面向交通智能化的高速控制總線集成應(yīng)用研究

張輝軍，周 魯，張彥路

（克拉瑪依油城數(shù)據(jù)有限公司，新疆 克拉瑪依 834000）

隨著信息技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，智能交通系統(tǒng)已經(jīng)被研究并應(yīng)用到許多國(guó)家，其中作為ITS最重要的子系統(tǒng)之一的城市交通控制系統(tǒng)（UTCS）是研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。近年來(lái)，對(duì)UTCS的研究在中國(guó)和一些發(fā)達(dá)國(guó)家都得到了迅速的發(fā)展，隨著深入的研究，UTCS的研究領(lǐng)域比以前有所擴(kuò)大，不僅包括信號(hào)、信號(hào)控制設(shè)備和一些相關(guān)的安裝，還包括控制協(xié)作、控制模式、控制系統(tǒng)和系統(tǒng)控制優(yōu)化模型。盡管中國(guó)仍然是發(fā)展中國(guó)家，但十字路口經(jīng)常發(fā)生擁堵。本文介紹了一種分布式控制體系結(jié)構(gòu)的高速控制總線集成系統(tǒng)，用于區(qū)域事件響應(yīng)，基于信號(hào)控制的信息導(dǎo)航和交通控制管理。

1 城市交通控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架優(yōu)勢(shì)

MAS是基于分布式的，因此系統(tǒng)可以克服分散的區(qū)域和通信帶寬的限制。其次，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)資源共享，并且易于擴(kuò)展；第三，由于系統(tǒng)被分解并且輸入?yún)^(qū)域減少，因此該系統(tǒng)將比其他系統(tǒng)更簡(jiǎn)單和可靠。第四，該系統(tǒng)可以克服龐大的知識(shí)庫(kù)的構(gòu)建，并且可以通過(guò)相互協(xié)作和協(xié)調(diào)來(lái)避免管理擴(kuò)展的知識(shí)；最后，Agent本身具有一些屬性，例如：主動(dòng)性，推理性，計(jì)劃能力和合作性等，這些都是MAS的必要條件。因此，構(gòu)建基于Multi-Agent的UTCS是城市交通信號(hào)高速控制總線集成系統(tǒng)的最佳選擇。

2 總線控制系統(tǒng)的關(guān)鍵理論

2.1 交叉口信號(hào)控制代理的權(quán)限限制

通常，有三種處理方法來(lái)解決權(quán)限限制問(wèn)題：首先，每個(gè)路口都配備有多個(gè)Agent，每個(gè)Agent負(fù)責(zé)一個(gè)階段。在這種情況下，每個(gè)路口需要多個(gè)Agent配合，不同路口也需要配合，復(fù)雜度和計(jì)算量將大大增加，因此，整個(gè)系統(tǒng)的研發(fā)將比以前更加困難。其次，每個(gè)交叉路口僅配備一個(gè)特工，在這種設(shè)計(jì)方案中，每個(gè)智能體都具有協(xié)調(diào)一個(gè)交叉點(diǎn)不同階段利益的能力，基于對(duì)策理論和相關(guān)社會(huì)規(guī)則的不同Agent可以實(shí)現(xiàn)不同路口之間的協(xié)作。第三，每個(gè)代理負(fù)責(zé)一個(gè)分區(qū)，在這種情況下，每個(gè)特工都控制一個(gè)或多個(gè)路口。不同子區(qū)域之間的協(xié)作將通過(guò)不同的Agent相互協(xié)調(diào)來(lái)實(shí)現(xiàn)。而在這種方案中，必須首先分割受控區(qū)域，并且在該步驟完成的情況下，分割結(jié)果無(wú)法修改。圖1為典型的三級(jí)遞階協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)。

圖1 典型的三級(jí)遞階協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)

2.2 基于多主體的對(duì)策理論之間的合作

作為自治信號(hào)控制代理，有必要與其他代理合作解決復(fù)雜的問(wèn)題，以實(shí)現(xiàn)區(qū)域協(xié)調(diào)統(tǒng)一。對(duì)策理論的研究源于馮·諾依曼的使用理論，該理論基于使用集，即針對(duì)任何目標(biāo)g，以最大化Agenti的使用功能u（i，g），但不能最大化Agentj的使用功能u（j，g），在這種情況下的對(duì)策理論是必要的。

