探討單交叉口交通信號(hào)燈的實(shí)時(shí)自適應(yīng)控制策略

毛忠峰 崔祺

摘 要 本文通過介紹交叉路口位置交通流動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型，具體分析信號(hào)燈時(shí)間長度優(yōu)化管理，研究路口位置交通信號(hào)的點(diǎn)控方式、線控方式和面控方式三者有效配合的自適應(yīng)管理控制方式，為達(dá)到城市內(nèi)部智能交通控制系統(tǒng)提供積極的參考。

關(guān)鍵詞 單交叉口;交通信號(hào)燈;自適應(yīng)控制

交通系統(tǒng)作為一個(gè)具有非線性隨機(jī)性特點(diǎn)的開放的復(fù)雜電子系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)維數(shù)很高，再由于人的廣泛參與，對系統(tǒng)開展有效控制屬于十分復(fù)雜的問題。先進(jìn)的自適應(yīng)交通控制方式能夠有效改變傳統(tǒng)的在路口控制過程中按照定時(shí)控制為主的管理方式，而是按照交叉路口位置圖像檢測設(shè)備能夠得到的實(shí)時(shí)交通流量信息，有效提取道路南北方向情況和東西方向情況的車輛實(shí)際長度，然后準(zhǔn)確比較一定交通范圍內(nèi)存在排隊(duì)的具體車輛長度，獲取車流量情況與時(shí)間長度的某種線性數(shù)量關(guān)系，根據(jù)這種函數(shù)關(guān)系，實(shí)施自動(dòng)調(diào)整后當(dāng)?shù)啬硞€(gè)單交叉口位置的紅綠燈時(shí)間長度關(guān)系，達(dá)到優(yōu)化配置當(dāng)?shù)亟煌ü芾淼哪康摹?/p>

1 交叉路口位置交通流動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型

根據(jù)兩相單交叉路口位置，在每個(gè)交通方向入口正上方處具體安裝一個(gè)實(shí)時(shí)攝像頭，用于檢測路口一定范圍中的道路東西方向、道路南北方向的實(shí)時(shí)車輛等待情況。高清攝像頭實(shí)時(shí)采集的路口車流量圖片信息內(nèi)容，采取圖像邊緣處理方式，得到相應(yīng)灰度圖，開展計(jì)算路口車流量的實(shí)際長度。按照當(dāng)?shù)剀囕v排隊(duì)具體長度等實(shí)際信息，不斷調(diào)整道路東西方向與道路南北方向的路口紅綠信號(hào)燈的時(shí)間長度比例，防止十字路口位置某方向出現(xiàn)沒有車輛等待而長期處于一直放行的情況，同時(shí)道路另一方向存在車輛擁堵，通行等待時(shí)間過長等問題。有效縮短車輛等待的實(shí)際時(shí)間，不斷優(yōu)化兩個(gè)道路方向的信號(hào)燈時(shí)長配比，達(dá)到兩相單交叉路口位置信號(hào)燈的科學(xué)控制與放行，實(shí)現(xiàn)有效緩解當(dāng)?shù)亟煌▔毫1]。

假設(shè)路口圖像采集過程的有效范圍達(dá)到100米，綠燈部分放行時(shí)間長度最小為18秒，綠燈部分放行時(shí)間長度最大為60秒，某道路方向?qū)嶋H等待放行的路口車流量長度情況為L。道路東西與道路南北方向的路口交通放行規(guī)律見下面。①每個(gè)路口位置的綠燈部分最短時(shí)間長度等于18秒，綠燈部分最長時(shí)間長度等于60秒。②路口初始狀態(tài)：道路南北方向正處于實(shí)時(shí)放行狀態(tài)，按照零時(shí)刻開始計(jì)算，且時(shí)間長度具體設(shè)置為18秒。③此時(shí)，路口圖像采集到道路南北方向100米范圍內(nèi)，實(shí)際等待的具體車流量長度等于100，同時(shí)道路東西方向的具體車流量情況相對比較少，那么綠燈部分放行時(shí)間長度自動(dòng)優(yōu)化調(diào)整為60秒。④道路東西方向的具體車流量長度情況為L，假定L0等于60，如果符合L大于L0，則實(shí)時(shí)調(diào)整為道路東西方向持續(xù)放行，而道路南北方向應(yīng)該停止進(jìn)行通行。如果出現(xiàn)L

