城市交通信號(hào)控制系統(tǒng)建設(shè)框架

安韶輝

摘 要：城市交通信號(hào)控制系統(tǒng)是智能交通系統(tǒng)的重要組成部分，也是城市交通管控的重要平臺(tái)之一。論文以西寧市交通現(xiàn)狀分析為基礎(chǔ)，提出了針對(duì)性的交通信號(hào)控制系統(tǒng)建設(shè)思路及框架，并設(shè)計(jì)了針對(duì)性的控制策略及控制方法，可為同類城市的交通信號(hào)控制系統(tǒng)建設(shè)提供參考。

關(guān)鍵詞：交通信號(hào)控制系統(tǒng);控制策略;瓶頸控制

0 引言

交通信號(hào)控制系統(tǒng)是城市道路交通管理中最基礎(chǔ)也是最重要的智能化應(yīng)用系統(tǒng)。交通信號(hào)控制系統(tǒng)具有調(diào)節(jié)分配交通需求、優(yōu)化時(shí)空資源配置、提升交通運(yùn)行效率、保證交通安全等重要作用。同時(shí)，交通信號(hào)控制系統(tǒng)獲取的交通流信息可以作為交通態(tài)勢(shì)監(jiān)控體系中交通流狀態(tài)判斷的重要信息源。城市交通集成指揮平臺(tái)也需要在集成交通信號(hào)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，在實(shí)行指揮調(diào)度、特勤任務(wù)時(shí)進(jìn)行交通信號(hào)控制。

交通信號(hào)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)建設(shè)與運(yùn)營(yíng)管理是與城市交通現(xiàn)狀、交通流運(yùn)行特征緊密相關(guān)的。本文針對(duì)西寧市城市交通的特點(diǎn)，提出了城市交通信號(hào)控制建設(shè)的框架體系，為城市交通信號(hào)控制系統(tǒng)的建設(shè)升級(jí)提供借鑒意義。

1 西寧市交通信號(hào)控制現(xiàn)狀

近年來，隨著西寧市城鎮(zhèn)化與機(jī)動(dòng)化的快速發(fā)展，城市交通擁堵問題日益突出。目前，西寧市主城區(qū)共設(shè)置約300處信號(hào)交叉口，大部分交叉口實(shí)現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)控制，同時(shí)存在多品牌、多型號(hào)等問題，導(dǎo)致集中聯(lián)網(wǎng)控制存在一定難度。在交通控制方式方面，大部分交叉口均未布設(shè)交通流檢測(cè)設(shè)備，導(dǎo)致大多采用多時(shí)段定周期的控制方式，未能全面實(shí)現(xiàn)感應(yīng)控制、自適應(yīng)控制、過飽和控制、特殊控制等功能。同時(shí)，也很難支撐區(qū)域控制、勤務(wù)控制、公交優(yōu)先控制等特殊控制方式。

交通信號(hào)控制方式的單一與設(shè)備故障率高維護(hù)不及時(shí)等問題，嚴(yán)重影響了交通信號(hào)控制系統(tǒng)效率的發(fā)揮，也進(jìn)一步加劇了城市交通擁堵狀況。因此，有必要結(jié)合現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)城市交通信號(hào)控制系統(tǒng)框架，制定合理針對(duì)性的控制策略，提升交通管控的水平。

2 西寧市交通信號(hào)控制系統(tǒng)框架

城市交通信號(hào)控制系統(tǒng)一般可以由兩個(gè)子系統(tǒng)組成，分別是智能信號(hào)控制子系統(tǒng)和前端輔助采集子系統(tǒng)。智能信號(hào)控制子系統(tǒng)一般由主控中心、路口交通信號(hào)控制機(jī)以及數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備等幾個(gè)部分組成。前端輔助采集子系統(tǒng)主要是對(duì)外場(chǎng)設(shè)備的管理并整理原有的數(shù)據(jù)采集設(shè)備和其他接入的檢測(cè)器，包括電子警察、地磁、雷達(dá)等設(shè)備，收集數(shù)據(jù)為智能信號(hào)控制系統(tǒng)提供支撐。系統(tǒng)整體架構(gòu)模式如下圖1所示。

西寧市交通信號(hào)控制系統(tǒng)采用路口控制級(jí)、區(qū)域控制級(jí)和指揮中心級(jí)三級(jí)控制。路口控制包括車輛檢測(cè)器、信號(hào)機(jī)和信息傳輸三個(gè)部分;區(qū)域控制包括區(qū)域控制機(jī);指揮中心控制包括控制計(jì)算機(jī)和統(tǒng)一管理平臺(tái)軟件。其架構(gòu)圖如圖2所示。

