探讨单交叉口交通信号灯的实时自适应控制策略

毛忠峰 崔祺

摘 要 本文通过介绍交叉路口位置交通流动态系统模型，具体分析信号灯时间长度优化管理，研究路口位置交通信号的点控方式、线控方式和面控方式三者有效配合的自适应管理控制方式，为达到城市内部智能交通控制系统提供积极的参考。

关键词 单交叉口;交通信号灯;自适应控制

交通系统作为一个具有非线性随机性特点的开放的复杂电子系统，整个系统维数很高，再由于人的广泛参与，对系统开展有效控制属于十分复杂的问题。先进的自适应交通控制方式能够有效改变传统的在路口控制过程中按照定时控制为主的管理方式，而是按照交叉路口位置图像检测设备能够得到的实时交通流量信息，有效提取道路南北方向情况和东西方向情况的车辆实际长度，然后准确比较一定交通范围内存在排队的具体车辆长度，获取车流量情况与时间长度的某种线性数量关系，根据这种函数关系，实施自动调整后当地某个单交叉口位置的红绿灯时间长度关系，达到优化配置当地交通管理的目的。

1 交叉路口位置交通流动态系统模型

根据两相单交叉路口位置，在每个交通方向入口正上方处具体安装一个实时摄像头，用于检测路口一定范围中的道路东西方向、道路南北方向的实时车辆等待情况。高清摄像头实时采集的路口车流量图片信息内容，采取图像边缘处理方式，得到相应灰度图，开展计算路口车流量的实际长度。按照当地车辆排队具体长度等实际信息，不断调整道路东西方向与道路南北方向的路口红绿信号灯的时间长度比例，防止十字路口位置某方向出现没有车辆等待而长期处于一直放行的情况，同时道路另一方向存在车辆拥堵，通行等待时间过长等问题。有效缩短车辆等待的实际时间，不断优化两个道路方向的信号灯时长配比，达到两相单交叉路口位置信号灯的科学控制与放行，实现有效缓解当地交通压力[1]。

假设路口图像采集过程的有效范围达到100米，绿灯部分放行时间长度最小为18秒，绿灯部分放行时间长度最大为60秒，某道路方向实际等待放行的路口车流量长度情况为L。道路东西与道路南北方向的路口交通放行规律见下面。①每个路口位置的绿灯部分最短时间长度等于18秒，绿灯部分最长时间长度等于60秒。②路口初始状态：道路南北方向正处于实时放行状态，按照零时刻开始计算，且时间长度具体设置为18秒。③此时，路口图像采集到道路南北方向100米范围内，实际等待的具体车流量长度等于100，同时道路东西方向的具体车流量情况相对比较少，那么绿灯部分放行时间长度自动优化调整为60秒。④道路东西方向的具体车流量长度情况为L，假定L0等于60，如果符合L大于L0，则实时调整为道路东西方向持续放行，而道路南北方向应该停止进行通行。如果出现L

2 信号灯时间长度优化管理

两相十字路口位置车流变化速度快，同时因为气温情况、光照情况等自然环境因素及当地人为的交通车辆变道情况或者抢道情况等直接干扰，造成路口车流量信息的有效捕捉及改进优化存在着大量不稳定性的影响因素。根据不同的交通车流条件，一般选用不同的交通控制方案，比较常用的几种管理方法如下[2]。①对交通信号周期进行控制优化;②对交通相位信号配时过程进行控制优化;③对交通周期和交通相位信号配时过程同时进行控制优化，包括交通相位信号改变顺序的控制优化;④综合进行交通控制优化，主要根据交通流高峰期中的整个通行时间段。

目前，根据城市内部交通网络情况的优化控制研究工作，基本是按照城市内部交通网络情况的交通流实时分配进程进行改进优化，或按照当地出行者起讫点位置之间路径根据时间最短优化管理控制原则，或是根据城市内部流通能力保持最大原则的路口交通流分配优化管理控制等比较传统的改进方法。然而目前路口交通的现状存在时间长度分布不均，造成路口交通迟滞情况十分严重，路口车辆实际等待的时间长度过长，因此需要采取自适应优化改进控制方法，也就是自动调整改变交通信号灯的配时长度比例关系。为了有效保证交通车辆正常通过当地十字路口，防止出现开车人员产生烦躁情况或存在误认为当地灯色控制工作已经失效的情况，要求两相交通路口位置信号灯的实际周期应超过36秒，同时不超过120秒范围。因此，根据最小时间周期为36秒，最大时间周期为120秒，将道路东西方向与道路南北方向等绿灯部分通行最少时间长度等作为数据研究，实施自适应配时方案分析。

以往的传统交通路口位置信号灯采取的配时方法是要求每个方向的配时长度是固定不变的，也就是意味着两个道路方向的路口位置最大交通通行能力保持相同。实际上，由于不同的交通时间段、不同条件的路况等外部因素，造成两个方向存在的车流情况千差万别。能够按照这样简单可行的交通自适应控制管理方案开展工作，不同于传统的单片机形式，选取嵌入式系统一起构成的路口交通信号控制器设备，实时有效采集路口排队车流长度情况，从而得出一个当地有效的排队长度值范围。按照实时获取的车队长度情况，具体设定绿灯部分放行的时间长度，路口车队长绿灯部分放行时间要求就长，相反就不断减少[3]。

3 结束语

根据对交叉口位置的单点交通信号灯具有的特征开展分析研究，提出了一种合理有效的实时自适应管理控制方式，能够快速解决目前交通路口存在的拥堵、迟滞等问题。按照多个路口位置之间存在的自适应时间长度配置工作，属于多相情况、区域控制的实际问题，因此，深入分析研究路口位置交通信号的点控方式、线控方式和面控方式三者有效配合的自适应管理控制方式，为达到城市内部智能交通控制系统提供积极的参考。

参考文献

[1] 孙国栋，梁起. 道路交通信息采集器的设计与实现[J]. 自动化技术与应用，2003，（5）：75-77.

[2] 李林，李福涛，臧明海. 浅述城市交通信号灯的设置要求及其施工要点[J]. 建筑与装饰，2019，（1）：137，142.

[3] 刘南南，谷兆灿，孙慧敏，等. 基于單片机的智能交通信号灯控制系统设计[J]. 智慧工厂，2017，（9）：72-75.

作者简介

毛忠峰，男，江苏如东人;学士，科室主任，工程师，现就职单位：南京莱斯信息技术股份有限公司，研究方向：智能交通。