2 信號(hào)燈時(shí)間長度優(yōu)化管理

兩相十字路口位置車流變化速度快，同時(shí)因?yàn)闅鉁厍闆r、光照情況等自然環(huán)境因素及當(dāng)?shù)厝藶榈慕煌ㄜ囕v變道情況或者搶道情況等直接干擾，造成路口車流量信息的有效捕捉及改進(jìn)優(yōu)化存在著大量不穩(wěn)定性的影響因素。根據(jù)不同的交通車流條件，一般選用不同的交通控制方案，比較常用的幾種管理方法如下[2]。①對交通信號(hào)周期進(jìn)行控制優(yōu)化;②對交通相位信號(hào)配時(shí)過程進(jìn)行控制優(yōu)化;③對交通周期和交通相位信號(hào)配時(shí)過程同時(shí)進(jìn)行控制優(yōu)化，包括交通相位信號(hào)改變順序的控制優(yōu)化;④綜合進(jìn)行交通控制優(yōu)化，主要根據(jù)交通流高峰期中的整個(gè)通行時(shí)間段。

目前，根據(jù)城市內(nèi)部交通網(wǎng)絡(luò)情況的優(yōu)化控制研究工作，基本是按照城市內(nèi)部交通網(wǎng)絡(luò)情況的交通流實(shí)時(shí)分配進(jìn)程進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，或按照當(dāng)?shù)爻鲂姓咂鹩欬c(diǎn)位置之間路徑根據(jù)時(shí)間最短優(yōu)化管理控制原則，或是根據(jù)城市內(nèi)部流通能力保持最大原則的路口交通流分配優(yōu)化管理控制等比較傳統(tǒng)的改進(jìn)方法。然而目前路口交通的現(xiàn)狀存在時(shí)間長度分布不均，造成路口交通遲滯情況十分嚴(yán)重，路口車輛實(shí)際等待的時(shí)間長度過長，因此需要采取自適應(yīng)優(yōu)化改進(jìn)控制方法，也就是自動(dòng)調(diào)整改變交通信號(hào)燈的配時(shí)長度比例關(guān)系。為了有效保證交通車輛正常通過當(dāng)?shù)厥致房?，防止出現(xiàn)開車人員產(chǎn)生煩躁情況或存在誤認(rèn)為當(dāng)?shù)責(zé)羯刂乒ぷ饕呀?jīng)失效的情況，要求兩相交通路口位置信號(hào)燈的實(shí)際周期應(yīng)超過36秒，同時(shí)不超過120秒范圍。因此，根據(jù)最小時(shí)間周期為36秒，最大時(shí)間周期為120秒，將道路東西方向與道路南北方向等綠燈部分通行最少時(shí)間長度等作為數(shù)據(jù)研究，實(shí)施自適應(yīng)配時(shí)方案分析。

以往的傳統(tǒng)交通路口位置信號(hào)燈采取的配時(shí)方法是要求每個(gè)方向的配時(shí)長度是固定不變的，也就是意味著兩個(gè)道路方向的路口位置最大交通通行能力保持相同。實(shí)際上，由于不同的交通時(shí)間段、不同條件的路況等外部因素，造成兩個(gè)方向存在的車流情況千差萬別。能夠按照這樣簡單可行的交通自適應(yīng)控制管理方案開展工作，不同于傳統(tǒng)的單片機(jī)形式，選取嵌入式系統(tǒng)一起構(gòu)成的路口交通信號(hào)控制器設(shè)備，實(shí)時(shí)有效采集路口排隊(duì)車流長度情況，從而得出一個(gè)當(dāng)?shù)赜行У呐抨?duì)長度值范圍。按照實(shí)時(shí)獲取的車隊(duì)長度情況，具體設(shè)定綠燈部分放行的時(shí)間長度，路口車隊(duì)長綠燈部分放行時(shí)間要求就長，相反就不斷減少[3]。

3 結(jié)束語

根據(jù)對交叉口位置的單點(diǎn)交通信號(hào)燈具有的特征開展分析研究，提出了一種合理有效的實(shí)時(shí)自適應(yīng)管理控制方式，能夠快速解決目前交通路口存在的擁堵、遲滯等問題。按照多個(gè)路口位置之間存在的自適應(yīng)時(shí)間長度配置工作，屬于多相情況、區(qū)域控制的實(shí)際問題，因此，深入分析研究路口位置交通信號(hào)的點(diǎn)控方式、線控方式和面控方式三者有效配合的自適應(yīng)管理控制方式，為達(dá)到城市內(nèi)部智能交通控制系統(tǒng)提供積極的參考。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫國棟，梁起. 道路交通信息采集器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2003，（5）：75-77.

[2] 李林，李福濤，臧明海. 淺述城市交通信號(hào)燈的設(shè)置要求及其施工要點(diǎn)[J]. 建筑與裝飾，2019，（1）：137，142.

[3] 劉南南，谷兆燦，孫慧敏，等. 基于單片機(jī)的智能交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 智慧工廠，2017，（9）：72-75.

作者簡介

毛忠峰，男，江蘇如東人;學(xué)士，科室主任，工程師，現(xiàn)就職單位：南京萊斯信息技術(shù)股份有限公司，研究方向：智能交通。