城鎮(zhèn)智能交通信號(hào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

葉婉秋

摘要：智能交通信號(hào)控制系統(tǒng)可以提高城市交通狀況和整體管理水平，該文研究了城鎮(zhèn)交通智能交通信號(hào)控制系統(tǒng)建設(shè)，以臺(tái)州玉環(huán)智能交通信號(hào)控制系統(tǒng)建設(shè)為例，闡述了該系統(tǒng)的主要特點(diǎn)、總體結(jié)構(gòu)、運(yùn)行模式、智能控制機(jī)制等。

關(guān)鍵詞：智能交通；交通信號(hào)控制；控制機(jī)制

中圖分類號(hào)：TP18 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）23-0164-02

1 引言

交通對(duì)城市的發(fā)展具有重要作用，交通信號(hào)控制系統(tǒng)是解決城市交通問題的關(guān)鍵，如何建立基于現(xiàn)代電子信息技術(shù)面向交通運(yùn)輸?shù)闹悄芑芾硐到y(tǒng)，是縮短城市道路交通延誤、降低交通事故、減少環(huán)境污染和燃油消耗的有效手段之一。要進(jìn)行一體化的交通綜合管理，交通信號(hào)控制系統(tǒng)正是實(shí)現(xiàn)城市交通智能化管理與控制的重要組成部分。隨著城市機(jī)動(dòng)車出行率的大幅度提高，形成復(fù)雜多變的交通環(huán)境，這對(duì)交通信號(hào)控制的適應(yīng)性、智能化提出了更高的要求。本文結(jié)合臺(tái)州玉環(huán)交通樞紐工程智能交通管理系統(tǒng)的建設(shè)實(shí)踐，系統(tǒng)探討了智能交通信號(hào)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。

2 系統(tǒng)概述

不同于其他智能交通系統(tǒng)常用的預(yù)先設(shè)定固定時(shí)間交通控制方案，本文提出的交通信號(hào)控制系統(tǒng)采用有效自適應(yīng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)算法包括交通自適應(yīng)控制算法、感應(yīng)控制算法、行人二次過街算法等。自適應(yīng)控制算法能夠根據(jù)車輛檢測(cè)器收集的信息，比如車流量、時(shí)間占有率和車輛速度，實(shí)時(shí)調(diào)整路口信號(hào)機(jī)信號(hào)配時(shí)參數(shù)，即周期、相位差和綠信比。即交通自適應(yīng)控制算法是基于路口信號(hào)機(jī)的實(shí)際的控制參數(shù)做小而頻繁的優(yōu)化，形成適合于實(shí)際交通狀況的控制方案，以滿足路口交通控制的需求。系統(tǒng)主要特點(diǎn)表現(xiàn)為：先進(jìn)性、成熟性、實(shí)用性、可靠性、兼容性。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

交通信號(hào)控制系統(tǒng)共分為三級(jí)：中心控制、區(qū)域控制、路口控制。結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

1） 中心控制要完成交通信號(hào)控制中心系統(tǒng)內(nèi)的通信，完成對(duì)交通數(shù)據(jù)的采集和優(yōu)化計(jì)算。實(shí)現(xiàn)中心控制與綜合管理軟件的通信，接收及執(zhí)行管理軟件的管理和控制指令，同時(shí)向管理軟件發(fā)送相關(guān)交通狀況信息。交通控制系統(tǒng)的操作人員與本系統(tǒng)的交互接口。存儲(chǔ)交通控制系統(tǒng)的所有數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的安全可靠。

2） 區(qū)域控制負(fù)責(zé)控制子區(qū)范圍內(nèi)各路口交通流量采集、實(shí)時(shí)狀態(tài)采集、統(tǒng)計(jì)查詢?nèi)蝿?wù)、信號(hào)機(jī)事件采集、交通數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)任務(wù)、控制子區(qū)系統(tǒng)優(yōu)化、信號(hào)機(jī)自動(dòng)對(duì)時(shí)。正常情況下，信號(hào)系統(tǒng)由中心進(jìn)行交通優(yōu)化控制。當(dāng)控制中心與區(qū)域控制之間的通信鏈路發(fā)生故障時(shí)，相應(yīng)的區(qū)域控制機(jī)將取代中心對(duì)本轄區(qū)內(nèi)的信號(hào)機(jī)進(jìn)行優(yōu)化控制，避免通信故障引起全系統(tǒng)范圍的優(yōu)化降級(jí)。

