王小坡 / 廣東省佛山市三水區(qū)理工學校

交通信號燈仿真實驗開發(fā)

王小坡 / 廣東省佛山市三水區(qū)理工學校

城市交通擁擠是當今世界普遍關注的問題，它所帶來的嚴重危害。日益影響到人們的日常生活和社會經濟的發(fā)展。交通信號燈是城市交通監(jiān)管系統(tǒng)的重要組成部分對于保證機動車輛的安全運行，維持城市道路的順暢起到了重要的作用。隨著計算機的迅速發(fā)展很多領域已經采用計算機控制來代替人工控制。當然在交通方面也不例外，現在很多交通信號燈都是采用計算機來控制。交通信號燈仿真是智能交通的一個研究領域，交通仿真軟件對推動智能交通理論的成熟和發(fā)展起著重要作用。

智能交通；交通信號燈；仿真

1.研究背景

隨著經濟的發(fā)展進入了快速增長時期，世界各國的汽車數量急劇增加，路網通行能力越來越不能滿足交通量增長的需要，由此引發(fā)的交通擁擠、交通事故、環(huán)境污染以及能源浪費日趨嚴重，已成為全球共同關注的社會問題之一。交通信號燈仿真技術是一個全面應用信息技術、計算機技術、傳感器技術自動控制技術、人工智能技術的交通仿真系統(tǒng)，是應用以上技術向道路使用者及交通管理者提供幫助和服務的系統(tǒng)。交通信號燈仿真實驗以計算機作為輔助工具，利用其可重復性可持續(xù)性模擬交通運輸狀況進行道路通行能力分析研究，對于再現復雜交通環(huán)境條件下的車流運行特征，彌補觀測數據不足解決交通流車速、流量關系曲線的外延問題都有著其它方法和手段無可比擬的優(yōu)勢因此，通過計算機集成和優(yōu)化，采用模擬預測和實施仿真系統(tǒng)進行分析研究將是道路通行能力研究的未來發(fā)展方向。

2.國內外研究現狀

2.1國外研究現狀

國外比較典型的交通信號仿真系統(tǒng)分析，由于城市區(qū)域內各交叉口處的交通流一般是互相關聯的，所以提高某一交叉口的通行為一個理想的城市區(qū)域自適應交通信號控制系統(tǒng)，人們希望它具有諸多功能如自適應性能力或減少車輛在該交叉口的延誤有可能引起關聯路口更多的延誤，即子系統(tǒng)最優(yōu)并不能保證總系統(tǒng)最優(yōu)。因此，實施交叉路口間的協(xié)調自適應控制能夠獲得更好的效果。做特定線路上的公交或特種車輛優(yōu)先控制、自學習功能、容錯功能等。但目前還沒有哪個系統(tǒng)能真正實現上述所有功能，城市區(qū)域交通信號控制還處于不斷的發(fā)展階段。自1963年加拿大多倫多市建成了世界上第一套由數字計算機實現的城市區(qū)域交通信號控制系統(tǒng)以來，人們相繼完成了很多區(qū)域交通控制系統(tǒng)，其中最有代表性的有TRANSYT、SCOOT、SCATS等。

2.2國內研究現狀

國內對交通信號燈仿真技術的研究仍處于非常零散的狀態(tài)，缺乏系統(tǒng)而全面的研究。作為智能運輸系統(tǒng)的一項主要內容，交通信號燈仿真技術一直未引起足夠的重視與道路CAD技術的發(fā)展狀況相比，道路和交通信號燈仿真設計有機結合的計算機輔助系統(tǒng)方面的研究工作仍十分薄弱。20世紀90年代以后國內交通工程界逐步意識到交通信號燈仿真研究的重要性東南大學、交通部公路科學研究所及武漢理工大學等科研單位開展了一些實質性的研究，并取得了一定的成果?？偟膩碚f，國內仿真研究仍只局限于解決單一問題，如對二車道公路通行能力的仿真、高速道路入口匝道范圍交通的仿真、優(yōu)先控制T型口交通的仿真等，在這方面還值得進一步深入研究。

我國的智能交通系統(tǒng)的研究是在借鑒發(fā)達國家的先進控制系統(tǒng)的基礎上開始的當時各地引入了不同國家的智能交通系統(tǒng)，體系的混亂極大的影響了我們對智能運輸系統(tǒng)的理解和研究。而且我國城市交通流特性、道路條件和交通法規(guī)等方面與發(fā)達國家之間有很大差異，因此不能照搬國外現成的交通流模型或仿真系統(tǒng)，所以更要加強理論研究工作，盡快建立適合我國國情的智能運輸系統(tǒng)各個部分的關鍵理論和技術支持。

