李靖豐 胡小敏

摘要：在車(chē)聯(lián)網(wǎng)背景下，能夠獲取車(chē)輛的相關(guān)信息，通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)的利用，能夠更好的實(shí)現(xiàn)交通便捷、不擁堵的目的。于是文章對(duì)交叉口感應(yīng)信號(hào)控制進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)車(chē)聯(lián)網(wǎng)歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析利用，搭建車(chē)聯(lián)網(wǎng)環(huán)境平臺(tái)，最后對(duì)其進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，與常規(guī)感應(yīng)信號(hào)控制相比，優(yōu)化設(shè)計(jì)之后的方法具有更好的實(shí)用性。

關(guān)鍵詞：車(chē)聯(lián)網(wǎng);交叉口;感應(yīng)信號(hào)控制;優(yōu)化

中圖分類(lèi)號(hào)：U495

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-5922（2020）12-0167-05

車(chē)聯(lián)網(wǎng)屬于一種信息交互網(wǎng)絡(luò)，其中包含車(chē)輛的位置、行駛路線(xiàn)和速度等信息，所以在車(chē)聯(lián)網(wǎng)背景下，能夠獲得車(chē)輛的實(shí)時(shí)信息，于是在設(shè)計(jì)交叉口感應(yīng)信號(hào)時(shí)能夠根據(jù)車(chē)聯(lián)網(wǎng)背景下獲取的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行控制[1-2]。對(duì)于這方面的研究，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)取得了一定成果，然而眾多研究中也會(huì)存在不足之處，比如沒(méi)有對(duì)歷史車(chē)聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行利用，而且預(yù)測(cè)交通流所使用的模型比較復(fù)雜，從而導(dǎo)致計(jì)算速度比較慢，另外，交叉口感應(yīng)信號(hào)控制相序優(yōu)化機(jī)制的研究非常少[3-5]。所以文章主要將對(duì)車(chē)聯(lián)網(wǎng)背景下交叉口感應(yīng)信號(hào)控制進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使用歷史車(chē)聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)，提高車(chē)輛通行效率，使的我國(guó)交通更加的便捷。

1 車(chē)聯(lián)網(wǎng)環(huán)境搭建

文章在探究交叉口感應(yīng)信號(hào)控制優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，使用了車(chē)聯(lián)網(wǎng)的背景，于是利用車(chē)聯(lián)網(wǎng)獲取相關(guān)車(chē)輛信息，需要搭建一個(gè)車(chē)聯(lián)網(wǎng)環(huán)境。文章搭建了如圖1所示的車(chē)聯(lián)網(wǎng)環(huán)境仿真平臺(tái)，其中TransModeler是一種以MITSIM交通流模型為基礎(chǔ)的商品化微觀(guān)交通仿真軟件，該軟件結(jié)合外部算法能夠獲取車(chē)輛相關(guān)信息[6-7]。在搭建過(guò)程中使用SAE J2735專(zhuān)用短程通信消息集字典標(biāo)準(zhǔn)，并且使用其中BSM，包含各種車(chē)輛的相關(guān)信息[8]。該環(huán)境的搭建有利于感性信號(hào)控制進(jìn)行優(yōu)化，而且是一個(gè)可靠的仿真平臺(tái)。

2 交叉口感應(yīng)信號(hào)控制優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 前提假設(shè)

1）在使用仿真方式對(duì)信號(hào)控制進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，需要要求車(chē)輛都安裝車(chē)聯(lián)網(wǎng)車(chē)載終端，且能夠發(fā)送BSM消息。

2）在交叉口中心出設(shè)置路邊設(shè)備，然后能夠獲取BSM消息，并且將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。

3）交叉口處不考慮其他行人或者自行車(chē)的混合交通流，值只考慮所有車(chē)輛，且這些車(chē)輛在行駛過(guò)程中均按照交通規(guī)則通行。

4）使用如圖2所示的典型十字交叉口為描述對(duì)象。從圖中可以看出車(chē)輛有N狀態(tài)和D狀態(tài)，其中D狀態(tài)表示的是車(chē)輛正在行駛，N表示的是車(chē)輛處于等待狀態(tài)，也就是其車(chē)輛的速度要小于一定值，車(chē)輛下面的數(shù)字表示的在某個(gè)一個(gè)范圍和時(shí)刻下所有該狀態(tài)車(chē)輛的編號(hào)。

2.2信號(hào)控制流程

按照感應(yīng)信號(hào)控制思路，需要對(duì)相位的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分類(lèi)，可以分為啟動(dòng)瞬間、過(guò)渡狀態(tài)、綠延狀態(tài)和初始綠狀態(tài)，如圖3所示，圖3表示的是信號(hào)控制流程，文章將主要研究圖3中顏色不一樣的3個(gè)模塊。

