基于無線聯(lián)網(wǎng)的交通控制策略研究

劉新建

摘 要：介紹了在路口路段設置的通行控制裝置和短程無線通信技術(shù)，在整個控制區(qū)域內(nèi)控制車流，按照預設或自動感應智能調(diào)控的程序步驟通行，探討了在飽和交通狀態(tài)下，如何讓車輛均衡行駛。

關(guān)鍵詞：自愈自組網(wǎng)；雷達跟蹤；自走式移動護欄；交通均衡

中圖分類號：TP273+.5 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.12.101

隨著社會經(jīng)濟建設的發(fā)展，機動車數(shù)量猛增，城市交通已經(jīng)基本進入了飽和狀態(tài)，這給人們的出行和道路管理造成了較大的壓力。鑒于此，相關(guān)部門要不斷改進檢測手段，提出優(yōu)化控制策略，及時發(fā)現(xiàn)飽和交通的內(nèi)在規(guī)律，并采取相應的應對措施，在不改變道路狀況的前提下，提高路口的通行能力，而減少路口延誤、減少能耗和尾氣污染也是必須要解決的問題。

設想以路口控制為核心的控制策略將短程通信技術(shù)應用于路口聯(lián)網(wǎng)中，極大地方便了路口的聯(lián)網(wǎng)控制，引入雷達跟蹤技術(shù)，用區(qū)域檢測技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的斷面檢測技術(shù)，可以獲得傳統(tǒng)雷達檢測無法獲得的車輛連續(xù)狀態(tài)信息，為路口控制提供必要的基礎數(shù)據(jù)。因此，基于重要路段流量均衡思想的組織優(yōu)化策略，可以有效緩解路口擁堵問題。

1 交通控制技術(shù)分析

1.1 車輛檢測技術(shù)

目前，使用比較廣泛的是微波車輛檢測器，它是垂直于車流安裝在路側(cè)的，發(fā)射一束或兩束微波，在車輛通過微波形成的斷面時獲取車輛信息，車輛通過兩個斷面后獲取的反饋信息經(jīng)過處理后，可得到對車輛速度判定等處理結(jié)果。在安裝車輛檢測器時要求其必須垂直于車流的方向，同時，由于發(fā)射波在較遠的距離會發(fā)生離散，所以，檢測結(jié)果的誤差可能會偏大。

解決誤差大的方法是要在一定區(qū)域范圍內(nèi)連續(xù)采集車輛行駛信息，而不是一個斷面的瞬間信息。這樣，就可以更客觀地分析道路的使用情況，甚至可以根據(jù)該連續(xù)范圍內(nèi)車輛的運動狀態(tài)或軌跡判斷其是否出現(xiàn)了故障。

1.2 交通控制技術(shù)

目前，交通控制普遍采用二相位和多相位控制；控制手段為定周期、感應和自適應等。

1.3 無線聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

現(xiàn)階段，前端路口設備的聯(lián)網(wǎng)多采用有線方式，而近期出現(xiàn)了采用基于移動運營商的無線聯(lián)網(wǎng)方式。現(xiàn)在要探討如何采用zigbee短程通信技術(shù)將路口信號機以自組網(wǎng)的形式連接起來，與GPRS、3G等無線聯(lián)網(wǎng)方式相比，該技術(shù)具有功耗低、成本低、完全免費等優(yōu)勢。

2 主要研究內(nèi)容

2.1 流量均衡思想的組織優(yōu)化策略

對于一些路段，可以調(diào)整道路兩端的流入、流出流量，從而控制調(diào)整道路內(nèi)的容積車輛，最終達到緩解道路擁堵的目的。

2.1.1 封閉路段流入流量的調(diào)整優(yōu)化算法

封閉路段流入流量的調(diào)整優(yōu)化算法為：①均衡上游一級關(guān)聯(lián)路段或一、二級關(guān)聯(lián)路段的流量；②引入均衡算法，以上游路口的周期為時距；③首先均衡一級路段；④當一級路段無法滿足時，再加入二級路段；⑤均衡的手段為調(diào)整上游路口、一級關(guān)聯(lián)路口的配時，二級路口的交通組織可誘導一級關(guān)聯(lián)路段的車流；⑥調(diào)整上游路口的配時。

