飽和情況下交叉口可變相位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：通過(guò)分析路口飽和情況下大路口車流擁堵的原因，設(shè)計(jì)了一種可變相位的模糊控制系統(tǒng)，可以根據(jù)各車道的車流情況確定系統(tǒng)的相位，根據(jù)放行相位的車輛數(shù)確定綠燈時(shí)間。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，路口擁堵多是因?yàn)橄辔唤惶鏁r(shí)的路口內(nèi)未通行車輛，所以設(shè)計(jì)系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)路口內(nèi)車輛情況，實(shí)時(shí)延長(zhǎng)路口清空時(shí)間。

關(guān)鍵詞：交叉口；單片機(jī)；控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：U491.51 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2018）04-0004-01

城市道路的擁堵多發(fā)生于交叉口，如果交叉口紅綠信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)置不合理，即便是通行能力較大的路口照樣容易擁堵。我國(guó)近年來(lái)機(jī)動(dòng)車數(shù)量發(fā)展迅速，尤其是在一些三線城市，城市擴(kuò)建的同時(shí)也伴隨著車輛保有數(shù)量的大幅增長(zhǎng)。受城市建設(shè)的限制，車輛的迅猛增長(zhǎng)給城市交通帶來(lái)了很大的壓力。一般來(lái)說(shuō)交叉口的擁堵多是因?yàn)檗D(zhuǎn)彎車輛和直行車輛的相互沖突。本文主要對(duì)交叉口通行能力分析的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種可變相位及延時(shí)時(shí)間的智能控制系統(tǒng)。

1 交叉口通行能力分析

交叉口的通行能力受路口寬度、車輛數(shù)量等影響。一般來(lái)說(shuō)越寬的路口通行能力越大，但是路口越寬，在路口內(nèi)能夠停留的車輛數(shù)越多，當(dāng)一個(gè)放行周期內(nèi)不能把當(dāng)次的車輛放行完全的話，停留車輛就會(huì)對(duì)下個(gè)放行相位的車輛產(chǎn)生影響，當(dāng)車輛數(shù)量超過(guò)路口通行能力的時(shí)候，就會(huì)造成交通擁堵。針對(duì)這種情況，通常在一個(gè)相位結(jié)束時(shí)，將各方向信號(hào)燈均設(shè)置為紅燈，這段時(shí)間為路口清空時(shí)間。但是該種設(shè)置的缺點(diǎn)是，在車輛較少時(shí)由于路口內(nèi)車輛能夠完全通行，額外的紅燈白白增加了車輛的等待時(shí)間[1]。

在交叉口，一般來(lái)說(shuō)右轉(zhuǎn)車不會(huì)對(duì)直行車輛產(chǎn)生影響，沖突主要是在左轉(zhuǎn)車和直行車輛之間。為了降低擁堵風(fēng)險(xiǎn)，有些路口設(shè)置為四相位，將每個(gè)方向的左轉(zhuǎn)相位和右轉(zhuǎn)相位分開(kāi)，從而避免了沖突。但是這樣的設(shè)置在車流量較少的時(shí)候反而會(huì)增加車輛的等待時(shí)間，造成交叉口通行能力降低。通過(guò)以上分析可以得出，單一模式的相位和延時(shí)設(shè)置不能滿足瞬息萬(wàn)變的交通變化的需要。

2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

針對(duì)上文的分析，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)可以根據(jù)各車道車輛數(shù)自適應(yīng)選擇相位數(shù)，根據(jù)放行車道的排隊(duì)數(shù)量決定放行時(shí)間，根據(jù)進(jìn)入路口和駛出路口的車輛差決定清空路口時(shí)間的交叉口智能控制系統(tǒng)[2]?？刂葡到y(tǒng)的原理圖如圖1所示。

