廣州大學(xué)城交通信號(hào)主動(dòng)控制方法分析

邱志興，陳貴寬

（廣州大學(xué) 土木工程學(xué)院，廣東 廣州 510006）

廣州大學(xué)城內(nèi)路網(wǎng)密集，設(shè)置有信號(hào)燈的交叉口數(shù)量較多，由于兩信號(hào)燈交叉口之間的距離較短，導(dǎo)致車輛在行使過程中會(huì)頻繁停車，不僅引起交通擁塞，增加二氧化碳排放，還會(huì)增加油耗并影響駕駛員心情。國內(nèi)外有學(xué)者應(yīng)用實(shí)時(shí)監(jiān)測并進(jìn)行聯(lián)機(jī)共享和分析的方法來獲取信號(hào)燈狀態(tài)的問題進(jìn)行了研究。但對非聯(lián)機(jī)預(yù)測交叉口狀態(tài)進(jìn)行主動(dòng)控制的問題上研究的并不多。本文通過對大學(xué)城內(nèi)的信號(hào)燈情況進(jìn)行實(shí)際調(diào)查分析，研究并掌握信號(hào)燈燈色轉(zhuǎn)換時(shí)刻變化的規(guī)律，建立數(shù)學(xué)模型，擬合出未來某一時(shí)刻信號(hào)燈周期的時(shí)刻狀態(tài)，從而達(dá)到主動(dòng)控制的目的。

1 大學(xué)城的信號(hào)燈分布情況

廣州大學(xué)城第一期工程位于小谷圍島，面積約為20km2，島內(nèi)交通以內(nèi)環(huán)、中環(huán)、外環(huán)3條環(huán)形線路以及12條放射線組成，形成開放式路網(wǎng)。通過實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前，島內(nèi)設(shè)有信號(hào)燈的交叉口多達(dá)46處，其中，內(nèi)環(huán)路有4 處，中環(huán)路24 處，外環(huán)路14處，內(nèi)環(huán)路與中環(huán)路之間有4 處，中環(huán)路設(shè)置的信號(hào)燈交叉口間的平均距離約0.41km。

2 大學(xué)城的信號(hào)燈時(shí)刻變化規(guī)律分析

2.1 數(shù)據(jù)調(diào)查與分析

應(yīng)用人工調(diào)查法，對大學(xué)城內(nèi)每一個(gè)信號(hào)燈進(jìn)行調(diào)查，得出每個(gè)信號(hào)燈的信號(hào)周期和隨機(jī)抽樣的時(shí)刻狀態(tài)。并且對部分信號(hào)燈進(jìn)行連續(xù)同時(shí)間段觀測，調(diào)查數(shù)據(jù)和分析結(jié)果如表1所示。

應(yīng)用遞歸方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，可以得到時(shí)間與信號(hào)燈時(shí)間的關(guān)系圖?，F(xiàn)以第二列（EW－直綠，東西方向，直行綠燈時(shí)刻數(shù)據(jù)）為例進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，得到如圖1所示的散點(diǎn)圖以及趨勢線，其誤差分析如表2所示。由表2可知，線性相關(guān)系數(shù)為R＝0.999，標(biāo)準(zhǔn)誤差Q＝1.23002E－05，說明了信號(hào)燈燈色轉(zhuǎn)換時(shí)刻與日期間的線性相關(guān)性較好。

表1 其中一信號(hào)燈燈色轉(zhuǎn)換時(shí)刻實(shí)際調(diào)查數(shù)據(jù)

圖1 散點(diǎn)圖及趨勢線

表2 回歸分析數(shù)據(jù)

2.2 建立信號(hào)燈燈色變化時(shí)刻與日期間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型

由上述數(shù)據(jù)得到每天同一時(shí)間范圍內(nèi)所測得的信號(hào)燈燈色轉(zhuǎn)換時(shí)刻與日期間呈高度的線性相關(guān)關(guān)系，建立回歸方程，如下式