路口交通信號(hào)機(jī)及檢測(cè)器采集路口各檢測(cè)器提供的實(shí)時(shí)交通數(shù)據(jù)并加以初步分析整理，通過通信網(wǎng)絡(luò)傳送到上層控制機(jī)，用以調(diào)整配時(shí)方案;接收上層控制機(jī)的指令，控制本路口各個(gè)信號(hào)燈的燈色變換;在實(shí)施感應(yīng)控制時(shí)，根據(jù)本路口的交通需求，自主地控制各入口信號(hào)燈的燈色變換。

區(qū)域控制級(jí)監(jiān)控受控區(qū)域的所有路口信號(hào)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)路口交通信號(hào)控制機(jī)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，對(duì)路口交通信號(hào)機(jī)的工作狀態(tài)和故障情況進(jìn)行監(jiān)視。同時(shí)，通過人機(jī)會(huì)話對(duì)路口交通信號(hào)機(jī)進(jìn)行人工干預(yù)，監(jiān)視和控制區(qū)域級(jí)外部設(shè)備的運(yùn)行，并進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、報(bào)表生成等工作。

中心控制級(jí)為交叉口及協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的控制方案設(shè)計(jì)提供集中式輸入工具;提供集中監(jiān)控功能，監(jiān)控系統(tǒng)中各個(gè)路口級(jí)和區(qū)域級(jí)控制設(shè)備的運(yùn)行情況。中心控制軟件對(duì)控制方案基本數(shù)據(jù)進(jìn)行安全保護(hù)，即通過硬件或軟件系統(tǒng)保護(hù)各項(xiàng)基本數(shù)據(jù)的安全，只有授權(quán)人員才能接觸;自動(dòng)記錄各路口信號(hào)機(jī)的故障，便于及時(shí)搶修。

3 西寧市交通信號(hào)控制策略體系

根據(jù)西寧市城市路網(wǎng)結(jié)構(gòu)和交通流運(yùn)行特征，制定西寧市交通信號(hào)控制策略體系。西寧市交通信號(hào)控制需要對(duì)南北方向高峰時(shí)期車流進(jìn)行瓶頸控制，否則容易在高峰時(shí)段排隊(duì)上溯，從而引發(fā)路口連鎖堵塞現(xiàn)象，導(dǎo)致東西方向車流無法通行，對(duì)高峰時(shí)期的核心區(qū)信號(hào)控制是整體控制策略的重點(diǎn)。針對(duì)西寧市整體路網(wǎng)的特征，制定了多時(shí)段、多目標(biāo)的控制策略如下。

核心區(qū)主次干道控制思路：高峰時(shí)期需要保證核心區(qū)南北方向的道路排隊(duì)不上溯至上游交叉口，尤其是新寧路沿線、同仁路沿線、黃河路沿線、長(zhǎng)江路沿線等南北縱向動(dòng)脈干道路線，保障內(nèi)網(wǎng)東西方向車流能夠通暢行駛。

對(duì)于流入流出核心區(qū)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，需要進(jìn)行需求控制。主要的原則是對(duì)核心區(qū)實(shí)行“緩進(jìn)快出”策略，對(duì)于流出內(nèi)網(wǎng)的車流適當(dāng)增加綠燈時(shí)長(zhǎng)，誘使車流進(jìn)入外環(huán)路網(wǎng)，對(duì)于流入內(nèi)網(wǎng)的車流適當(dāng)減少綠燈時(shí)長(zhǎng)，緩解內(nèi)網(wǎng)壓力，并通過內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的協(xié)同作用均衡擁堵區(qū)域交通負(fù)荷。

核心區(qū)支路控制思路：高峰時(shí)期發(fā)揮支路輔助作用，分流部分干道車流壓力。因此南北方向的重要支路例如交通巷、北氣象巷等，高峰時(shí)期需要增加通行能力，保障能有效配合誘導(dǎo)設(shè)施的分流干道路網(wǎng)壓力。另外，由于支路部分車流壓力增加容易排隊(duì)上溯堵塞干道，因此在重要支路路段設(shè)置瓶頸檢測(cè)器，主動(dòng)防止排隊(duì)上溯。

外圍市區(qū)主次干道控制思路：高峰時(shí)期外圍市區(qū)的干道在高峰時(shí)期在進(jìn)入核心區(qū)的方向較為擁堵，程度逐漸級(jí)向城區(qū)兩端擴(kuò)散。出城方向車流量也較大，主要原因是海湖新區(qū)逐漸成為城市出行吸引點(diǎn)，多為居住和娛樂場(chǎng)所，因此高峰時(shí)期流向外圍市區(qū)的車流需要進(jìn)行合理引導(dǎo)。對(duì)于外圍市區(qū)高峰時(shí)期，控制思路是配合核心區(qū)“緩進(jìn)快出”策略，作為進(jìn)入核心區(qū)的緩沖區(qū)域，對(duì)進(jìn)城方向車流逐級(jí)管控，適度減少綠燈時(shí)長(zhǎng)，對(duì)出城方向車流適度增加綠燈時(shí)長(zhǎng)，在合適的路段實(shí)行單向綠波控制。

