劉勇

摘要： 為解決城市交通擁堵問題所提出的交通管控方法大多數(shù)是基于實(shí)時(shí)路況、車流量、車速等信息。但是，一個(gè)城市的交通運(yùn)力在道路建成之后便相對固定下來，保障交通運(yùn)力最重要的前提是預(yù)防擁堵，最大程度地使道路交通處于運(yùn)行狀態(tài)?；谶@種思路，從城市道路實(shí)際運(yùn)力角度，提出一種交通自適應(yīng)管控方法，通過實(shí)時(shí)檢測道路車流量，對比道路運(yùn)力，自適應(yīng)調(diào)節(jié)車流運(yùn)行。

關(guān)鍵詞： 智能交通； 道路運(yùn)力； 自適應(yīng)

中圖分類號：U491

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號： 2095-2163（2017）05-0076-03

0引言

隨著機(jī)動車輛保有量的持續(xù)上升，現(xiàn)代城市交通面臨的壓力越來越大。為更充分地利用城市道路交通資源，更高效地發(fā)揮交通信號燈控制、調(diào)節(jié)車流的作用，近年來國內(nèi)外專家學(xué)者提出了很多道路交通的管理方法并取得了不錯(cuò)的效果。

文獻(xiàn)[1]提出了一種兩級遞階結(jié)構(gòu)的模糊線控制方法，設(shè)置主干道具有較高通行權(quán)，綜合主次干道車流狀況對系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)。此種方法優(yōu)化了主干道通行效率，但是，次干道流量參數(shù)的設(shè)定及其依據(jù)仍需進(jìn)一步討論；另外，主干道通行優(yōu)先權(quán)的設(shè)定一定程度影響了交通公平性，同時(shí)也易誘導(dǎo)車流聚集到主干道通行，加大主干道通行壓力，尤其當(dāng)已經(jīng)發(fā)生擁堵時(shí)，控制的作用就會弱化。文獻(xiàn)[2]基于RFID技術(shù)，路口位置安裝天線和閱讀器，車輛設(shè)置電子標(biāo)簽，通過車輛通行頻率設(shè)定綠信比。一方面，車輛電子標(biāo)簽的安裝是個(gè)系統(tǒng)工程；其次，閱讀器只會對天線覆蓋范圍內(nèi)的路口車輛計(jì)數(shù)，對于范圍外的前后路段擁堵狀況無法判斷；安裝位置的選取、閱讀范圍的波動、相鄰路段車輛的影響等因素不可避免會引起對各方向車流量計(jì)數(shù)的偏差。文獻(xiàn)[3]基于圖像處理技術(shù)，利用背景差分法檢測待行區(qū)有無車輛，從而實(shí)施信號控制；文獻(xiàn)[4]討論了基于車速信息判斷路口通行情況，以此調(diào)節(jié)信號燈狀態(tài)。文獻(xiàn)[5-6]將攝像機(jī)與圖像處理技術(shù)相結(jié)合應(yīng)用于車輛檢測中，實(shí)現(xiàn)交通燈智能控制；Wu 等[7]利用DSP實(shí)時(shí)處理圖像， 提取車輛并與模糊邏輯相結(jié)合， 實(shí)現(xiàn)交通燈智能控制。以上這幾種方式都側(cè)重路口檢測，優(yōu)化路口交通；另外，圖像處理方式硬件成本高，算法復(fù)雜，易受光照、雨霧等環(huán)境因素影響。文獻(xiàn)[8-9]通過構(gòu)建一種動態(tài)的信號燈自適應(yīng)算法來優(yōu)化路口車輛等待時(shí)間，側(cè)重于交通擁堵的治理。文獻(xiàn)[10]提出一種基于實(shí)時(shí)路況的信號燈管控方法，實(shí)時(shí)檢測交叉方向車輛，計(jì)算車道占用率，應(yīng)用模糊控制理論優(yōu)化信號燈切換頻率，為車道占用率高的相位設(shè)置綠燈。該方法雖然能夠有效地利用車道，但也正是由于為占用率高的車道設(shè)置綠燈，則易于造成交叉車道占用率參數(shù)的競爭，綠燈頻繁切換，最終易陷入擁堵狀態(tài)。此外，基于車流量、云計(jì)算等方面的研究，分別參考文獻(xiàn)[11-13]。

