城市智能交通系統(tǒng)交通流的協(xié)同優(yōu)化

近年來，城市化進程不斷加快，交通擁擠現(xiàn)象日益突出。目前各個國家應用的重要手段是通過使用智能交通系統(tǒng)對交通流進行控制，以緩解交通擁堵，提供暢通和有序的交通環(huán)境。基于此，文章對城市交通流控制的主要要素進行了分析，并對城市交通流協(xié)同優(yōu)化與誘導的設(shè)計方案進行了探討。

一、城市交通流控制的主要要素

（一）交叉路口

通常來說，在交叉路口附近的車道區(qū)域都會劃分出專門供車輛排隊等待的車道，即進口道。進口道一般可以分為直行車道、右轉(zhuǎn)車道與左轉(zhuǎn)車道三個部分，有時還會存在具有不同轉(zhuǎn)向車流的混合車道，它主要是由城市交通管理部門規(guī)定的。在實際的交通路網(wǎng)中存在著大量的平面交叉路口，這些交叉路口成為交通流的匯集和分流點。通過采用合理有效的控制方法對通行權(quán)進行分配，在時間和空間上，使發(fā)生沖突的交通流相互分離，使得交通車流安全高效地通過交叉路口，同時也使行人的通行得到保障。平面交叉路口根據(jù)交通流狀態(tài)可以采用不同的交通組織方式，例如采用信號燈、無信號控制和環(huán)形交通或人工指揮交通。目前各個城市中最常用的方式是使用信號燈對交通流進行控制的交通組織方式。

（二）信號燈控制

一般來說，城市交通燈信號主要分為三種，即紅色、黃色與綠色。另外，在現(xiàn)存的信號控制系統(tǒng)中，信號燈信號還包括向右轉(zhuǎn)、直行及向左轉(zhuǎn)的綠紅兩色的箭頭交通信號。在城市交通流控制中，交通信號控制器可以通過改變信號的相位差、綠信比和信號周期這三個參數(shù)的具體數(shù)值進行信號燈的信號控制。一些高性能的信號機還能夠?qū)崿F(xiàn)對相位數(shù)和相序的控制。

（三）道路路段

城市交通道路路段指的就是交叉路口間供車輛行駛的車道。一般來說，道路路段主要包括上游行駛區(qū)與下游排隊區(qū)兩個部分。在道路路段上，交通流的運動規(guī)律與流體的特征大致類似，因此，在描述道路路段的交通流時，采用離散系統(tǒng)模型顯然是不可取的，應當采用連續(xù)系統(tǒng)模型。對于城市道路交通信號控制交叉路口與匝道匯入點，需要描述該路口或交叉點狀態(tài)的變遷、變遷的條件和事件，如交通控制燈色的變換等。通過建立局部狀態(tài)與事件之間的關(guān)系，從而得到狀態(tài)轉(zhuǎn)移函數(shù)，這表示使事件發(fā)生的局部狀態(tài)或事件發(fā)生而引起的局部狀態(tài)的變化，并且需考慮到交通資源的共享與沖突。

二、城市交通流協(xié)同優(yōu)化與誘導的設(shè)計方案

（一）基于同心均衡分簇的數(shù)據(jù)收集和交通流預測

在整個智能交通控制中，對交通流數(shù)據(jù)的采集與處理是其關(guān)鍵環(huán)節(jié)，同時也是其實施的前提。一般來說，智能交通中數(shù)據(jù)的采集都是依靠車載傳感器網(wǎng)絡(luò)來進行的，車載傳感器網(wǎng)絡(luò)可以幫助車輛與車輛之間，車輛與基礎(chǔ)設(shè)施間進行良好的通訊。同時車載傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點也能感知到很多信息，滿足了道路交通中對各種信息大量采集的要求。大量移動車載傳感器節(jié)點采集到的信息十分巨大，在這些信息中又存在著大量重復和錯誤的信息，傳送這些信息既增加了通信量，耗費了通信能量，又大大降低了數(shù)據(jù)的處理效率。所以需要對采集后的數(shù)據(jù)進行處理，從大量數(shù)據(jù)中得到正確的數(shù)據(jù)。

（二）基于相鄰路口協(xié)同的交通信號控制優(yōu)化策略

交通燈的信號控制是交通流控制中最基本的一種控制方式。尤其在城市主干線交叉路口，交通燈通過信號的變化來對車流進行指揮與調(diào)度，以此影響道路的通行能力。例如，當某一路段一個方向的車輛較多，而另一方向的車輛較少時，就要對綠信比進行適當?shù)恼{(diào)整，延長等候車輛較多路段的綠燈信號時間，以減少車輛的等待時間，促進交通通行效率的有效提升。具體在什么情況下延長綠燈信號，到底延長多久時間，這都需要有一個合適的控制策略來決定。具體的策略如下：第一，定時控制。利用歷史數(shù)據(jù)，對一天中的某一個給定時間對每一車使用恰當?shù)膬?yōu)化算法，離線計算信號控制參數(shù)，然后將計算出的信號控制參數(shù)設(shè)置到信號機中，對交通流進行調(diào)控；第二，自適應控制。利用設(shè)置于交叉路口上游檢測器提供的交通數(shù)據(jù)來計算特定的性能指標在不同決策條件下的值，選擇性能好的決策分配信號燈控制參數(shù)；第三，基于智能控制理論的交通燈控制。利用歷史數(shù)據(jù)，對智能控制單元進行訓練，然后根據(jù)當前路口的交通信息，利用訓練過的智能控制單元做決策，選擇適當?shù)能嚨婪判校约按_定放行時間。城市交通網(wǎng)絡(luò)是一個控制節(jié)點眾多的復雜網(wǎng)絡(luò)，上述方法都只考慮了單獨一個路口的交通狀況，無法做到綜合考量整個交通路網(wǎng)車流量情況。針對這一問題，文章提出了一種分布式的協(xié)同優(yōu)化控制策略，使每個路口可以同時考慮周圍幾個路口的車流量密度，對一個區(qū)域的交通性能進行一個全面評估，從而使整個路網(wǎng)的車輛通行能力達到最大，等待時間最短。

三、結(jié)語

總的來說，城市的發(fā)展使得交通擁堵問題越來越嚴重，為了對城市交通流進行合理的控制，就要充分結(jié)合現(xiàn)代信息技術(shù)，通過智能交通系統(tǒng)來對城市交通流進行協(xié)同優(yōu)化，以提高城市道路的通行效率。（作者單位為湖南高速鐵路職業(yè)技術(shù)學院）