王 萍,陳 麗,馮澤欣
(嘉興學(xué)院數(shù)理與信息工程學(xué)院,嘉興314033)
隨著社會生活水平的提高,城市化進(jìn)程在不斷提速,機(jī)動車輛的急劇增加引起了一系列交通問題,城市中心的交通擁堵情況日益嚴(yán)重,機(jī)動車通行效率逐漸降低,嚴(yán)重制約了城市化進(jìn)程的發(fā)展。為了保證車流順暢通行,交通信號控制即綠波協(xié)調(diào)控制應(yīng)運而生。在現(xiàn)有道路條件下,合理控制信號燈的配時,對提高機(jī)動車通效率,緩解交通擁堵,具有重要意義[1]。
2001年,Park等人提出了一種隨機(jī)信號優(yōu)化定時控制的方法,與仿真模型CORSIM結(jié)合,優(yōu)化實現(xiàn)控制參數(shù)[2]。Ceylan和Bell在2004年對一種基于遺傳算法的交通信號配時進(jìn)行優(yōu)化,提出了方案[3]。而我國在智能交通領(lǐng)域起步相比國外要晚,上世紀(jì)九十年代末,基于當(dāng)時我國的交通狀況提出了信號系統(tǒng)基本協(xié)調(diào)方式和調(diào)控的原理,雖然此原理比較模糊,但為信號協(xié)調(diào)的研究指明了方向[4]?;诓煌范蔚能囕v行駛狀況、以及行駛路段的流量狀況等因素,綜合研究優(yōu)化了交通協(xié)調(diào)模型[5],并利用仿真學(xué)知識和VB語言,建立了更為合理的交通控制協(xié)調(diào)仿真模型,使研究結(jié)果更加符合我國交通現(xiàn)狀[6]。目前國內(nèi)的交通信號協(xié)控還存在著不少問題要解決,在實現(xiàn)上還存在著很大的改進(jìn)空間,如何提高交通道路的通行效率是當(dāng)前研究的要方向之一;另外,還需要進(jìn)一步不斷研究分析不同交通條件下的信號協(xié)調(diào)控制技術(shù)。
為了能夠使更多的車輛不停頓或盡可能少停頓地通過交叉口,可將各個交叉口聯(lián)結(jié)考慮,并且設(shè)置它們信號燈配時參數(shù),最后通過對轉(zhuǎn)彎車輛數(shù)目的增減、車道上排隊等候的車輛數(shù)目等因素進(jìn)行對比,以此作為評價指標(biāo),來研究信號燈配時方案的協(xié)調(diào)控制效果[7]。以相鄰交叉口為原型來建立交通信號協(xié)調(diào)控制模型,對通過交叉口的干道轉(zhuǎn)彎車輛數(shù)目的增減、車道上排隊等候的車輛數(shù)目分別進(jìn)行分析,如圖1所示。
圖1 基于相鄰交叉口的交通信號協(xié)控模型
交叉口上主路和支路信號燈的控制是相反的,只研究主干道信號燈的配時情況即可。圖中主干道上有兩個不同行駛方向的單向車道,通過對該相鄰交叉口的交通調(diào)查及資料的搜集,先確定交叉路口的系統(tǒng)周期時長,再對改善前的路口1的干道上轉(zhuǎn)彎車輛數(shù)目的增減、車道上排隊等候的車輛數(shù)目進(jìn)行統(tǒng)計,確定優(yōu)化后的系統(tǒng)配時方案;由于協(xié)調(diào)作用,當(dāng)路口2對車流量進(jìn)行檢測并需要優(yōu)化其配時方案時,可依據(jù)路口1的實際優(yōu)化情況改善信號燈的配時參數(shù)。例如路口1配時方案完善后綠燈時長增加了某數(shù)值,在路口1優(yōu)化基礎(chǔ)之上,按一定的算法更改路口2原配時,如將路口1綠燈增加的時長乘以系數(shù)k,以一定的比例來做調(diào)整。信號協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的模型是根據(jù)不同的交通擁堵情況,對紅、綠兩種顏色信號燈的配時做相對靈活的調(diào)整,系統(tǒng)自動加長或縮減綠燈亮起的時間,來調(diào)控干道交通的車流量速度。根據(jù)路段平均速度,該系統(tǒng)的交通擁堵等級分為4個級別,詳見表1。
