現(xiàn)代城市智能交通信號的控制系統(tǒng)研究

宋征宇

(航天科工廣信智能技術(shù)有限公司)

1 引言

當(dāng)前，城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，機(jī)動車保有量持續(xù)增加，交通擁堵已經(jīng)成為了我國各個城市面臨的主要課題。在公共交通系統(tǒng)中，交通信號具有不可替代的作用，能夠?qū)囕v和行人的交通行為進(jìn)行合理有效的調(diào)整，保證城市交通秩序。目前，很多地區(qū)交通信號控制系統(tǒng)相對落后，在實際應(yīng)用過程中經(jīng)常出現(xiàn)各類問題，為此應(yīng)當(dāng)全面加強(qiáng)交通信號系統(tǒng)的研究，積極引入智能化的交通信號控制系統(tǒng)，不斷提高交通調(diào)節(jié)能力，促進(jìn)我國城市交通壓力的全面緩解，滿足人們工作生活的需求。

2 現(xiàn)代城市智能交通信號控制系統(tǒng)概述

2.1 現(xiàn)代城市智能交通信號控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

智能化的交通信號控制系統(tǒng)能夠通過彼此相互關(guān)聯(lián)的智能體對城市較為復(fù)雜的交通控制要求進(jìn)行全面有效的控制和管理，并且能夠從全局的角度完善城市地區(qū)的交通總體規(guī)劃，完成設(shè)計的各項任務(wù)目標(biāo)。智能交通信號控制系統(tǒng)主要包括擁堵管控、仿真動態(tài)路徑、系統(tǒng)建模和管理等方面的內(nèi)容。在實際運(yùn)用該系統(tǒng)的過程中，除對局部交通系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化之外，還需要操作人員掌握整體控制策略，提高管理效率，促進(jìn)交通協(xié)調(diào)疏導(dǎo)管理水平的全面提高[1]。

傳統(tǒng)的城市交通管理系統(tǒng)主要采用SCOOT系統(tǒng)、SCATS系統(tǒng)和TUC系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)模型能夠有效的處理部分地區(qū)的交通擁堵狀況，但隨著城市規(guī)模的持續(xù)擴(kuò)大，管控路口數(shù)量限制增加，傳統(tǒng)的管理模式已經(jīng)無法滿足當(dāng)前的需求，也無法實施管控和數(shù)據(jù)及時傳輸。為有效解決城市地區(qū)交通擁堵的問題，智能化交通信號控制系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，對城市交通狀況的改善具有重要作用。

2.2 智能交通信號控制系統(tǒng)的點控制和子系統(tǒng)

智能交通信號控制系統(tǒng)涉及內(nèi)容較為復(fù)雜，需要通過內(nèi)部不同子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)配合完善城市地區(qū)各個路段的管理，同時，需要妥善處理交通密度、平均車速、交通流量、通行能力、最大交通飽和量等因素之間的關(guān)系。目前，城市交通信號能夠?qū)我皇致房诘慕煌顩r進(jìn)行全面有效的控制，但系統(tǒng)缺少靈活性，無論路口交通狀況如何，交通信號始終恒定不變[2]。智能交通信號控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)點控制，依據(jù)路口的車流量和人流量及時對信號進(jìn)行調(diào)整，增加相位在單一路口的數(shù)量，調(diào)節(jié)綠色信號燈的比例，保證路口的交通暢通。

3 現(xiàn)代城市智能交通信號控制系統(tǒng)的基本技術(shù)

3.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)主要是依據(jù)人類自身具備的經(jīng)驗、知識以及大腦的特定結(jié)構(gòu)機(jī)理對系統(tǒng)實施控制的操作方法。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)具備良好的智能型，可以有效解決不確定的以及非線性的復(fù)雜系統(tǒng)控制，同時，具備較強(qiáng)的學(xué)習(xí)以及修正能力，在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中離散性的分布和儲存，能夠?qū)崿F(xiàn)對無法建模以及非線性控制系統(tǒng)的有效映射，適合應(yīng)用于無法利用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行準(zhǔn)確建模的交通系統(tǒng)中。同時，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)無法及時確定初始權(quán)值，學(xué)習(xí)時間較長，不具備實效性，對硬件的各種設(shè)備以及信號控制器有極高的要求，對實時變化的交通情況適應(yīng)能力存在不足。研究人員將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)與模糊控制系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)合，利用函數(shù)自動生成和自動提取功能，可以有效解決神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)學(xué)習(xí)能力不足的問題[3]。在實際操縱過程中，主要是利用信息處理單元實現(xiàn)各類數(shù)據(jù)的自動化處理。整個操縱過程中首先需要建立模糊的數(shù)學(xué)模型，形成神經(jīng)系統(tǒng)的模糊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行必要的訓(xùn)練。在完成上述操作后需要進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的實地采集，通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的精確計算，得出合理的交通模式，最終設(shè)計出紅綠燈系統(tǒng)的控制管理方案。

