基于合理配時評估的交叉口信號燈管理系統(tǒng)

張曉云 崔明銳 王磊 孫立鵬

摘要：交通信號燈在城市交通管理中起著重要的作用。隨著城市迅速的發(fā)展，市區(qū)交通狀況日益嚴峻，對交通信號燈配時系統(tǒng)提出了更高的要求。傳統(tǒng)的交通配時系統(tǒng)主要關(guān)注一個特定路口的幾何形態(tài)，孤立考慮單個路口的配時問題，缺乏區(qū)域解決問題的理念。本文以GIS技術(shù)為依托，利用廣州市天河區(qū)道路交通流量作為實踐數(shù)據(jù)，建立一個區(qū)域性的信號燈配時系統(tǒng)。該系統(tǒng)能對區(qū)域中交叉口進行配時，對現(xiàn)有的方案以及計算得出的方案進行評估并存儲交通數(shù)據(jù)，并以可視化的方法呈現(xiàn)配時結(jié)果供用戶分析。

關(guān)鍵詞：交叉口;信號燈配時;地理信息系統(tǒng)

引言

傳統(tǒng)的交叉口配時系統(tǒng)，一般利用道路的幾何平面數(shù)據(jù)與交通流量信息為輸入信息，雖然這類系統(tǒng)能夠針對一個交叉口進行十分詳盡精確的配置，并提供一些基本的模擬功能。但是往往只注重了局部、對路口與路口之間、路口與地理事物之間的聯(lián)系多有忽略，缺乏整體性和系統(tǒng)性考慮問題，也導致交通配時模型中難以反映實際交通狀況，整體配時效果不明顯。

1.系統(tǒng)設(shè)計原理

系統(tǒng)最核心要解決一下若干個問題：

（1）根據(jù)一個交叉口的車流量，進行交通信號燈配時。并根據(jù)廣州市天河區(qū)的實際狀況，對這種配時方法進行修正。

（2）根據(jù)配時方案，對當前路口的交通狀況進行評估。

（3）根據(jù)各個路口的評估方案，對區(qū)域整體的交通狀況進行評估

本系統(tǒng)采用如下的指標來評估一個配時方案的優(yōu)劣：

道路通行能力（CAP）：CAP為在一定紅綠燈配時方案之下道路的通行能力。由于加入了紅綠燈，在信號控制交叉口，車輛只能夠在有效綠燈時間內(nèi)通過停車線。所以反映一個道路進口的某個方向的通行能力需要用CAP來表示。CAP=該方向的綠信比乘以飽和流量。

飽和率：如果以網(wǎng)絡(luò)流的觀點來觀察車流，交通燈口就相當于一個控制網(wǎng)絡(luò)流量的節(jié)點，定時把流往其他方向輸送。飽和率就是網(wǎng)絡(luò)流圖邊上的飽和百分比（實際流量/最大流量）。在實際交通數(shù)據(jù)中，飽和率有可能大于1，說明此時道路十分擁擠?？梢哉J為飽和率是在有信號燈的前提下的流量比。

平均每周停車次數(shù)：一個配時周期之中，車輛在信號燈前面停下來的次數(shù)。用于反映交通口的通行順暢情況。

排隊長度：用于評估在交通口之前各個轉(zhuǎn)向的車輛排隊的長度。

延誤：延誤是由于信號設(shè)置，一輛車在交叉路口可能耽誤的時間的數(shù)學期望值，單位為秒。本模型中算出來的是理論值，可能會與實際情況有所出入。

2.系統(tǒng)總體設(shè)計

本系統(tǒng)是基于.NET 的Win32的單機應(yīng)用程序。在Windows 7下，基于ArcEngine組件，使用Visual Studio 2008開發(fā)平臺，結(jié)合C#語言與.NET Framework 3.5進行開發(fā)。系統(tǒng)采用Access作為Geodatabase的載體，使用ArcEngine的相關(guān)數(shù)據(jù)庫函數(shù)與ADO.NET對數(shù)據(jù)庫進行操作。

3.數(shù)據(jù)庫設(shè)計

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫主要由兩部分組成，一部分是交通信息數(shù)據(jù)庫，主要存貯天河區(qū)的道路、交叉口和行人點等幾何信息及其屬性。一部分是配時數(shù)據(jù)庫模塊，存儲交叉口的配時方案，配時方案的評價信息。以及一些預定義的相位組合方案。

