西安市道路十字交叉口交通拥堵研究

【摘要】城市交通拥挤问题的一个原因是十字交叉口红绿灯控制不合理造成。城市道路交通的随机性、复杂性和不确定性较强，传统使用的控制理论和控制方式已达不到满意的控制效果，改善交通状况需要对路口交通状况进行调查和分析，构建数学模型，改善路口通行能力。

【关键词】十字交叉口；交通信号；模糊控制；智能控制系统

一、十字交叉口控制的研究现状

国外的交通信号控制系统比较典型的有英国交通与道路研究所研制的TRANSYT系统和澳大利亚研发的SCATS系统等。英国的TRANSYT系统是目前最成功，澳大利亚的SCATS系统的控制格局选用分层模型，结构和控制方法很容易改变。我国研究起步较晚，目前主要采用的控制系统融合了各种控制系统，与外国研发的相比，性能差，亟需完善。

二、西安市交叉路口交通状况调查与现状分析

西安市十字交叉口众多，以位于经开区的文景路与凤城七路十字交叉路口为例进行研究。作为一条主要道路，交通流中车型混雜，而交叉口采用的是定时控制方式，不够灵活。该交叉口高峰期各方向直行车流量都非常大，选用模糊智能控制方法应该能起到有效的作用。本文对该交叉口进行结合模糊控制的控制策略的研究。通过设计模糊控制器，根据实时釆集的车流量数据信息，通过模糊逻辑运算，实时响应交通流变化，转换信号灯控制时间。

三、十字交叉口交通信号模糊控制器设计

模糊控制理论是建立在严格数学基础之上的用于描述和处理人类模糊语言的理论，为计算机识别模糊语言做了准备。模糊控制器根据当前绿灯时的排队车辆，在绿灯时间即将结束时做出延长绿灯时间或者转换相位的决策。模糊控制器结构如下图所示：

交叉口信号配时应该由实际车流量来确定，因此模糊控制的思路是基于当前绿灯相位的车辆排队数，然后推理出绿灯延时。在当前相位的车辆排队数较后继相位偏多时，可考虑适当延长绿灯时间，反之则尽早转换相位。具体步骤如下：

首先初始化，根据实际情况，确定车道最大排队车辆数Qmax，最小绿灯时间Tmin，最大绿灯时间Tmax，最大绿灯延时时间Tmax-Tmin，累计绿灯时间Tt；然后赋予初始相位最小绿灯时间Tmin；在绿灯时间即将结束时，通过线圈检测本相位车辆排队数及下一相位车辆排队数；将两个车辆排队数作为模糊控制器的输入，得到当前相位的绿灯延时时间DT（Tt=Tmin+DT）。当DT不为0时，如果0Tmax-Tmin，则延长绿灯时间DT=Tmax-Tt并返回step3；当DT为0时，执行下一步；进行换相位控制，返回Step3并赋予最小绿灯时间Tmin。

基于以上的模糊算法设计，进行具体的算法设计。首先进行模糊化，高斯型隶属度函数曲线形状平缓，控制特性也较平缓，稳定性好，是描述模糊子集合的合理形式。

采用的隶属度函数，其计算如式1所示。

经过模糊推理得到模糊子集，需要转变成精确的控制量。根据以上过程，可得到在不同绿灯相位和红灯相位的排队车辆数控制下的绿灯延时时间值，列举部分如表2所示。由表2可知，当绿灯相位排队车辆数QG较大，红灯相位排队车辆数QR较小时，表明当前绿灯相位的车辆较拥挤，需要适当延长绿灯时间；当绿灯相位排队车辆数QG较小，红灯相位排队车辆数QR较大时，表明后继相位的等待车辆数较多，需要减少等待时间。

总结

针对十字交叉口的具体情况和交通流使用模糊控制策略对解决十字交叉口的拥堵问题有一定的改善作用，但是由于城市交通的复杂性，隶属度函数不好确定，这个问题有待解决。

参考文献

[1]陈虹.《城市路口交通信号的自适应模糊控制策略研究》.信息工程及控制，西南交大学.2010.

作者简介

戴丰泽，男、籍贯新疆乌鲁木齐，出生年月1994年2月，研究方向：交通运输。