外圍市區(qū)支路控制思路：主要是以分擔(dān)干路車流壓力為主，可以進(jìn)行單點(diǎn)控制，重點(diǎn)考慮交叉口運(yùn)行效率，通過相應(yīng)的管控措施來實(shí)現(xiàn)減少車均延誤和停車次數(shù)的目的，確保區(qū)域交通流的運(yùn)行效率。

4 西寧市交通信號(hào)控制功能

西寧市交通信號(hào)控制系統(tǒng)的總體控制功能要求適應(yīng)西寧市現(xiàn)行城市路網(wǎng)布局結(jié)構(gòu)、交通流特點(diǎn)及其未來發(fā)展趨勢(shì)，在對(duì)整個(gè)西寧市城市路網(wǎng)進(jìn)行科學(xué)、合理地交通組織規(guī)劃的前提下，因地制宜地制定高效、務(wù)實(shí)的點(diǎn)、線、面交通信號(hào)控制策略和信號(hào)配時(shí)方案優(yōu)化原則，形成城市路網(wǎng)點(diǎn)、線、面三級(jí)信號(hào)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。交通信號(hào)控制功能除了常規(guī)的流量統(tǒng)計(jì)分析、故障檢測(cè)、聯(lián)網(wǎng)控制、遠(yuǎn)程管理、自適應(yīng)控制等功能外，結(jié)合西寧市實(shí)際情況，還需要具備如下重要功能。

4.1 瓶頸控制

通過在排隊(duì)溢出路段增設(shè)溢出檢測(cè)器，實(shí)現(xiàn)排隊(duì)長(zhǎng)度的實(shí)時(shí)估計(jì)與預(yù)警，通過上游截流控制，下游快速釋放控制，有效避免路口出現(xiàn)溢出堵死。

4.2 單點(diǎn)優(yōu)化控制

能夠自動(dòng)適應(yīng)交通流的全天性實(shí)時(shí)變化，根據(jù)流量自動(dòng)調(diào)整方案，采用宏微觀兩級(jí)優(yōu)化，各相位的綠燈損失時(shí)間幾乎為零?？扇爝\(yùn)行，自動(dòng)進(jìn)行控制時(shí)段劃分，夜間達(dá)到感應(yīng)控制效果。

4.3 系統(tǒng)優(yōu)化控制

兼?zhèn)涓叻迮抨?duì)抑制和平峰綠波協(xié)調(diào)控制功能。根據(jù)交通流變化可自動(dòng)平滑切換控制策略，為高峰期道路排隊(duì)較長(zhǎng)時(shí)，緩解擁堵提供了控制方案。

4.4 可變車道控制

針對(duì)進(jìn)口道交通需求不均衡交叉口，通過可變導(dǎo)向車道牌與交通信號(hào)的聯(lián)動(dòng)協(xié)同優(yōu)化控制，有效提高車道利用率，增加路口通行能力。

4.5 公交信號(hào)優(yōu)先控制

具備中心和路口兩級(jí)的公交信號(hào)優(yōu)先控制策略，保證公交優(yōu)先的同時(shí)，降低對(duì)社會(huì)車輛影響。中心級(jí)實(shí)現(xiàn)基于調(diào)度計(jì)劃的公交線路信號(hào)優(yōu)先，保證公交車路口不停車一路綠燈高效通行。路口級(jí)提供4種優(yōu)先相位控制方法（綠燈延長(zhǎng)、紅燈提前、插入相位、跳轉(zhuǎn)相位），根據(jù)公交車輛到達(dá)情況分級(jí)響應(yīng)實(shí)現(xiàn)優(yōu)先控制。

5 結(jié)語

城市交通路網(wǎng)結(jié)構(gòu)和交通流運(yùn)行特征決定了城市交通信號(hào)控制系統(tǒng)的建設(shè)內(nèi)容、控制策略與控制方式。本文結(jié)合西寧市的實(shí)際道路交通特點(diǎn)，針對(duì)性的提出了城市交通信號(hào)控制系統(tǒng)框架的簡(jiǎn)要思路，包括系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制策略及控制功能等，為同類型城市的交通信號(hào)控制系統(tǒng)建設(shè)提供了參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]王靜偉.智能化背景下軌道交通信號(hào)系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)探析[J].智能城市，2021，7（5）：127-128.