3 集成控制系統(tǒng)的預(yù)測(cè)算法

集成控制系統(tǒng)的預(yù)測(cè)算法如圖2所示。從圖2可以分為三個(gè)層次的預(yù)測(cè)：第一層次應(yīng)用于信息服務(wù)系統(tǒng)，以向旅行者提供交通狀況的相對(duì)建議，對(duì)于交警，上述信息用于調(diào)節(jié)相對(duì)信號(hào)的計(jì)時(shí)。除上述措施外，二級(jí)預(yù)報(bào)還用于喚醒精力以準(zhǔn)備應(yīng)急系統(tǒng)以應(yīng)對(duì)可能的事件。同時(shí)，需要第三次預(yù)報(bào)才能采取行動(dòng)以盡快解決緊急情況。利用該算法可以識(shí)別出交叉路口的兩種不同的交通擁堵，即發(fā)生擁堵和頻繁擁堵，此外，通過(guò)算法也可以確定確切的位置。因此，我們可以確定預(yù)測(cè)的級(jí)別，擁塞的類型和精確的擁塞交集，所有這些都是系統(tǒng)的重要因素。

圖2 自動(dòng)檢測(cè)算法

其中，T：時(shí)間；i：檢查站號(hào)；Q（i，t）：第i個(gè)檢查站在t處的交通流量；Q（i，t-1）：第i個(gè)檢查站在t-1處的交通流量；O（i，t）：第i個(gè)檢查站在t的占用率；O（i，t-1）：第i個(gè)檢查站在t-1處的占用率；v（i，t）：第i個(gè)檢查站在t處的速度；v（i，t-1）：第i個(gè)檢查站在t-1處的速度；q（i，t）：第i個(gè)檢查站在t的自由條件下的最小流量，該公式是McMaster算法的經(jīng)驗(yàn)公式，可以根據(jù)不同的條件進(jìn)行修改；q（i，t-1）：第i個(gè)i檢驗(yàn)站在t-1的自由條件下的最小流量；Tsu：自由條件下的速度門(mén)值；T0：自由條件下的占用門(mén)值；Tu：自由條件下交通流量的閘口值的百分比；Qs：擁塞前后相鄰時(shí)間的交通流閘值之差；Os：擁塞前后相鄰時(shí)間的占用門(mén)值之差；Vs：擁塞前后相鄰時(shí)間的速度門(mén)值之差。

4 交通智能化控制總線集成系統(tǒng)的應(yīng)用

4.1 交通突發(fā)事故緊急處理

如果道路路面因人為因素或者是自然因素導(dǎo)致一定程度的破壞，需要相關(guān)的專業(yè)人員進(jìn)行維修修復(fù)，保持其正常安全，此時(shí)需要建立一批專業(yè)的團(tuán)隊(duì)，在高速公路關(guān)鍵的出入口位置設(shè)置優(yōu)良的通信設(shè)備，能時(shí)刻與中心取得聯(lián)系。通過(guò)總線集成系統(tǒng)，高速公路上發(fā)生的任何緊急事態(tài)的信息數(shù)據(jù)都可以即刻傳輸?shù)浇K端進(jìn)行處理，全方位了解道路信息，作出相應(yīng)對(duì)策。

4.2 智能電子標(biāo)板

智能化交通公路上經(jīng)常設(shè)置智能電子標(biāo)板，采用的是電子視頻技術(shù)對(duì)來(lái)往的車(chē)輛進(jìn)行監(jiān)控，根據(jù)道路情況、天氣條件等不同因素的變化進(jìn)行處理。如果道路上發(fā)生了交通堵塞等情況，智能電子標(biāo)板就會(huì)將該條公路的速度降低，以應(yīng)對(duì)當(dāng)前的現(xiàn)狀。同時(shí)，駕駛員還能根據(jù)語(yǔ)音的提示獲取到不同路面信息的交通情況。表1表示當(dāng)前高速控制總線集成的應(yīng)用。

表1 當(dāng)前高速控制總線集成的應(yīng)用

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著基礎(chǔ)建設(shè)的進(jìn)一步深化，高速公路在緩解交通壓力、創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)等方面占有重要的位置，為了進(jìn)一步提高智能化交通的信息處理能力，需要建立完善的高速控制總線集成應(yīng)用，以適應(yīng)當(dāng)前公路的交通情況。