其中，線圈檢測(cè)器需要在每條車道的進(jìn)口和出口均安設(shè)，控制器采用模糊單片機(jī)，雖然上圖標(biāo)明了有三個(gè)控制器，可是在實(shí)際中只需要1片單片機(jī)即可完成整個(gè)操作。線圈檢測(cè)器檢測(cè)的數(shù)據(jù)主要是各車道的排隊(duì)車輛數(shù)，將檢測(cè)到的放行相位車道的排隊(duì)車輛數(shù)和路口駛離的車輛數(shù)相減，即得到路口內(nèi)需清空車輛數(shù)。將各相位的排隊(duì)車輛數(shù)進(jìn)行模糊處理，得出車輛少、較少、多、較多、超多的模糊判斷，通過(guò)單片機(jī)模糊運(yùn)算得出信號(hào)燈的延時(shí)時(shí)間。其中，相位控制其部分負(fù)責(zé)在相位放行前完成是否將左轉(zhuǎn)和直行相位分開(kāi)的操作。具體的模糊控制設(shè)置過(guò)程可見(jiàn)參考文獻(xiàn)[3]。

3 控制過(guò)程及結(jié)果分析

其具體控制過(guò)程為：系統(tǒng)檢測(cè)放行方向等待的左轉(zhuǎn)車和直行車輛數(shù)確定是否將左轉(zhuǎn)和直行相位分開(kāi)，當(dāng)確定分開(kāi)時(shí)先放行直行車輛再放行左轉(zhuǎn)。每個(gè)相位結(jié)束，下個(gè)放行相位有5秒的待轉(zhuǎn)時(shí)間，在確定放行的相位后再根據(jù)放行相位的排隊(duì)車輛數(shù)確定具體放行時(shí)間。在交叉口的進(jìn)口和出口車道均埋設(shè)檢測(cè)線圈，根據(jù)進(jìn)路口和出路口的車輛差確定路口清空時(shí)間。

通過(guò)采集滄州市迎賓大道和九河西路交叉口下午五點(diǎn)到六點(diǎn)的交通流數(shù)據(jù)，在實(shí)驗(yàn)室建立仿真模型。通過(guò)仿真數(shù)據(jù)同實(shí)際測(cè)量現(xiàn)行交叉口信號(hào)燈控制下的交通情況對(duì)比，得出本文設(shè)計(jì)的控制器在路口交通流飽和情況下能夠有效減少車輛等待時(shí)間、降低交叉口擁堵風(fēng)險(xiǎn)，其控制效果要遠(yuǎn)優(yōu)于定時(shí)控制的信號(hào)燈。

4 結(jié)語(yǔ)

本文在分析大路口飽和流量情況下的擁堵因素的基礎(chǔ)上，結(jié)合滄州市實(shí)際路口交通流情況，設(shè)計(jì)了一種可以根據(jù)交通流情況改變相位數(shù)、延時(shí)時(shí)間和清空路口時(shí)間的信號(hào)燈控制系統(tǒng)。主要是為飽和交通流情況下的路口減少擁堵提供一種控制思路，由于篇幅原因具體的設(shè)計(jì)、運(yùn)算過(guò)程沒(méi)有給出。同實(shí)驗(yàn)室的仿真證明，這種思路設(shè)計(jì)的信號(hào)燈，能夠在相應(yīng)的路口，在對(duì)應(yīng)的擁堵時(shí)間段發(fā)揮重要作用，起到了設(shè)想的控制作用。

參考文獻(xiàn)

[1]李素蘭，張謝東，施俊慶，張莉.信號(hào)控制交叉口交通流建模與通行能力分析[J].公路交通科技，2017，（12）：108-114.

[2]劉小明，唐少虎，朱鳳華，陳兆盟.基于MFD的城市區(qū)域過(guò)飽和交通信號(hào)優(yōu)化控制[J].自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2017，（07）：1220-1233.

[3]王建強(qiáng)，張艷敏.單交叉口四相位模糊控制器的設(shè)計(jì)[J].河北工程技術(shù)高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2014，（03）：48-51.