交通信號(hào)燈仿真實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)

王小坡

【摘 要】城市交通擁擠是當(dāng)今世界普遍關(guān)注的問(wèn)題，它所帶來(lái)的嚴(yán)重危害。日益影響到人們的日常生活和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。交通信號(hào)燈是城市交通監(jiān)管系統(tǒng)的重要組成部分對(duì)于保證機(jī)動(dòng)車(chē)輛的安全運(yùn)行，維持城市道路的順暢起到了重要的作用。隨著計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展很多領(lǐng)域已經(jīng)采用計(jì)算機(jī)控制來(lái)代替人工控制。當(dāng)然在交通方面也不例外，現(xiàn)在很多交通信號(hào)燈都是采用計(jì)算機(jī)來(lái)控制。交通信號(hào)燈仿真是智能交通的一個(gè)研究領(lǐng)域，交通仿真軟件對(duì)推動(dòng)智能交通理論的成熟和發(fā)展起著重要作用。

【關(guān)鍵詞】智能交通；交通信號(hào)燈；仿真

1.研究背景

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展進(jìn)入了快速增長(zhǎng)時(shí)期，世界各國(guó)的汽車(chē)數(shù)量急劇增加，路網(wǎng)通行能力越來(lái)越不能滿(mǎn)足交通量增長(zhǎng)的需要，由此引發(fā)的交通擁擠、交通事故、環(huán)境污染以及能源浪費(fèi)日趨嚴(yán)重，已成為全球共同關(guān)注的社會(huì)問(wèn)題之一。交通信號(hào)燈仿真技術(shù)是一個(gè)全面應(yīng)用信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)自動(dòng)控制技術(shù)、人工智能技術(shù)的交通仿真系統(tǒng)，是應(yīng)用以上技術(shù)向道路使用者及交通管理者提供幫助和服務(wù)的系統(tǒng)。交通信號(hào)燈仿真實(shí)驗(yàn)以計(jì)算機(jī)作為輔助工具，利用其可重復(fù)性可持續(xù)性模擬交通運(yùn)輸狀況進(jìn)行道路通行能力分析研究，對(duì)于再現(xiàn)復(fù)雜交通環(huán)境條件下的車(chē)流運(yùn)行特征，彌補(bǔ)觀測(cè)數(shù)據(jù)不足解決交通流車(chē)速、流量關(guān)系曲線(xiàn)的外延問(wèn)題都有著其它方法和手段無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)因此，通過(guò)計(jì)算機(jī)集成和優(yōu)化，采用模擬預(yù)測(cè)和實(shí)施仿真系統(tǒng)進(jìn)行分析研究將是道路通行能力研究的未來(lái)發(fā)展方向。

2.國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀

國(guó)外比較典型的交通信號(hào)仿真系統(tǒng)分析，由于城市區(qū)域內(nèi)各交叉口處的交通流一般是互相關(guān)聯(lián)的，所以提高某一交叉口的通行為一個(gè)理想的城市區(qū)域自適應(yīng)交通信號(hào)控制系統(tǒng)，人們希望它具有諸多功能如自適應(yīng)性能力或減少車(chē)輛在該交叉口的延誤有可能引起關(guān)聯(lián)路口更多的延誤，即子系統(tǒng)最優(yōu)并不能保證總系統(tǒng)最優(yōu)。因此，實(shí)施交叉路口間的協(xié)調(diào)自適應(yīng)控制能夠獲得更好的效果。做特定線(xiàn)路上的公交或特種車(chē)輛優(yōu)先控制、自學(xué)習(xí)功能、容錯(cuò)功能等。但目前還沒(méi)有哪個(gè)系統(tǒng)能真正實(shí)現(xiàn)上述所有功能，城市區(qū)域交通信號(hào)控制還處于不斷的發(fā)展階段。自1963年加拿大多倫多市建成了世界上第一套由數(shù)字計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的城市區(qū)域交通信號(hào)控制系統(tǒng)以來(lái)，人們相繼完成了很多區(qū)域交通控制系統(tǒng)，其中最有代表性的有TRANSYT、SCOOT、SCATS等。