本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫使用Access MDB格式的Geodatabase進行存儲。

4.功能模塊實現(xiàn)

4.1 交通數(shù)據(jù)瀏覽

在本系統(tǒng)中，用戶能夠以幾何形式查看整個天河區(qū)的交通路網(wǎng)信息。用戶可以通過屬性查詢幾何數(shù)據(jù)，也可以通過在地圖上點選要素，來查看要素屬性，實現(xiàn)GIS的最基本功能，使用戶對整個區(qū)域的交通狀況有一個基本的了解。

4.2 交通數(shù)據(jù)管理

用戶能夠?qū)γ總€道路的信息進行修改。例如，為路口增加一個進口方向，改變該方向的屬性（例如行人過街信息，車流量，車道配置等等）。此外，軟件會對用戶給出的數(shù)據(jù)進行檢驗。如果用戶輸入過大的車流量數(shù)據(jù)，或者沒有輸入數(shù)據(jù)，那么系統(tǒng)會提示用戶數(shù)據(jù)有誤，在用戶修正數(shù)據(jù)之前不會保存數(shù)據(jù)。

4.3配時與方案評價模塊

根據(jù)用戶給出的交通流量信息，加上行人影響點對交通路口的影響，根據(jù)現(xiàn)有配時算法以及本系統(tǒng)所作的若干修正，進行配時。

4.4配時方案管理

用戶可以根據(jù)時段，對天河區(qū)整個路網(wǎng)的所有十字路口進行配時。并會返回各個路口的配時結(jié)果，成功、缺失數(shù)據(jù)或者失敗?？梢赃x擇把所有的配時方案保存在數(shù)據(jù)庫之中，或把數(shù)據(jù)庫中所有的配時方案刪除。

4.5總體交通狀況分析

系統(tǒng)能夠分時段地匯總天河區(qū)整個區(qū)域的交通狀況，把交叉口配時中最重要的指標延誤的分布反映到地圖之中。并提供基于延誤的匯總功能，使用餅狀圖顯示各種服務(wù)水平的路口占所有路口的百分比，在列表框之中顯示數(shù)量。讓用戶對整個區(qū)域的交通狀況有一個了解。

用戶可以在地圖上查看某個路口四個進口道的交通流量，來了解整個路網(wǎng)交通壓力。每次用戶需要查看車流量和流量比之前，系統(tǒng)會對交通數(shù)據(jù)進行匯總，存貯到數(shù)據(jù)庫之中，然后在地圖上使用一個小組件顯示。

5.結(jié)束語

綜上所述，本系統(tǒng)彌補了傳統(tǒng)配時系統(tǒng)的不足。傳統(tǒng)的配時系統(tǒng)只能夠針對一個路口進行配時，關(guān)注的僅僅是一個路口的車流量以及該路口的幾何形態(tài)對信號燈配時的影響。而本系統(tǒng)不僅僅關(guān)注這些因素，還額外考慮到其他地理因素。在本系統(tǒng)中主要考慮的是行人影響點對交通配時的影響。傳統(tǒng)的配時系統(tǒng)僅僅具有配時功能。其分析功能也僅僅局限于展現(xiàn)一些交通參數(shù)。而本系統(tǒng)則是結(jié)合了GIS，把配時方案的分析參數(shù)以地圖的形式展示在用戶面前。

本系統(tǒng)軟件使用標準的Windows界面表達視圖，組件位置安排合理，簡潔大方，簡便易用。本系統(tǒng)對計算機軟硬件要求不高，易于推廣。此外，在軟件編碼設(shè)計之中，界面中相當一部分的組件是應(yīng)用控件數(shù)組生成的，使界面的編碼工作量大大減輕，可維護性得到提高。以GIS技術(shù)為依靠，本系統(tǒng)不僅能夠為自動區(qū)域交叉口信號燈進行統(tǒng)一配時、分析，還實現(xiàn)了交通配時信號數(shù)據(jù)的存儲管理。因此，本系統(tǒng)對輔助交通行業(yè)專業(yè)用戶解決實際交通問題有一定的實際意義。

參考文獻：

[1]駱勇.城市道路信號交叉口配時系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計.計算機工程與應(yīng)用.2009（21）：229-231.

[2]毛漢穎，李曉萍.基于VB的道路交叉口定時信號配時軟件設(shè)計. 廣西工學院學報.2007（02）：62-65.