一個(gè)城市的道路運(yùn)力在道路建成時(shí)刻便相對固定下來。如果某個(gè)時(shí)間段內(nèi)，某段道路已經(jīng)達(dá)到運(yùn)力飽和，甚至呈現(xiàn)癱瘓狀態(tài)，則該路段本質(zhì)上已經(jīng)失去運(yùn)力。此時(shí)即便信號燈允許通行，車輛也無法進(jìn)入該路段，即使勉強(qiáng)進(jìn)入，也達(dá)不到通行目的。而停滯的車輛必然會影響或阻礙其他車輛向其他方向行駛，從而造成惡性循環(huán)，進(jìn)一步可能會使整個(gè)城市交通陷于癱瘓。

1基于道路運(yùn)力的交通自適應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)

本文從城市道路客觀運(yùn)力著手，以預(yù)防擁堵、保障道路的暢通為目標(biāo)，通過檢測道路的車流量，對比道路的運(yùn)力，調(diào)節(jié)系統(tǒng)以準(zhǔn)許、縮短、延長、臨時(shí)禁止車流進(jìn)入目標(biāo)路段，控制道路車流量在道路實(shí)際運(yùn)力范圍之內(nèi)，將車流分散在更大的范圍，避免造成局部擁堵點(diǎn)而降低全局通行效率，或者阻斷交通。[JP]

1.1系統(tǒng)方案

一種典型的交通路口，車道可被劃分為駛?cè)胲嚨?、駛出車道；駛?cè)胲嚨罏樯弦粋€(gè)路口的駛出車道，駛出車道為下一個(gè)路口的駛?cè)胲嚨?。每個(gè)車道以路口為端點(diǎn)，有車道入口和出口，該路口的駛出車道出口為下一路口的駛?cè)胲嚨廊肟?。如圖1所示。

一種基于道路運(yùn)力的交通自適應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括車流量檢測裝置、交通信號燈、信息顯示屏、控制器、中央計(jì)算機(jī)等。交通信號燈由紅、綠、及禁行構(gòu)成。系統(tǒng)框圖如圖2所示。

由圖2可知，各部分的功能可闡釋如下：

1）車流量檢測裝置。安裝在道路的入口處和出口處，用于檢測駛?cè)牒婉偝龅能嚵髁俊１痉桨附ㄗh采用地感監(jiān)測裝置，理由是地感靈敏度和準(zhǔn)確率相較而言均占有優(yōu)勢，不受光照、遮擋、雨霧等外部環(huán)境的影響，與控制器通過干節(jié)點(diǎn)連接，接入容易，工程成本低。

2）控制器。安裝在路口附近，通過檢測干節(jié)點(diǎn)狀態(tài)變化，判斷車輛通過并計(jì)數(shù)車流量，對比受控路段實(shí)際運(yùn)力，按需調(diào)節(jié)交通信號燈工作模式，具體到各可選項(xiàng)的內(nèi)容描述為：標(biāo)準(zhǔn)模式、延時(shí)模式、縮短模式、禁入模式。其中，標(biāo)準(zhǔn)模式為按照常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定的信號燈參數(shù)；延時(shí)和縮短模式為根據(jù)受控路段運(yùn)力與車流量的對比，對信號燈進(jìn)行的階梯調(diào)整；禁入模式為系統(tǒng)判斷路段已達(dá)設(shè)定的臨界飽和點(diǎn)，調(diào)整信號燈以禁止車輛駛?cè)朐撀范巍？刂破鲗?shí)時(shí)發(fā)送相應(yīng)信息到信息顯示屏，以提示駕駛員根據(jù)道路狀況做出行駛調(diào)整（比如繞行）；實(shí)時(shí)上傳系統(tǒng)數(shù)據(jù)給上位機(jī)（計(jì)算機(jī)），并接受上位機(jī)遠(yuǎn)程調(diào)控信息，以及系統(tǒng)更新信息。

3）信號燈組。接受控制器指令，啟動對應(yīng)交通信號燈。相比通常的紅綠信號燈狀態(tài)，該方案會增加如下信號燈狀態(tài)：禁止直行/右轉(zhuǎn)/左轉(zhuǎn)/調(diào)頭。一旦該信號啟動，車輛不得等待，按信號燈允許的方向通行。