2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)對(duì)交通信號(hào)燈仿真技術(shù)的研究仍處于非常零散的狀態(tài)，缺乏系統(tǒng)而全面的研究。作為智能運(yùn)輸系統(tǒng)的一項(xiàng)主要內(nèi)容，交通信號(hào)燈仿真技術(shù)一直未引起足夠的重視與道路CAD技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r相比，道路和交通信號(hào)燈仿真設(shè)計(jì)有機(jī)結(jié)合的計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)方面的研究工作仍十分薄弱。20世紀(jì)90年代以后國(guó)內(nèi)交通工程界逐步意識(shí)到交通信號(hào)燈仿真研究的重要性東南大學(xué)、交通部公路科學(xué)研究所及武漢理工大學(xué)等科研單位開(kāi)展了一些實(shí)質(zhì)性的研究，并取得了一定的成果?？偟膩?lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)仿真研究仍只局限于解決單一問(wèn)題，如對(duì)二車(chē)道公路通行能力的仿真、高速道路入口匝道范圍交通的仿真、優(yōu)先控制T型口交通的仿真等，在這方面還值得進(jìn)一步深入研究。

我國(guó)的智能交通系統(tǒng)的研究是在借鑒發(fā)達(dá)國(guó)家的先進(jìn)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上開(kāi)始的當(dāng)時(shí)各地引入了不同國(guó)家的智能交通系統(tǒng)，體系的混亂極大的影響了我們對(duì)智能運(yùn)輸系統(tǒng)的理解和研究。而且我國(guó)城市交通流特性、道路條件和交通法規(guī)等方面與發(fā)達(dá)國(guó)家之間有很大差異，因此不能照搬國(guó)外現(xiàn)成的交通流模型或仿真系統(tǒng)，所以更要加強(qiáng)理論研究工作，盡快建立適合我國(guó)國(guó)情的智能運(yùn)輸系統(tǒng)各個(gè)部分的關(guān)鍵理論和技術(shù)支持。

3.存在的問(wèn)題

解決城市交通問(wèn)題的關(guān)鍵是全局優(yōu)化，國(guó)內(nèi)外已從多個(gè)角度研究了多路口的信號(hào)優(yōu)化，針對(duì)路網(wǎng)的仿真研究也得到了重視，提出了一些仿真框架，并在一定程度上實(shí)現(xiàn)了仿真，但是存在的主要問(wèn)題有：

（1）現(xiàn)實(shí)路網(wǎng)中不確定性因素眾多，現(xiàn)有模型尚不能充分反映客觀世界狀況仿真結(jié)果的可信程度受到模型的限制。采用宏觀統(tǒng)計(jì)方法的仿真系統(tǒng)按照某個(gè)固定的概率分布進(jìn)行仿真，沒(méi)有充分反映交叉口的微觀交通流特性。基于交通流的宏觀描述，很難為研究道路規(guī)劃、交通管理和信號(hào)控制等進(jìn)行決策支持。

（2）沒(méi)有仿真系統(tǒng)內(nèi)核設(shè)計(jì)的概念，系統(tǒng)的可擴(kuò)展性不夠好。論文中實(shí)現(xiàn)的對(duì)多路口的仿真實(shí)現(xiàn)流程清晰，但是路網(wǎng)中交通信息的提取并不方便，最主要原因是沒(méi)有設(shè)計(jì)獨(dú)立的數(shù)據(jù)層。目前應(yīng)用級(jí)別的研究還處于發(fā)展階段，考慮到系統(tǒng)的可擴(kuò)展性不應(yīng)該把應(yīng)用級(jí)別的仿真也包含入內(nèi)核系統(tǒng)。

