西安市道路十字交叉口交通擁堵研究

【摘要】城市交通擁擠問(wèn)題的一個(gè)原因是十字交叉口紅綠燈控制不合理造成。城市道路交通的隨機(jī)性、復(fù)雜性和不確定性較強(qiáng)，傳統(tǒng)使用的控制理論和控制方式已達(dá)不到滿意的控制效果，改善交通狀況需要對(duì)路口交通狀況進(jìn)行調(diào)查和分析，構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，改善路口通行能力。

【關(guān)鍵詞】十字交叉口；交通信號(hào)；模糊控制；智能控制系統(tǒng)

一、十字交叉口控制的研究現(xiàn)狀

國(guó)外的交通信號(hào)控制系統(tǒng)比較典型的有英國(guó)交通與道路研究所研制的TRANSYT系統(tǒng)和澳大利亞研發(fā)的SCATS系統(tǒng)等。英國(guó)的TRANSYT系統(tǒng)是目前最成功，澳大利亞的SCATS系統(tǒng)的控制格局選用分層模型，結(jié)構(gòu)和控制方法很容易改變。我國(guó)研究起步較晚，目前主要采用的控制系統(tǒng)融合了各種控制系統(tǒng)，與外國(guó)研發(fā)的相比，性能差，亟需完善。

二、西安市交叉路口交通狀況調(diào)查與現(xiàn)狀分析

西安市十字交叉口眾多，以位于經(jīng)開區(qū)的文景路與鳳城七路十字交叉路口為例進(jìn)行研究。作為一條主要道路，交通流中車型混雜，而交叉口采用的是定時(shí)控制方式，不夠靈活。該交叉口高峰期各方向直行車流量都非常大，選用模糊智能控制方法應(yīng)該能起到有效的作用。本文對(duì)該交叉口進(jìn)行結(jié)合模糊控制的控制策略的研究。通過(guò)設(shè)計(jì)模糊控制器，根據(jù)實(shí)時(shí)釆集的車流量數(shù)據(jù)信息，通過(guò)模糊邏輯運(yùn)算，實(shí)時(shí)響應(yīng)交通流變化，轉(zhuǎn)換信號(hào)燈控制時(shí)間。

三、十字交叉口交通信號(hào)模糊控制器設(shè)計(jì)

模糊控制理論是建立在嚴(yán)格數(shù)學(xué)基礎(chǔ)之上的用于描述和處理人類模糊語(yǔ)言的理論，為計(jì)算機(jī)識(shí)別模糊語(yǔ)言做了準(zhǔn)備。模糊控制器根據(jù)當(dāng)前綠燈時(shí)的排隊(duì)車輛，在綠燈時(shí)間即將結(jié)束時(shí)做出延長(zhǎng)綠燈時(shí)間或者轉(zhuǎn)換相位的決策。模糊控制器結(jié)構(gòu)如下圖所示：

交叉口信號(hào)配時(shí)應(yīng)該由實(shí)際車流量來(lái)確定，因此模糊控制的思路是基于當(dāng)前綠燈相位的車輛排隊(duì)數(shù)，然后推理出綠燈延時(shí)。在當(dāng)前相位的車輛排隊(duì)數(shù)較后繼相位偏多時(shí)，可考慮適當(dāng)延長(zhǎng)綠燈時(shí)間，反之則盡早轉(zhuǎn)換相位。具體步驟如下：

首先初始化，根據(jù)實(shí)際情況，確定車道最大排隊(duì)車輛數(shù)Qmax，最小綠燈時(shí)間Tmin，最大綠燈時(shí)間Tmax，最大綠燈延時(shí)時(shí)間Tmax-Tmin，累計(jì)綠燈時(shí)間Tt；然后賦予初始相位最小綠燈時(shí)間Tmin；在綠燈時(shí)間即將結(jié)束時(shí)，通過(guò)線圈檢測(cè)本相位車輛排隊(duì)數(shù)及下一相位車輛排隊(duì)數(shù)；將兩個(gè)車輛排隊(duì)數(shù)作為模糊控制器的輸入，得到當(dāng)前相位的綠燈延時(shí)時(shí)間DT（Tt=Tmin+DT）。當(dāng)DT不為0時(shí)，如果0Tmax-Tmin，則延長(zhǎng)綠燈時(shí)間DT=Tmax-Tt并返回step3；當(dāng)DT為0時(shí)，執(zhí)行下一步；進(jìn)行換相位控制，返回Step3并賦予最小綠燈時(shí)間Tmin。

基于以上的模糊算法設(shè)計(jì)，進(jìn)行具體的算法設(shè)計(jì)。首先進(jìn)行模糊化，高斯型隸屬度函數(shù)曲線形狀平緩，控制特性也較平緩，穩(wěn)定性好，是描述模糊子集合的合理形式。

采用的隸屬度函數(shù)，其計(jì)算如式1所示。

經(jīng)過(guò)模糊推理得到模糊子集，需要轉(zhuǎn)變成精確的控制量。根據(jù)以上過(guò)程，可得到在不同綠燈相位和紅燈相位的排隊(duì)車輛數(shù)控制下的綠燈延時(shí)時(shí)間值，列舉部分如表2所示。由表2可知，當(dāng)綠燈相位排隊(duì)車輛數(shù)QG較大，紅燈相位排隊(duì)車輛數(shù)QR較小時(shí)，表明當(dāng)前綠燈相位的車輛較擁擠，需要適當(dāng)延長(zhǎng)綠燈時(shí)間；當(dāng)綠燈相位排隊(duì)車輛數(shù)QG較小，紅燈相位排隊(duì)車輛數(shù)QR較大時(shí)，表明后繼相位的等待車輛數(shù)較多，需要減少等待時(shí)間。

總結(jié)

針對(duì)十字交叉口的具體情況和交通流使用模糊控制策略對(duì)解決十字交叉口的擁堵問(wèn)題有一定的改善作用，但是由于城市交通的復(fù)雜性，隸屬度函數(shù)不好確定，這個(gè)問(wèn)題有待解決。

參考文獻(xiàn)

[1]陳虹.《城市路口交通信號(hào)的自適應(yīng)模糊控制策略研究》.信息工程及控制，西南交大學(xué).2010.

作者簡(jiǎn)介

戴豐澤，男、籍貫新疆烏魯木齊，出生年月1994年2月，研究方向：交通運(yùn)輸。