3.存在的問題

解決城市交通問題的關鍵是全局優(yōu)化，國內外已從多個角度研究了多路口的信號優(yōu)化，針對路網的仿真研究也得到了重視，提出了一些仿真框架，并在一定程度上實現了仿真，但是存在的主要問題有：

（1）現實路網中不確定性因素眾多，現有模型尚不能充分反映客觀世界狀況仿真結果的可信程度受到模型的限制。采用宏觀統(tǒng)計方法的仿真系統(tǒng)按照某個固定的概率分布進行仿真，沒有充分反映交叉口的微觀交通流特性?；诮煌鞯暮暧^描述，很難為研究道路規(guī)劃、交通管理和信號控制等進行決策支持。

（2）沒有仿真系統(tǒng)內核設計的概念，系統(tǒng)的可擴展性不夠好。論文中實現的對多路口的仿真實現流程清晰，但是路網中交通信息的提取并不方便，最主要原因是沒有設計獨立的數據層。目前應用級別的研究還處于發(fā)展階段，考慮到系統(tǒng)的可擴展性不應該把應用級別的仿真也包含入內核系統(tǒng)。

（3）忽視了仿真軟件的初衷是為了促進交通控制理論的成熟與發(fā)展沒有從信號交通控制理論的特征來搭建仿真軟件。信號交通控制理論的顯著特點是以交通系統(tǒng)中重要信息的采集為依據，對影響系統(tǒng)性能的控制點進行參數設置。所以，信號交通仿真系統(tǒng)的內核不在于復雜控制方案的模擬，而是最大限度的暴露訪問仿真系統(tǒng)中各個實體的接口，以及控制點參數設置讀取的接口。

4.研究目的及意義

隨著經濟的發(fā)展和城市化水平的提高，交通擁擠、環(huán)境惡化的問題越來越突出嚴重制約著城市的進一步發(fā)展。交通信號燈仿真是智能交通系統(tǒng)的一個分支，交通信號燈仿真是智能交通系統(tǒng)的一個前身，它為智能交通系統(tǒng)提供了理論依據，是交通系統(tǒng)更加人性化，從而使交通系統(tǒng)達到人性化與智能化得統(tǒng)一，同時也是未來交通系統(tǒng)的一個必然的發(fā)展趨勢。

智能交通系統(tǒng)是現代交通系統(tǒng)的核心，它的本質就是通過信息技術的有效應用最大限度的發(fā)揮已有交通基礎設施潛力，并引導合理的交通行為。智能交通系統(tǒng)的發(fā)展不僅促進了城市交通管理水平的提高，而且也改善了城市交通狀況，提高了道路的服務水平，為城市可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造了條件，同時也推動了交通相關產業(yè)的發(fā)展，對城市現代化的建設有著重要的意義。

5.結論與展望

5.1結論

科學的信號燈控制可以提高道路的使用效率，提高城市的通行速度。交通信號自動控制是交通控制的重要組成部分，是交通科學管理的一種有效手段。該系統(tǒng)部分功能比現在運行的系統(tǒng)更加智能化增加了系統(tǒng)的準確性，緩解了交通擁擠。使車輛行駛和道路導航實現智能化但是現在的智能交通系統(tǒng)整體表現為概念的炒作遠大于實際操作，為了促進智能交通系統(tǒng)的發(fā)展和應用，智能運輸系統(tǒng)各個部分的關鍵理論和技術的科研攻關成為各科研學術團體面臨的重大挑戰(zhàn)，智能交通系統(tǒng)理論方面的突破是發(fā)展智能交通系統(tǒng)的基礎具有非常重要的意義。

5.2展望

隨著計算機水平以及信息技術的發(fā)展智能交通系統(tǒng)將會成為未來各國交通的主流，交通信號燈仿真軟件是智能交通的一個方面。它為智能交通系統(tǒng)提供了理論依據是智能交通系統(tǒng)成為可能。由現今的局域網連接，演化成為互聯網連接已經成為一個趨勢。交通信號燈仿真軟件是智能交通信號系統(tǒng)的前身，對未來智能交通系統(tǒng)的實現有著重要的作用，我想在不久的將來交通系統(tǒng)會更人性化，到那個時候交通環(huán)境會更加通暢。

［1］沈雯敏.道路交通安全［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2007.

［2］安實.城市智能交通管理技術與應用［M］.北京：科學出版社，2005.

［3］鄒智軍.城市道路交通仿真研究［D］.上海：同濟大學，2000.

［4］劉智勇.智能交通控制理論及其應用［M］.北京：科學出版社，2003.

［5］歐海濤.多智能技術的城市智能交通控制系統(tǒng)［J］.電子學報，2000，33（4）：62-67.