基于事件驅(qū)動的城市交通信號控制實例研究

王大珊，王松浩，趙玉娟，饒眾博

(公安部道路交通安全研究中心)

1 研究背景

在當(dāng)今的城市交通系統(tǒng)管理中，信號控制是一個核心問題。當(dāng)前，國內(nèi)使用的交通信號控制系統(tǒng)大多數(shù)是從國外引進的。以北京為例，現(xiàn)使用中的交通信號機主要包括:SCOOT 系統(tǒng)的T700、T800、MCU－6 信號機;ACTRA 系統(tǒng)的2070 信號機。而從其信號機的數(shù)量及在北京的分布區(qū)域來看，北京市使用的信號機系統(tǒng)主要為SCOOT 系統(tǒng)和ACTRA 系統(tǒng)。

但是，理論研究中的諸多控制算法卻在實際應(yīng)用一直存在一定的障礙。就北京目前使用的交通信號機而言，如果需要更新控制算法，則必須對每臺信號機的控制程序進行修改及現(xiàn)場程序下載工作。這種模式工作量繁重，效率低下、可靠性差且較難保證更新周期。無法適應(yīng)不斷發(fā)展的交通信號控制策略及需求。

本文設(shè)計開發(fā)了一種交通信號機轉(zhuǎn)接器，其中轉(zhuǎn)接器通過交換機介入信號機網(wǎng)絡(luò)，獲取各個路口信號機及控制中心相關(guān)數(shù)據(jù)，同時轉(zhuǎn)接器本身充當(dāng)基于事件調(diào)度的交通信號發(fā)放平臺，從而在現(xiàn)有信號控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上實現(xiàn)平臺的實時仿真。在該交通信號控制平臺基礎(chǔ)上，本文設(shè)計一種有效地需求響應(yīng)數(shù)據(jù)流。該結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)方案切換、固定配時、感應(yīng)控制、干線協(xié)調(diào)、車輛優(yōu)先、極端狀態(tài)處理、車輛強制優(yōu)先等多種常見控制需求。將本文開發(fā)的系統(tǒng)用于實際道路中，實現(xiàn)了感應(yīng)控制功能和干線協(xié)調(diào)控制功能。

2 接入模式

為檢測該系統(tǒng)的實際運行效果，本文設(shè)計開發(fā)一種交通信號機轉(zhuǎn)接器。該轉(zhuǎn)接器通過交換機介入信號機網(wǎng)絡(luò)，獲取信號機及控制中心相關(guān)數(shù)據(jù)，同時轉(zhuǎn)接器本身實現(xiàn)基于事件調(diào)度的交通信號發(fā)放平臺，從而在現(xiàn)有信號控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上實現(xiàn)平臺的實時仿真系統(tǒng)。

結(jié)合北京市交通流特點及信號機分布情況，選取景山公園地區(qū)的6 臺信號機作為測試。如圖1 所示。其中，數(shù)字1 ～6 表示六個測試路口，每個路口各有一臺信號機;字母a、b、c、d 等表示該路口的相位。路口6 東西方向有獨立的左轉(zhuǎn)相位，用a－2、b－2 表示。

圖1 測試區(qū)域

景山公園地區(qū)位于北京市二環(huán)以內(nèi)，是商業(yè)旅游的中心。該區(qū)域信號機先采用多種形式的控制模式以滿足交通需求的不斷變化。目前，路口1 ～4 使用干線協(xié)調(diào)控制模式;路口5 使用感應(yīng)控制模式;路口6 東西方向提供基于固定配時的公交優(yōu)先控制策略。

下面通過設(shè)計解析器規(guī)則，在轉(zhuǎn)接器上實現(xiàn)上述區(qū)域的交通信號控制策略在線仿真。

3 解析器設(shè)計

在該交通信號控制平臺基礎(chǔ)上，本文設(shè)計一種有效地Request 數(shù)據(jù)流。該結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)方案切換、固定配時、感應(yīng)控制、干線協(xié)調(diào)、車輛優(yōu)先、極端狀態(tài)處理、車輛強制優(yōu)先等多種常見控制需求。

該設(shè)計中使用了系統(tǒng)提供了兩類優(yōu)先區(qū)域，由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可知，任何請求均受到安全約束及沖突約束、過渡時間約束和最小綠約束;緊急相位請求不受相位最大綠約束，包括緊急請求(Preemption)、特殊狀態(tài)請求(Special Status)、相位存在(跳過)請求(Presence);一般相位請求受請求相位最大綠約束限制，包括車輛優(yōu)先請求Priority、協(xié)調(diào)請求Coordination、感應(yīng)請求Actuation;方案修正請求包括方案參數(shù)修改請求和方案更換請求兩類

在上述解析規(guī)則下，該信號控制平臺可以有效地實現(xiàn)感應(yīng)控制、感謝協(xié)調(diào)控制、緊急車輛請求和優(yōu)先車輛請求等基礎(chǔ)功能。同時在該信號控制結(jié)構(gòu)為其他智能控制算法提供有效地移植平臺。將該解析規(guī)則集在景山公園區(qū)域轉(zhuǎn)接器中實現(xiàn)，通過定義不同的事件，得到有效地實時在線仿真系統(tǒng)，下面從不同控制需求闡述具體事件定義及解析規(guī)則參數(shù)設(shè)計。

4 景山區(qū)域信號控制功能實現(xiàn)

4.1 感應(yīng)控制路口－5

路口5 為典型3 相位兩階段控制方案，每個相位各有一個停止線檢測器和遠端綠延時檢測器。如圖2 所示。

圖2 路口5 相位及檢測器示意圖

該路口的感應(yīng)控制可通過定義兩類Request 得以實現(xiàn)。6 個檢測器均作為IO 信號輸入，檢測器高電平分別定義八個事件，停止線檢測器事件解析為Presence 請求，而遠端檢測器解析為Actuation 請求。

Presence 類數(shù)據(jù)定義如下，其中i =1，2，3 表示1 ～3 號檢測器。

兩類請求在Dispatcher 內(nèi)有調(diào)度機制決定是否存在相位申請或者綠延時申請并調(diào)整執(zhí)行狀態(tài)。這樣即可實現(xiàn)一般感應(yīng)控制。而通過修改Request(Presence)生成規(guī)則，生成請求為是否跳過某相位，則可將其變?yōu)橹鞲傻篱L期獲得通行權(quán)，輔道申請獲得通行權(quán)的模式。

4.2 公交優(yōu)先路口－6

路口6 實現(xiàn)東西方向上的公交車輛優(yōu)先功能。該路口時8 相位三階段的控制方案。東西向由獨立的左轉(zhuǎn)相位，在東西入口方向上假設(shè)有公交車輛RFID 檢測設(shè)備，以檢測公交車輛的到達時刻。

緊急請求通過Request(Preemption)實現(xiàn)了車輛優(yōu)先請求通過Request(Priority)實現(xiàn)。這個實現(xiàn)原理類似，但對應(yīng)優(yōu)先級不同。

根據(jù)路口公交優(yōu)先需求，定義4 類事件，其中i=1，2，3，4 分別對應(yīng)a，a－2，b，b－2 的公交車輛。

對應(yīng)的解析規(guī)則可表示為

5 總 結(jié)

為解決在城市交通信號控制研究方面，理論與現(xiàn)實脫節(jié)的現(xiàn)象，本文基于事件驅(qū)動模型，開發(fā)了一個新型交通信號控制系統(tǒng)，并設(shè)計了轉(zhuǎn)接器、解析器。將其用于實際道路中，實現(xiàn)了感應(yīng)控制功能和干線協(xié)調(diào)控制功能

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