2.1.2 多路段控制算法

多路段控制算法的相關(guān)內(nèi)容包括：①以重要路段為服務對象；②以重要路段的上、下游路口為重點調(diào)整對象；③以重要路段的道路容積率為調(diào)整觸動條件；④以一級關(guān)聯(lián)路段為疏解均衡流量的參與路段；⑤以流量在重要路段和流量均衡參與路段中均衡分布為目標；⑥以均衡目標滿意度為均衡范圍擴大觸發(fā)條件；⑦當均衡目標不能滿足均衡所要求的飽和率時，將會觸發(fā)均衡范圍擴大至二級關(guān)聯(lián)路段，將配時調(diào)整擴大至一級關(guān)聯(lián)路口。

2.2 自走式移動護欄的應用

利用無線網(wǎng)絡將信號機與自走式移動護欄連接起來，根據(jù)控制算法和交通分析，當?shù)缆诽崆盎蜻_到一定擁堵等級時，控制自走式護欄在不中斷交通的情況下自動調(diào)撥車道，充分利用路面資源有效緩解路口單向擁堵的問題。

2.3 通用交通管理雷達的應用

通用交通管理雷達與傳統(tǒng)雷達相比，可以在一定區(qū)域范圍內(nèi)連續(xù)采集車輛行駛信息，在獲得車流量、占用率和速度等信息的基礎上，還能得到隊長、ETA（預計到達時間）等高級信息。將以上信息與智能控制算法相結(jié)合，可以實現(xiàn)更加智能的控制方式和手段。

2.4 zigbee短程通信技術(shù)

2.4.1 自愈自組網(wǎng)技術(shù)

本文研究的無線網(wǎng)絡克服了一般無線網(wǎng)絡穩(wěn)定性差、易崩潰的缺點，支持星型、樹型和網(wǎng)狀網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)。該網(wǎng)絡除了具有自組織功能外，還具有自愈功能，對網(wǎng)絡的穩(wěn)定性、健壯性和提高工作效率有重要的意義。

2.4.2 zigbee信號擴大技術(shù)

一般2個路口的距離在500～1 000 m，而一般的zigbee信號在100 m左右，如果信號覆蓋范圍過小，就要增加設備的部署密度，進而增加成本，所以，需要開發(fā)一種擴大信號的方式，不斷擴大信號的覆蓋范圍?；趜igbee低功耗的特點，可將zigbee信號覆蓋范圍擴大到500 m左右。

3 創(chuàng)新思想和關(guān)鍵技術(shù)

采用zigbee短程通信技術(shù)可以解決設備之間的聯(lián)網(wǎng)問題，比如信號機之間和信號機與自走式移動護欄之間的問題，屬于國內(nèi)首創(chuàng)。zigbee自愈自組網(wǎng)技術(shù)不僅能夠?qū)⒙房谛盘枡C通過通信接力的方式聯(lián)網(wǎng)，而且在有某一設備離線時，可以自動找到備用點，并保證網(wǎng)絡的穩(wěn)定性和健壯性。

信號機通過控制算法和交通分析控制自走式護欄，在不中斷交通的情況下自動調(diào)撥車道，緩解路口單向擁堵的問題，屬于國內(nèi)首創(chuàng)。其關(guān)鍵技術(shù)包括以下4點：①封閉路段流入流量的調(diào)整優(yōu)化算法；②多路段控制算法；③基于交通分析算法的自動調(diào)撥車道技術(shù)；④zigbee自愈自組網(wǎng)技術(shù)和信號擴大技術(shù)。