交通紅綠燈配時優(yōu)化模型研究

倪飛+李明+肖行+陳迪+胡夢薔+李媛媛

摘 要：在人民物質(zhì)生活日益提高的今天，解決交通的擁堵狀況成為一大難題。文章通過對三角湖路口的交通狀況進(jìn)行探究，利用采集到的數(shù)據(jù)，如車輛的到達(dá)率和離開率，車輛的延誤時間等，建立良好的模型，對紅綠燈的時長進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化，達(dá)到優(yōu)化等待時間的目的，最后將一些影響甚微的因素考慮進(jìn)來，使得優(yōu)化更精確。

關(guān)鍵詞：車輛到達(dá)率；離開率；延誤時間；紅綠燈時長

1 概述

近年來，隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，人們的交通出行方式開始多樣化，但機(jī)動車通行依然占據(jù)著主導(dǎo)地位，隨著我國機(jī)動車數(shù)量的不斷增多，交通事故和交通擁堵的現(xiàn)象也開始頻發(fā)，而交叉路口在其中起著至關(guān)重要的作用，合理的優(yōu)化紅綠燈配時不僅能緩解交通壓力，還能達(dá)到節(jié)能減排的目的，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。本文利用目前流行的紅綠燈模型優(yōu)化實(shí)際通行道路。

2 模型假設(shè)

（1）車輛在通行過程中，無交通事故造成擁堵。（2）忽略人為造成的交通現(xiàn)象。（3）忽略天氣影響。（4）交通信號燈正常工作。

3 模型的建立

因?yàn)樵诓煌慕徊媛房冢煌砍尸F(xiàn)很大的隨機(jī)性，所以在統(tǒng)計(jì)不同方向和車道的車輛時要尤為注意（在本次試驗(yàn)的路口有2個方向是無法左轉(zhuǎn)的）。通過對車流量信息的統(tǒng)計(jì)，為模型建立提供數(shù)據(jù)。因?yàn)槁房诮煌ㄇ闆r復(fù)雜，有很多因素影響著交通，如：過馬路的行人數(shù)量，車輛的車速等等，那么如何來評定一個路口的交通狀況好壞呢，可以利用車輛的延誤時間的作為參考因素，因?yàn)檐囕v作為交叉路口通行情況的主要制造者，車輛因?yàn)楦鞣N因素造成的延誤時間越長，交通狀況就越差，延誤時間越短，交通狀況就越好，因?yàn)槊總€方向的車輛數(shù)，車道數(shù)存在差異，因此將4個方向的車輛延誤時間之和，即總延誤時間，作為評定標(biāo)準(zhǔn)。

通過實(shí)地研究發(fā)現(xiàn)，車輛的延誤時間和每個路口車輛的到達(dá)率，離開率以及信號周期有關(guān)。記d為交叉路口的車輛到達(dá)率（輛/s），c為交叉路口的車輛離開率（輛/s），T為交叉路口信號周期（s），t綠為綠燈持續(xù)時間，發(fā)現(xiàn)：t1時刻紅燈亮?xí)r，車輛陸續(xù)停留在路口等候，那么到達(dá)的車輛數(shù)就是車輛達(dá)到率乘車輛等候時間n1=d×t等，等到t2時刻綠燈亮?xí)r，車輛安全通過路口，當(dāng)然不一定所有的等候車輛都能一次通過，有的車輛可能要等待2次紅燈，那么在綠燈亮到t3時刻，即等候車輛都能安全通過（本文為優(yōu)化交通狀況，故視為一次均通過），通過車輛數(shù)為n2=c×（t3-t2）。當(dāng)然離開率要大于到達(dá)率（不造成擁堵）。可以知道：滿足等候車輛數(shù)和通過車輛數(shù)相同時，達(dá)到目的。

實(shí)際上：車輛的等候時間包括了等待紅燈的時間和離開路口的時間（即等候的最后一輛車離開路口），可以說車輛的等待時間就是車輛的延誤時間，因?yàn)樵谶@一時間段，車輛要么速度為0，要么速度很慢，對交通的正常通行會造成影響。

因此考慮到4個路口，得出總的延誤時間為：

記由東往西為方向1，由西往東為方向3，由南往北為方向2，由北往南為方向4。又因?yàn)檎{(diào)查發(fā)現(xiàn)：在每天的不同時間段，情況又有所不同，但大部分時間時，由東往西和由西往東的車輛同步，由南往北和由北往南的車輛同步，故綜合只考慮2個方向。

通過對三角湖交叉路口的車流量進(jìn)行調(diào)查記錄得到：

c東西=0.62輛/s；d東西=0.32輛/s；c南北=0.35輛/s；d南北=0.21輛/s

受交叉路段影響，只有從西往北有左轉(zhuǎn)道，其余方向禁止左轉(zhuǎn)。

獲得數(shù)據(jù)如表1：

經(jīng)計(jì)算得：總的延誤時間為：286.5秒

當(dāng)然這個總的延誤時間包含了車輛數(shù)

統(tǒng)計(jì)在相同車輛數(shù)的情況下，即到達(dá)率和離開率相同的情況下：

列出表2方案：

計(jì)算得：總的延誤時間為195.2秒（小于286.5秒）達(dá)到目的

當(dāng)然在有些交叉路口，信號周期是一定的，那么可以適當(dāng)增大綠燈時間，使延誤時間變短。

4 模型應(yīng)用

此模型可應(yīng)用于多個領(lǐng)域，找到一個明確的影響因素（如本文的總延誤時間），分析其影響因子（如本文的信號周期，車輛到達(dá)率和離開率），從而得出其最優(yōu)方案，通過方案和模型得出的數(shù)據(jù)和實(shí)際的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和調(diào)查結(jié)果相比較，可知方案是否可行。在通行能力小的路段和通行能力強(qiáng)的路段都可采用此模型，單方向和雙向的道路也行。

5 模型評價

本模型能一定程度上達(dá)到優(yōu)化交通擁堵的情況，即緩解了擁堵情況，又減少了尾氣排放，優(yōu)化環(huán)境。同時在其他參考的資料中發(fā)現(xiàn)，很多時候大家忽略了黃燈給交通帶來的影響，實(shí)際上，黃燈亮?xí)r，車輛是可以通行的，但由于一些人存在闖紅燈的心理，故會選擇加速通過，此時對交通擁堵是會造成影響的，故本文考慮到了黃燈的影響。本模型并不像其他模型那么復(fù)雜化，同時的的確確能夠達(dá)到緩解的目的。當(dāng)然也有其不足之處，它并非適用于所有的交叉路口的交通配時，不具備普遍性，沒有考慮到高峰期的影響。且每天某一時段車輛的到達(dá)率和離開率不一定會相同，因此延誤時間也會產(chǎn)生波動，盡管最后的模擬結(jié)果可能與實(shí)際設(shè)置情況稍有差別，但優(yōu)化結(jié)果確實(shí)達(dá)到了降低平均總延誤時間的目標(biāo)，總的來說，此模型考慮的因素充足，具備強(qiáng)大的說服力，能夠達(dá)到緩解交通壓力，提高交通通行率，減少交通污染的目的。

參考文獻(xiàn)

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