表1 擁堵等級表
交通流有一定的不確定性和隨機(jī)性,但它同時又在有規(guī)律性地波動著,因此,對每個級別設(shè)置了車流密度區(qū)間,在該區(qū)間范圍內(nèi),交通信號燈有一個通用的優(yōu)化控制時長,這樣就能夠在較大程度上避免對交通資源的浪費。該系統(tǒng)主要實現(xiàn)的功能就是智能地對來往車流密度進(jìn)行分析,其設(shè)計流程如圖2所示。
圖2 信號協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)模型的設(shè)計流程
根據(jù)交叉路口的優(yōu)化配時系統(tǒng),通過判定的交通擁堵等級來自動調(diào)配信號燈的控制時長,使干道車輛能夠暢通行駛,這對城市交通環(huán)境的改善有重要意義。
圖3 某時段各干線交通數(shù)據(jù)實例
實驗數(shù)據(jù)模擬采用基本遺傳算法[8]來實現(xiàn)。假設(shè)交叉路口車輛的到達(dá)率服從泊松分布,以最小化車輛的平均延誤時間為優(yōu)化目標(biāo),基于路段實時交通流量,采用分離相位法進(jìn)行交通信號配時的計算。某個時段各干線的所有交叉口的交通數(shù)據(jù)統(tǒng)計情況,如圖3所示。點擊“編輯干線”和“編輯路口”按鈕分別設(shè)置未改善前每個交叉口上的車輛轉(zhuǎn)彎數(shù)目和等待進(jìn)入路口的車輛數(shù)目,此時系統(tǒng)會判別該種情況的交通擁堵等級。
優(yōu)化后所有交叉口的交通數(shù)據(jù)模擬結(jié)果,如圖4 所示?!皟?yōu)化前(后)轉(zhuǎn)彎”即優(yōu)化前(后)交叉口的車輛轉(zhuǎn)彎數(shù)目;“優(yōu)化前(后)等待”即優(yōu)化前(后)準(zhǔn)備進(jìn)入交叉口的車輛等待數(shù)目。
圖4 某干線優(yōu)化后所有交叉口的交通數(shù)據(jù)實例
模擬實驗的信號燈配時參數(shù)對比結(jié)果,如表2所示,其中RYG分別為紅黃綠燈的配時。從對比結(jié)果可以看出,該干道優(yōu)化后交通擁堵等級顯著降低,證明了對城市交通信號區(qū)域協(xié)調(diào)控制方案進(jìn)行優(yōu)化的可行性,該方案能滿足城市交通信號協(xié)調(diào)的實時性要求,是緩解交通擁堵、改善交通狀況的有效方法。
表2 典型干線信號燈配時參數(shù)對比
交通信號的協(xié)調(diào)控制有助于提高城市路網(wǎng)中車輛的通行效率,緩解交通擁堵狀況。針對交通信號區(qū)域協(xié)調(diào)控制構(gòu)建模型,并進(jìn)行配時參數(shù)進(jìn)的優(yōu)化研究,模擬結(jié)果驗證了所建模型以及優(yōu)化后配時參數(shù)的有效性。為降低道路交通問題的復(fù)雜性,在構(gòu)建模型時沒有考慮不同道路模型如主次干道等方面的問題,與實際道路存在一定差異,因此,在后續(xù)的研究中會進(jìn)一步深入研究不夠完善的地方,建立更加合理、有效的交通信號協(xié)調(diào)控制模型。
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