（3）忽視了仿真軟件的初衷是為了促進(jìn)交通控制理論的成熟與發(fā)展沒(méi)有從信號(hào)交通控制理論的特征來(lái)搭建仿真軟件。信號(hào)交通控制理論的顯著特點(diǎn)是以交通系統(tǒng)中重要信息的采集為依據(jù)，對(duì)影響系統(tǒng)性能的控制點(diǎn)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。所以，信號(hào)交通仿真系統(tǒng)的內(nèi)核不在于復(fù)雜控制方案的模擬，而是最大限度的暴露訪(fǎng)問(wèn)仿真系統(tǒng)中各個(gè)實(shí)體的接口，以及控制點(diǎn)參數(shù)設(shè)置讀取的接口。

4.研究目的及意義

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化水平的提高，交通擁擠、環(huán)境惡化的問(wèn)題越來(lái)越突出嚴(yán)重制約著城市的進(jìn)一步發(fā)展。交通信號(hào)燈仿真是智能交通系統(tǒng)的一個(gè)分支，交通信號(hào)燈仿真是智能交通系統(tǒng)的一個(gè)前身，它為智能交通系統(tǒng)提供了理論依據(jù)，是交通系統(tǒng)更加人性化，從而使交通系統(tǒng)達(dá)到人性化與智能化得統(tǒng)一，同時(shí)也是未來(lái)交通系統(tǒng)的一個(gè)必然的發(fā)展趨勢(shì)。

智能交通系統(tǒng)是現(xiàn)代交通系統(tǒng)的核心，它的本質(zhì)就是通過(guò)信息技術(shù)的有效應(yīng)用最大限度的發(fā)揮已有交通基礎(chǔ)設(shè)施潛力，并引導(dǎo)合理的交通行為。智能交通系統(tǒng)的發(fā)展不僅促進(jìn)了城市交通管理水平的提高，而且也改善了城市交通狀況，提高了道路的服務(wù)水平，為城市可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造了條件，同時(shí)也推動(dòng)了交通相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對(duì)城市現(xiàn)代化的建設(shè)有著重要的意義。

5.結(jié)論與展望

5.1結(jié)論

科學(xué)的信號(hào)燈控制可以提高道路的使用效率，提高城市的通行速度。交通信號(hào)自動(dòng)控制是交通控制的重要組成部分，是交通科學(xué)管理的一種有效手段。該系統(tǒng)部分功能比現(xiàn)在運(yùn)行的系統(tǒng)更加智能化增加了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，緩解了交通擁擠。使車(chē)輛行駛和道路導(dǎo)航實(shí)現(xiàn)智能化但是現(xiàn)在的智能交通系統(tǒng)整體表現(xiàn)為概念的炒作遠(yuǎn)大于實(shí)際操作，為了促進(jìn)智能交通系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用，智能運(yùn)輸系統(tǒng)各個(gè)部分的關(guān)鍵理論和技術(shù)的科研攻關(guān)成為各科研學(xué)術(shù)團(tuán)體面臨的重大挑戰(zhàn)，智能交通系統(tǒng)理論方面的突破是發(fā)展智能交通系統(tǒng)的基礎(chǔ)具有非常重要的意義。

5.2展望

隨著計(jì)算機(jī)水平以及信息技術(shù)的發(fā)展智能交通系統(tǒng)將會(huì)成為未來(lái)各國(guó)交通的主流，交通信號(hào)燈仿真軟件是智能交通的一個(gè)方面。它為智能交通系統(tǒng)提供了理論依據(jù)是智能交通系統(tǒng)成為可能。由現(xiàn)今的局域網(wǎng)連接，演化成為互聯(lián)網(wǎng)連接已經(jīng)成為一個(gè)趨勢(shì)。交通信號(hào)燈仿真軟件是智能交通信號(hào)系統(tǒng)的前身，對(duì)未來(lái)智能交通系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)有著重要的作用，我想在不久的將來(lái)交通系統(tǒng)會(huì)更人性化，到那個(gè)時(shí)候交通環(huán)境會(huì)更加通暢。

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