2.3相位啟動(dòng)處理

交叉口的交通狀態(tài)如圖4所示，西往東直行相位啟動(dòng)瞬間，車(chē)聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的過(guò)程如下：

2）標(biāo)定示蹤車(chē)輛，圖4中的Trace Vehicle就是示蹤車(chē)輛，即處于排隊(duì)車(chē)輛的最后一輛車(chē)，相位初始最大排隊(duì)長(zhǎng)度就是示蹤車(chē)輛距離停車(chē)線(xiàn)的距離。示蹤車(chē)輛也可以沒(méi)有，那么此時(shí)的最大初始排隊(duì)長(zhǎng)度也為0。

2.4 相位切換判斷

圖5即為判斷相位切換時(shí)刻交叉口的交通狀態(tài)，然后通過(guò)車(chē)聯(lián)網(wǎng)獲取的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到兩個(gè)參數(shù)，首先是得到控制范圍內(nèi)等待放行的車(chē)輛數(shù)量，然后就是得到相位最新越過(guò)停車(chē)線(xiàn)的車(chē)輛，即圖5中Crossing Vehicle車(chē)輛的速度。

本相位在滿(mǎn)足一定條件下需要進(jìn)切換，一共包含以下3個(gè)條件，如果該3個(gè)條件一個(gè)都不滿(mǎn)足，則增加一個(gè)單位綠燈延時(shí)，然后再判斷切換相位。

1） Crossing Vehicle車(chē)輛的速度和交叉口限速比例大于某一個(gè)限定值，此時(shí)車(chē)流能夠非?？焖偻ㄟ^(guò)停車(chē)線(xiàn)。

2）等待放行車(chē)輛小于某一個(gè)特定值，則控制范圍內(nèi)的車(chē)輛基本清空。

3）綠燈時(shí)長(zhǎng)達(dá)到了最大綠燈時(shí)間。

2.5相位結(jié)束處理

本相位結(jié)束之后，需要對(duì)車(chē)聯(lián)網(wǎng)的歷史數(shù)據(jù)和瞬時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，其處理內(nèi)容如下。

1）計(jì)算本相位的消散速度。只有當(dāng)存在示蹤車(chē)輛時(shí)，消散速度才不會(huì)為0，且其計(jì)算公式如下：

3）確定下一個(gè)相位。本文使用的交叉口雙環(huán)相位結(jié)構(gòu)如圖6所示，該結(jié)構(gòu)一個(gè)相位組內(nèi)包含4種可能的起始階段，如表1所示，然后圖7表示的是每個(gè)起始階段對(duì)應(yīng)基本雙環(huán)結(jié)構(gòu)的3種運(yùn)行模式，那么一個(gè)相位包含12種運(yùn)行模式，這種方式具有更好的靈活性和安全性。

3 實(shí)驗(yàn)和分析

3.1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

為了驗(yàn)證上述車(chē)聯(lián)網(wǎng)背景下交叉口感應(yīng)信號(hào)控制優(yōu)化設(shè)計(jì)的可靠性，文章對(duì)其進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。選擇某市一個(gè)路口為例進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，該路口的示意圖如圖8所示，定時(shí)控制配時(shí)現(xiàn)狀如表2所示，平峰狀態(tài)時(shí)轉(zhuǎn)彎流量如表3所示。

為了驗(yàn)證本文的優(yōu)化設(shè)計(jì)的有效性，將其與普通的感應(yīng)信號(hào)控制方法進(jìn)行比較。圖9即為相序，然后將單位綠燈延時(shí)設(shè)置為3s，最短綠燈時(shí)間為14s，定時(shí)控制綠燈時(shí)間和最大綠燈時(shí)間相同。本文進(jìn)行的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法中使用如表1所示的雙環(huán)結(jié)構(gòu)，然后2種方法的參數(shù)相同，最后使用TSM進(jìn)行定時(shí)控制完成仿真實(shí)驗(yàn)。

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)上述仿真實(shí)驗(yàn)獲得如表4所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從中可以看出，與普通的感應(yīng)信號(hào)控制相比，文章的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法具有更好的使用效果。所以本文在車(chē)聯(lián)網(wǎng)背景下，通過(guò)利用其優(yōu)勢(shì)，然后對(duì)交叉口感應(yīng)信號(hào)控制進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，能夠具有顯著性的控制作用。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在車(chē)聯(lián)網(wǎng)背景下，能夠獲取車(chē)輛的相關(guān)信息數(shù)據(jù)，然后對(duì)交叉口感性信號(hào)控制進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)之后，通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行利用，相比于常規(guī)感應(yīng)信號(hào)控制，本文所設(shè)計(jì)的方法具有更好的優(yōu)勢(shì)，比如平均延誤下降、停車(chē)時(shí)間變短、排隊(duì)車(chē)輛變少等，所以該方法更有利于我國(guó)交通的不斷進(jìn)步。

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