3.2 模糊控制技術(shù)

模糊控制不需要利用數(shù)學(xué)模型，能夠通過對人腦的有效模擬，實現(xiàn)準(zhǔn)確的判斷以及推理，并能夠用較為自然的語言將人類的常識和主要經(jīng)驗進(jìn)行全面準(zhǔn)確的表達(dá)，最終建立起適合計算機(jī)進(jìn)行處理的模型結(jié)構(gòu)。在信號燈控制中引入模糊控制，能夠模仿交警指揮交通的經(jīng)驗，實現(xiàn)對交通的良好控制。模糊控制中最重要的系統(tǒng)是專家系統(tǒng)，主要包括推理機(jī)、知識數(shù)據(jù)庫及模型數(shù)據(jù)庫等，該系統(tǒng)具備處理大量知識和經(jīng)驗的能力，利用計算機(jī)和人工智能技術(shù)進(jìn)行推理判斷，進(jìn)而對人的決策過程進(jìn)行全面系統(tǒng)的模擬。專家系統(tǒng)充分利用各類知識對交通情況進(jìn)行核實以及預(yù)測，利用人機(jī)交互界面輸入各種用戶信息，形成計算機(jī)系統(tǒng)中的規(guī)范化表達(dá)，通過相關(guān)模塊的處理轉(zhuǎn)化為用戶能夠理解的表達(dá)形式。同時，模糊控制系統(tǒng)主要存在的不足之處為缺少系統(tǒng)的參數(shù)調(diào)整和建立方法，操縱過程主要依靠技術(shù)人員的經(jīng)驗進(jìn)行反復(fù)試驗，主觀性較強(qiáng)。在應(yīng)用過程中無法結(jié)合外界情況變化及時做出調(diào)整，這也導(dǎo)致系統(tǒng)控制的精度不足。

4 智能化交通信號燈控制方法

綜合應(yīng)用感應(yīng)線圈、視頻、微波等多種方式以及物聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)，實時采集路口及主干道交通流信息，實現(xiàn)交通運(yùn)行狀態(tài)的動態(tài)感知、交通擁堵情況的實時監(jiān)測與預(yù)警，為交通信息服務(wù)提供堅實的數(shù)據(jù)支撐。

當(dāng)控制路段存在車輛駛?cè)霑r，不考慮次路情況，一旦智能控制系統(tǒng)檢測到車輛信息，則需要將主路信號燈調(diào)整為綠色通行狀態(tài)，如存在持續(xù)經(jīng)過主路的車輛，則需要繼續(xù)將信號燈設(shè)置為綠燈，當(dāng)綠燈時間達(dá)到設(shè)計的最大數(shù)值后可將信號燈調(diào)整，次路設(shè)置為綠燈，達(dá)到最小設(shè)置時間后主路繼續(xù)為綠燈。在主路不存在車輛但次路存在車輛的情況下，將次路信號燈設(shè)置為綠燈，持續(xù)存在車輛時保證綠燈不變，一旦主路出現(xiàn)車輛，則應(yīng)當(dāng)在次路綠燈達(dá)到最小時長后調(diào)整為主路綠燈。紅綠燈的調(diào)整應(yīng)當(dāng)以主路為主，同時，給予次路必要的通行時間[4]。

同時，在控制設(shè)計過程中應(yīng)當(dāng)充分考慮非機(jī)動車和行人的通行狀態(tài)，合理設(shè)計綠燈的最短時間和最長時間。目前，綠波帶的線控制方法得到了廣泛應(yīng)用，在實際設(shè)計操作中，車輛以某種速度行駛，一旦在第一個路口遇到綠燈的情況，其余路口應(yīng)當(dāng)均為綠燈。后續(xù)車輛應(yīng)當(dāng)與前方車輛信號燈設(shè)置保持基本一致，形成綠色通道。如交通系統(tǒng)中不存在交叉路口和信號燈，則需要對周邊交通情況進(jìn)行詳細(xì)的分析，確定最為合理的控制方案，確保交通順利，實現(xiàn)城市交通狀況的全面改善[5]。

5 結(jié)語

智能交通信號控制系統(tǒng)對城市交通的發(fā)展具有重要作用，為此相關(guān)機(jī)構(gòu)應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)研究，結(jié)合城市情況設(shè)計合理的控制方案，促進(jìn)城市交通的全面發(fā)展。