基于上述原理，可以標(biāo)定不同方向的參數(shù)值。因此，可以建立交叉口的信號(hào)燈時(shí)刻狀態(tài)回歸方程，如式（2）

3 建立查詢信號(hào)燈周期狀態(tài)的預(yù)測公式

根據(jù)該交叉口信號(hào)燈周期情況，以及各個(gè)方向間的信號(hào)燈燈色轉(zhuǎn)換規(guī)律，將不同方向的信號(hào)燈燈色轉(zhuǎn)換時(shí)刻與基準(zhǔn)信號(hào)燈燈色轉(zhuǎn)換時(shí)刻關(guān)聯(lián)。建立某一時(shí)刻信號(hào)燈周期剩余時(shí)間查詢公式

式中：TL為周期余時(shí)間，s；T為信號(hào)燈周期，s；Y為信號(hào)燈燈色轉(zhuǎn)換時(shí)刻；O為時(shí)間起算點(diǎn)；Mod（）為求余函數(shù)；Sec（）為返回整數(shù)秒函數(shù)。

4 精度驗(yàn)證

在2012－04－10中9：30：00～18：30：00 時(shí)間段內(nèi)，以3個(gè)信號(hào)燈交叉口的實(shí)際數(shù)據(jù)調(diào)查與計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比驗(yàn)證。通過對比得出根據(jù)方程計(jì)算的數(shù)據(jù)與實(shí)際調(diào)查數(shù)據(jù)間的偏離差，如表3所示。可見，預(yù)測數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)間的偏離較小，精度滿足目前主動(dòng)控制的要求。

表3 實(shí)際調(diào)查數(shù)據(jù)與計(jì)算結(jié)果對比

5 結(jié)束語

由實(shí)際調(diào)查的數(shù)據(jù)表明，在調(diào)查范圍內(nèi)，信號(hào)燈燈色轉(zhuǎn)換時(shí)刻并非固定不變，并且每天的變化量不一致。因此，要獲取未來某一時(shí)刻的信號(hào)燈周期剩余時(shí)間就需要掌握它的變化規(guī)律。以上的數(shù)據(jù)處理過程運(yùn)用了時(shí)間序列分析與統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法，得出一個(gè)信號(hào)燈燈色轉(zhuǎn)換時(shí)刻的預(yù)測公式。然后根據(jù)信號(hào)周期時(shí)間的剩余（TL）以及紅燈／綠燈的時(shí)長，運(yùn)用計(jì)算機(jī)程序來進(jìn)一步對信號(hào)燈所處的燈色狀態(tài)進(jìn)行判斷與利用。該模型的局限性在于不能自動(dòng)調(diào)整和校正精度，只能根據(jù)歷史數(shù)據(jù)來進(jìn)行預(yù)測。下一步的研究是建立具有自動(dòng)調(diào)整功能的更精確的預(yù)測方程。

［1］黃火嬰，李文翎，蘇麗儀.簡析廣州大學(xué)城交通［J］.城市公共交通，2010（4）：49－53.

［2］Baldessari R.，Bodekker B.，Brakemeier A.，et al.Car to Car Communication Consortium Manifesto，2007.

［3］Audi AG.Audi Travolution Project［EB／OL］.［2012－05－12］.http：／／www.audi.com／com／brand／en／tools／news／pool／2010／06／audi＿travolution＿.html.

［4］Peter Koonce，Lee Rodegerdts，Lee Kevin，Shaun Quayle，Scott Beaird，Cade Braud，Jim Bonneson，Phil Tarnoff，and Tom Urbanik.Traffic Signal Timing Manual［M］.U.S.Department of Transportation，2008.

［5］Emmanouil Koukoumidis，Li－Shiuan Peh，and Margaret Mortonosi.SignalGuru：Leveraging mobile Phones for collaborative traffic signal schedule advisory［M］.In MobiSys，2011.

［6］尹應(yīng)梅.廣州大學(xué)城交通現(xiàn)狀調(diào)查分析與對策［J］.交通與運(yùn)輸，2009（7）：117－120.

［7］王建軍.嚴(yán)寶杰 交通調(diào)查與分析［M］.北京：人民交通出版社，2008.