(luò)中就會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)冗余，怎樣才能夠解決信息的冗余問(wèn)題，是當(dāng)前該網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中亟待解決的問(wèn)題。另外針對(duì)交通信號(hào)控制網(wǎng)絡(luò)中的大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)最需要進(jìn)行考慮的問(wèn)題之一便是如何均衡分配流量?？傊?，研究人員對(duì)于車載自組織網(wǎng)絡(luò)還需要進(jìn)一步研究，以此解決以下難題。

（1）高速變化性。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有的該特性是由于車輛在行駛過(guò)程中具有高速特征，并且車輛間也在進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因而就造成了在固定的道路交通網(wǎng)絡(luò)中，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一直處在頻繁的變化之中。

（2）網(wǎng)絡(luò)分隔頻繁。車輛在城市交通網(wǎng)中不斷的在移動(dòng)變化，因而車載自組織網(wǎng)絡(luò)也處在變化中，而不斷的被分隔組合，這就使得網(wǎng)絡(luò)被分成了多個(gè)部分。

（3）短時(shí)有效性。由于交通流在不斷的改變，因而網(wǎng)絡(luò)路徑的有效性相對(duì)較短。這也是由于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的快速變化所致，很多路由就會(huì)出現(xiàn)在使用前便失效的現(xiàn)象。

（4）數(shù)據(jù)傳輸分配問(wèn)題以及系統(tǒng)冗余過(guò)大的問(wèn)題。同一時(shí)間地點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)同時(shí)出現(xiàn)數(shù)十輛采集車傳輸?shù)慕煌餍畔⒌默F(xiàn)象，但是信息的來(lái)源渠道會(huì)有所差異。

2 優(yōu)化控制

控制城市交通網(wǎng)絡(luò)，首先需要對(duì)城市交通網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行智能化控制，這是目前所建設(shè)的智能交通工程的主要目的，而對(duì)交通信號(hào)的控制是城市智能交通的前提條件，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)化的管理系統(tǒng)完成城市交通信號(hào)的控制。由于城市交通是環(huán)境、道路以及車流和人流的集成體，具有高度復(fù)雜性，且在交通系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中還存在不確定性以及動(dòng)態(tài)性等特點(diǎn)，這種分布式的大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)致使交通信號(hào)控制具有相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。城市交通路口信號(hào)裝態(tài)的控制，以及對(duì)信號(hào)進(jìn)行配時(shí)等措施可以對(duì)城市交通延誤現(xiàn)象予以控制，并且通過(guò)這種路口交通信號(hào)的控制調(diào)整可以有效提高交通系統(tǒng)運(yùn)行效率，因而針對(duì)城市交通擁堵，交通信號(hào)控制成為了最為有效的方式。

交通信號(hào)燈最初僅僅采用了固定配時(shí)的方式進(jìn)行控制，屬于自動(dòng)控制，通過(guò)這種方式在最初時(shí)作用顯著，因?yàn)槟菚r(shí)的交通流量相對(duì)較小。但是隨著城市的發(fā)展，交通流量的增大，以及交通流隨機(jī)性的增強(qiáng)，這種單一固定的控制方式已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)城市的發(fā)展。而多時(shí)段的靈活配時(shí)方案成為了當(dāng)前適用最為廣泛的方式，并卻帶了固定配時(shí)控制器。

另外，現(xiàn)代化的交通控制系統(tǒng)還需要針對(duì)混合型的交通模型進(jìn)行精確的理論分析，以便保證對(duì)道路交通的了解，使得控制結(jié)果更加的可靠。同時(shí),城市交通網(wǎng)絡(luò)具有的隨機(jī)不確定性也增加了交通信號(hào)控制的難度,如何增強(qiáng)交通信號(hào)控制系統(tǒng)的自適應(yīng)能力,是智能交通網(wǎng)絡(luò)研究的又一個(gè)難點(diǎn)。

3 滿足演示約束

從本質(zhì)上來(lái)看,交通流是短時(shí)非定常流動(dòng),城市交通網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)交通配流是以時(shí)刻變化的交通需求為對(duì)象進(jìn)行交通流的動(dòng)態(tài)分配。所以,動(dòng)態(tài)的分析交通流的形成、傳播和消失的機(jī)理是必需的。對(duì)短時(shí)非定常的城市交通流進(jìn)行實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)分析,才能對(duì)城市交通網(wǎng)絡(luò)中的各種各樣隨機(jī)產(chǎn)生的城市交通流現(xiàn)象進(jìn)行更精確、更廣泛地描述,這是對(duì)交通需求和交通網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析的重要部分。對(duì)于實(shí)時(shí)的交通流分析,實(shí)際路段出行阻抗函數(shù)描述的準(zhǔn)確性,起著極其關(guān)鍵的作用?？紤]當(dāng)前路段的流量-時(shí)間函數(shù)關(guān)系,結(jié)合當(dāng)前路段車流的流入流出來(lái)準(zhǔn)確描述出行阻抗,是交通誘導(dǎo)所需要解決的最基礎(chǔ)的問(wèn)題?？偟膩?lái)說(shuō),交通管理者的目的是：（1）最小化整個(gè)交通網(wǎng)中總的車輛行駛時(shí)間；（2）最小化每個(gè)車輛出行費(fèi)用；（3）最小化平均擁擠程度；（4）最小化整個(gè)城市交通網(wǎng)絡(luò)的總延誤時(shí)間等。

由上所述可以看出,大規(guī)模路網(wǎng)的交通流分配問(wèn)題可轉(zhuǎn)變?yōu)閮?yōu)化問(wèn)題來(lái)分析求解。隨著研究的深入,最優(yōu)控制的理論和數(shù)學(xué)規(guī)劃已經(jīng)日趨成熟,部分模型的計(jì)算’和分析也變得日趨容易,但存在的最大不足是對(duì)于大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)缺少求解的有效一般性算法,其最優(yōu)求解過(guò)程通常是一個(gè)NP難問(wèn)題。

因此，在現(xiàn)代城市交通管理中，智能化管理手段已經(jīng)成為了時(shí)代主流，也成為了交通信號(hào)的控制系統(tǒng)以及誘導(dǎo)系統(tǒng)之間的基礎(chǔ)組成，在對(duì)交通控制影響進(jìn)行深入考慮的同時(shí)，對(duì)交通管理進(jìn)行優(yōu)化，協(xié)調(diào)統(tǒng)一誘導(dǎo)與控制兩大系統(tǒng)。因而城市交通流誘導(dǎo)工作中最為重點(diǎn)的內(nèi)容便是如何才能夠在誘導(dǎo)工作和控制工作之間形成協(xié)調(diào)統(tǒng)一的狀態(tài)，如何精確的有效的對(duì)運(yùn)行信號(hào)進(jìn)行控制，同時(shí)也能夠滿足用戶出行需要。這些還需要交通部門的工作人員進(jìn)一步予以研究。

[1]譚裕安，翦俊.城市道路交通流實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制技術(shù)[J].現(xiàn)代交通技術(shù)，2009（01）.

[2]馬壽峰，李艷君，賀國(guó)光.城市交通控制與誘導(dǎo)協(xié)調(diào)模式的系統(tǒng)分析[J].管理科學(xué)學(xué)報(bào)，2003（03）.

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