4）信息顯示屏。與信號燈組并行安裝，實(shí)時(shí)顯示交通運(yùn)行信息。

5）計(jì)算機(jī)。設(shè)置在交通中央機(jī)房，連接并管理所有路口控制器，實(shí)時(shí)收集上傳數(shù)據(jù)，同時(shí)輔以數(shù)據(jù)分析；根據(jù)需要開展遠(yuǎn)程調(diào)控，修改工作模式參數(shù)等；軟件的遠(yuǎn)程更新維護(hù)。

[JP3]以北向駛出車道為例，如圖3所示，該車道車流量由調(diào)頭駛?cè)搿⒆筠D(zhuǎn)駛?cè)?、直行駛?cè)搿⒂肄D(zhuǎn)駛?cè)胨姆N情況構(gòu)成。在車道的入口處和出口處，根據(jù)車道數(shù)量分別設(shè)置地感線圈，地感線圈與地感檢測器電氣連接，由市電電源供電，[JP2]構(gòu)成車輛檢測裝置；當(dāng)有車輛通過時(shí)，地感檢測器連接地感線圈所構(gòu)成的振蕩電路發(fā)生頻率變化，[JP3]產(chǎn)生干節(jié)點(diǎn)信號?？刂破髋c地感檢測器通過干節(jié)點(diǎn)連接，實(shí)時(shí)監(jiān)測干節(jié)點(diǎn)變化，通過計(jì)數(shù)獲取入口駛?cè)胲囕v數(shù)量Qi和出口駛出車輛數(shù)量Q0，則車道滯留車輛數(shù)量為Q0-Qi。車道車輛容量由車道長度S、車道數(shù)n、車體平均長度I計(jì)算得出。[JP]endprint

1.2優(yōu)勢分析

本文研究提出方案的優(yōu)勢在于：

1）通過監(jiān)測每個(gè)路口的駛出車道車流量，對比該車道實(shí)際運(yùn)力，控制信號燈工作模式，對駛?cè)胲嚨儡囕v的通行行為提供調(diào)節(jié)和限制；而每個(gè)路口的駛?cè)胲嚨儡嚵髁縿t由相鄰路口調(diào)節(jié)和限制。于是每個(gè)路口、每個(gè)車道都已獲得了有效監(jiān)測和控制，故此方案為全局調(diào)節(jié)而非局部調(diào)節(jié)。

2）調(diào)節(jié)是在每個(gè)車道擁堵發(fā)生前進(jìn)行，屬于預(yù)防擁堵；特殊情況下即使個(gè)別路段發(fā)生了擁堵，也能通過全局的調(diào)節(jié)得到有效緩解或消除。

3）此種控制方式將交通壓力分散于整個(gè)交通網(wǎng)絡(luò)，擴(kuò)展到更大的交通區(qū)域范圍，一方面減輕或避免局部交通擁堵，另一方面有效提高交通資源的利用和通行效率。

4）準(zhǔn)確率和抗擾性提高，能更準(zhǔn)確地判斷車流量，不受天氣、光照強(qiáng)度、建筑物或路牌等遮擋的影響。

5）通過聯(lián)網(wǎng)，后臺計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)偵測和統(tǒng)計(jì)車流量信息和路況信息，通過數(shù)據(jù)挖掘與分析，為改善交通環(huán)境發(fā)揮顯著可觀的技術(shù)支撐作用。

6）成本低廉，硬件要求不高，布線簡單，施工方便。

[BT4]2結(jié)束語

本文基于道路實(shí)際運(yùn)力，從預(yù)防擁堵角度出發(fā)，提出了一種基于道路運(yùn)力的交通自適應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，能進(jìn)一步優(yōu)化交通環(huán)境。該系統(tǒng)不足之處在于：系統(tǒng)在判定駛出車道擁堵并短時(shí)間內(nèi)不適合通行后，會發(fā)出禁行信號，通過信息顯示屏引導(dǎo)車輛駛向允行方向，一定程度上影響了部分車輛的期望行駛路徑，即特殊情況下會造成部分車輛繞行；但從全局看，此方式卻能避免車輛過久等待引發(fā)后續(xù)車輛滯留，而且目標(biāo)車道已經(jīng)達(dá)到車輛飽和，等待是沒有意義的。當(dāng)前的職守交警在發(fā)生擁堵時(shí)，實(shí)際上也是通過人工方式進(jìn)行交通管制。

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