3） 路口控制主要包括信號(hào)機(jī)、車輛檢測(cè)設(shè)備（線圈檢測(cè)器等）等。路口交通信號(hào)機(jī)及檢測(cè)器采集路口各檢測(cè)器提供的實(shí)時(shí)交通數(shù)據(jù)并加以初步分析整理，通過通信網(wǎng)絡(luò)傳送到上層控制機(jī)，用以調(diào)整配時(shí)方案；接收上層控制機(jī)的指令，控制本路口各個(gè)信號(hào)燈的燈色變換；在實(shí)施自適應(yīng)控制時(shí)，根據(jù)本路口的交通需求，自主地控制各入口信號(hào)燈的燈色變換。

信號(hào)機(jī)與信號(hào)控制系統(tǒng)采用國(guó)標(biāo)通信協(xié)議?？刂浦行膬?nèi)部的所有機(jī)器以局域網(wǎng)形式相連，采用的協(xié)議為TCP/IP。中心控制機(jī)安裝中心控制服務(wù)、數(shù)據(jù)處理服務(wù)、優(yōu)化和預(yù)測(cè)服務(wù)、遠(yuǎn)程通訊服務(wù)、平臺(tái)接口服務(wù)。并可選安裝GPS接口服務(wù)、CCTV接口服務(wù)、交通誘導(dǎo)接口。實(shí)現(xiàn)整個(gè)信號(hào)系統(tǒng)的通訊、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理、監(jiān)視、控制和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

4 區(qū)域控制機(jī)制

1） 系統(tǒng)軟件具備對(duì)燈控路口進(jìn)行子區(qū)劃分的功能，交通應(yīng)用軟件能控制800個(gè)子區(qū)，每個(gè)子區(qū)5～10個(gè)路口，每個(gè)子區(qū)都有數(shù)字編碼。子區(qū)劃分的原則：相鄰路口之間距離較近（一般在500米以下）；交叉口的小時(shí)流量規(guī)模相近；路口的飽和度相近；路口的交通狀況類似；路段中間分支較少且不存在交通源。

2） 系統(tǒng)能夠按照定周期方案運(yùn)行，定周期方案包括下列內(nèi)容：子區(qū)數(shù)；路口編號(hào)；定周期方案數(shù)；周期時(shí)長(zhǎng)s；綠信比數(shù)值；相位差；最大綠燈時(shí)間；最小綠燈時(shí)間；間隔時(shí)間；除了上述內(nèi)容外，系統(tǒng)的定周期方案還包括：相位參數(shù)；相位相序；通道表，即相位與信號(hào)燈組的對(duì)應(yīng)關(guān)系表；時(shí)段表，每天不同時(shí)段執(zhí)行不同的控制方案；方案調(diào)度表，一年中每天執(zhí)行不同的時(shí)段方案。

3） 信號(hào)機(jī)與控制中心通信正常的情況下，系統(tǒng)能夠通過客戶端修改控制參數(shù)，并更新數(shù)據(jù)庫(kù)中定周期方案，包括正在運(yùn)行的方案的周期長(zhǎng)度，綠信比和相位差。這種方案的更新和修改不影響路口信號(hào)機(jī)的運(yùn)行。

4） 系統(tǒng)控制的每個(gè)路口的定周期方案為108個(gè)，能夠通過調(diào)度表和人工選擇調(diào)用，實(shí)現(xiàn)路口的合理控制。系統(tǒng)控制的每個(gè)路口定周期方案的輸入都是獨(dú)立的，相互不干擾，這樣有利于用戶為每個(gè)路口的設(shè)置不同的周期長(zhǎng)度、綠信比和相位差。

5 自適應(yīng)協(xié)調(diào)控制機(jī)制

1） 系統(tǒng)為自適應(yīng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)算法包括交通自適應(yīng)控制算法、感應(yīng)控制算法、行人二次過街算法等。自適應(yīng)控制算法能夠根據(jù)車輛檢測(cè)器收集的信息，比如車流量、時(shí)間占有率和車輛速度，實(shí)時(shí)調(diào)整路口信號(hào)機(jī)信號(hào)配時(shí)參數(shù)，即周期、相位差和綠信比。即交通自適應(yīng)控制算法是基于路口信號(hào)機(jī)的實(shí)際的控制參數(shù)做小而頻繁的優(yōu)化，形成適合于實(shí)際交通狀況的控制方案，以滿足路口交通控制的需求。

