缓解交通拥挤的城市交通信号控制方法

2018-11-29战雪

中国新技术新产品 2018年17期

战雪

（北京易华录信息技术股份有限公司，北京 100000）

随着经济发展，人们生活条件逐渐变好，对城市交通的需求也越来越高，但奇怪的是道路虽然逐渐增多、加宽，交通却日益拥挤。特别是北上广等大城市，其交通状况是我国城市交通拥挤的缩影。导致交通拥挤的原因一方面是交通设计和规范不合理、居民公共交通观念薄弱等，另一方面是因为目前的城市交通信号控制系统的交通管理和控制的作用没有有效地发挥出来。例如，近年来，在全球经济比较萧条的环境下，为保证汽车市场经济的稳定，北京市的“机动车限购”政策出台延后，同样会加剧城市交通的拥挤，解决北京交通拥挤的问题受到许多人的关注，需要大家共同努力来解决。

1 城市交通信号控制方法研究的背景

交通对城市尤为重要，连接着城市各个角落，充当城市骨架的作用。城市的交通给城市居民的生活带来极大的便利的同时，也给城市带来一定的负面影响。如今，交通拥堵现象已在全球的许多国家和城市中普遍存在，并造成一些交通问题，如日益严重的环境污染、频发的交通事故以及道路堵塞等，这些问题严重困扰了人们的生产和生活。我国城市道路交通拥挤也十分厉害，有关调查数据显示，2008年汽车数目为6400万以上，其中机动车是城市道路严重污染的最主要来源，机动车造成污染主要是因为其排放的尾气会产生臭氧，使其引起光化学污染。

解决城市交通拥挤问题可以从两方面着手。其一，增加公路和桥梁的修建，缓解城市道路交通拥挤的现象，加强道路修建这一方法需要有足够的资金作保证，通常道路工程的建设所需资金为几亿到几十亿之间。此外，大量修建道路会减少土地资源，资源的减少同样加剧了环境污染。其二，加强对道路交通的管理力度，通过引进科学的先进技术设计城市交通信号控制系统，在进行交通信号控制系统设计时要结合现有的交通设施，这种手段需要的资金相对比较少。

在1960年的发达国家已经开始研究开发及应用智能交通系统，用来解决城市交通拥挤这一现象，但我国的智能交通系统的研究比较晚。智能交通系统比较复杂，其组成的子系统有先进的交通信息服务系统、先进的交通管理系统、先进的公共交通系统、先进的车辆控制系统、电子收费系统、货运管理系统以及紧急救援系统，其中交通管理系统的使用对象是交通管理者，可以实时监测道路系统的交通状况及事故、交通环境和气象环境等，并通过采集的信息控制和管理道路交通，例如道路管制、诱导信息发布、交通事故的处理、信号灯等。

2 基本的交通控制方法

2.1 单路口的交通信号控制

单路口交通信号控制是交通控制方法中最为基本的方法之一，同时是线控系统、面控系统的前提。单路口交通信号控制的目的是将信号合理配对后用来减少甚至消除每个方向交通流的冲突点，且将行人和汽车行驶整体延误时间缩短到最小。单路口交通信号控制大致分为3种控制方法，即定时、感应和自适应。

定时控制是指交叉口的交通信号控制机在运行时都是以提前设置好的配时方案进行，定时控制法又可进一步分为单段式和多段式控制，定时控制是根据以往车流量以及饱和流量的数据来判断的，车流量及饱和流量数据的获得是由车辆计算、交通测量而来。定时控制方法比较简单，目前应用范围最为广泛的一种控制方法，配时方案的确定依据是交通调查得到的以往数据，该方案一旦确定就保持不变，直至再一次重新交通调查。定时控制方法与交通流随机变化相矛盾。常常发生一种现象即绿灯亮的车道无行驶车辆，红灯亮的车道行驶车辆却排长队等，为解决这一难题，需要先检测某一车道有无车辆经过，再决定该车道是亮绿灯还是红灯，于是感应控制法产生。

感应控制法是在道路的交叉口的进口处安装车辆检测器，其信号配时方案由智能化信号控制机设计，感应控制法能够随着检测器测得的车流量的信息而调整。根据检测器设置的方式可以将感应控制法分成半感应控制和全感应控制两种，其中半感应控制是在交叉口的次干道上设置检测器，结合次干道的交通车流量来控制信号，全感应控制是在交叉口的全部道路入口处设置检测器，结合全部入口处交通的车流量来控制信号。

2.2 城市干线交通的信号协调控制

对主干道路各个交叉口的信号协调控制属于线控方式的一种。城市的道路网内，各个交叉口的距离比较近，一般情况下相邻两个交叉口间的距离不会使少量的车流全部疏通散开。在各个交叉口安装单点信号控制，行驶的车辆常常碰到红灯，导致车辆一会儿停车一会儿启动，道路不能畅通。为减少行驶的车辆在每个交叉口停车的频率，保证主干道路的车辆行驶畅通，于是研制出一种新策略，即干线相邻交叉口协调控制。协调信号计时这一方法是来源于绿波的概念，当一条主干道路有好多个交叉口，且该道路上行驶了许多辆汽车，协调控制可以保证汽车在经过主干道路的交叉口时一直遇到的都是绿灯，不必在该交叉口应信号灯而停车。通过实践可知，协调每个交叉口的信号配时能够得到巨大的经济效益。

主干道路交通信号控制分为在线和离线两种方式。利用离线方式进行信号控制，在主干道路上设置一台主信号机和多台副信号机，且信号经主信号机发出向各个副信号机同步传送，每个副信号机再利用提前设定好的绿信比和相位差对红绿灯的保持时长以及红绿灯的开始时间合理分配，进而达到控制绿波的目的。城市的中心计算机协调控制主干道路上每个交叉口的交通信号机的方式是在线方式进行信号控制，这种方式是每个交叉口的交通信号及把获取的交通车辆流的信息反馈到中心计算机，中心计算机优化处理收集到的数据信息，并向每个交叉口的信号机传送红绿灯的启动信号，达到绿波控制。

2.3 区域交通信号控制

区域交通信号控制又叫在线网络控制，区域交通信号控制系统是针对某一个区域或者某一个城市内全部交叉口的交通信号进行控制的。通常是将全部的交通信号统一到一起进行协调控制，以保证某区域内所有汽车在经过交叉口时整体损失达到最小化。区域交通信号控制也分为在线优化在线控制和离线优化在线控制两种方式。

现在，国外比较典型的区域交通信号控制系统有SCOOT系统、SCAT系统、TRANSYT系统以及RHODE系统。TARNSYT系统是周期固定的一种交通信号控制系统，且这个系统的信号周期是公共的，当配时方案确定后在实施过程中，各个交叉口的每一个信号段的起始时间和停止时间是固定不变的。TRANSYT系统的优点是在预测道路网内行驶的车流量比较准确，缺点是计算量太多，尤其是大城市的道路网比较复杂时，计算量问题更加明显。SCOOT系统是从TRANSYT系统上延伸得来的，SCOOT系统属于自适应控制系统。SCOOT系统的优点是比较灵活、准确，既能用于信号配时方案的制定，又能够为交通管理和服务提供有关信息。