2） 最大限度提高交通信號(hào)網(wǎng)絡(luò)的效率，并將配時(shí)方案的維護(hù)工作減少到最少。系統(tǒng)采用的是自適應(yīng)交通信號(hào)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)的自適應(yīng)控制算法說明如下：系統(tǒng)軟件的算法是：根據(jù)區(qū)域?qū)崟r(shí)檢測(cè)的交通信息：包括交通流量（PCU）、車輛時(shí)間占有率、車輛速度（m/s）等，利用交通信號(hào)控制優(yōu)化模型：周期時(shí)長(zhǎng)優(yōu)化模型、綠信比優(yōu)化模型和相位差優(yōu)化模型，以減少車輛延誤、停車次數(shù)為目標(biāo)，對(duì)交通信號(hào)控制三元素：周期時(shí)長(zhǎng)、綠信比和相位差進(jìn)行優(yōu)化，從而得到區(qū)域優(yōu)化控制方案。

3） 系統(tǒng)的算法是實(shí)時(shí)自適應(yīng)控制算法，根據(jù)路口的交通信息實(shí)時(shí)調(diào)整控制區(qū)域內(nèi)信號(hào)機(jī)的控制方案。系統(tǒng)不是一種方案選擇式的控制系統(tǒng)，方案選擇系統(tǒng)是根據(jù)當(dāng)前檢測(cè)的交通信息與預(yù)先設(shè)定的方案進(jìn)行匹配，選擇設(shè)定的配時(shí)方案。

4） 系統(tǒng)的算法能夠臺(tái)州玉環(huán)街道網(wǎng)絡(luò)地理特點(diǎn)，合理的劃分子區(qū)，最大成都的實(shí)現(xiàn)整個(gè)區(qū)域的自適應(yīng)協(xié)調(diào)控制，以實(shí)現(xiàn)均衡區(qū)域交通流，減少停車次數(shù)、車輛延誤及環(huán)境污，系統(tǒng)子區(qū)劃分的原則為：相鄰路口之間距離較近；交叉口的小時(shí)流量規(guī)模類似；路口的交通狀況相似；路口的飽和度接近；路段中間分支較少。

6 交通信號(hào)控制的運(yùn)行模式

系統(tǒng)除了能夠?qū)崿F(xiàn)區(qū)域自適應(yīng)協(xié)調(diào)控制外，還能實(shí)現(xiàn)區(qū)域控制、線協(xié)調(diào)控制和單點(diǎn)控制等等。利用各種新技術(shù)，為交通管理者的使用和決策提供更多、更靈活的手段。系統(tǒng)可以在以下的模式下運(yùn)行：聯(lián)機(jī)模式是完全自適應(yīng)控制，實(shí)現(xiàn)完全實(shí)時(shí)的交通響應(yīng)運(yùn)行；系統(tǒng)也可以獨(dú)立模式運(yùn)行，此時(shí)可做車感控制或定時(shí)控制；當(dāng)出現(xiàn)通信中斷等故障時(shí)，系統(tǒng)能夠降級(jí)為無電纜線協(xié)調(diào)控制方式或進(jìn)一步降級(jí)為單點(diǎn)優(yōu)化控制、單點(diǎn)全感應(yīng)控制方式、單點(diǎn)半感應(yīng)控制方式、多時(shí)段定時(shí)控制、黃閃控制和關(guān)燈控制。

7 結(jié)束語

城鎮(zhèn)交通信號(hào)控制統(tǒng)是智能交通領(lǐng)域的一項(xiàng)重要研究?jī)?nèi)容，它可以與其他智能交通系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)城市交通的數(shù)字化、信息化、智能化管理。本文提出基于自適應(yīng)控制算法的交通信號(hào)控制系統(tǒng)，可以有效應(yīng)對(duì)臺(tái)州玉環(huán)交通的實(shí)時(shí)變化，提高交通流動(dòng)的控制效率。

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