信號(hào)機(jī)交叉口單點(diǎn)自適應(yīng)控制設(shè)計(jì)

陳冰

摘要：在低峰小流量的交通狀況下，進(jìn)行感應(yīng)控制最大限度的降低通過平交路口的車輛停車次數(shù)，減少路口因空放而引起的相位時(shí)間損失；在平峰欠飽和的交通狀況下進(jìn)行單點(diǎn)自適應(yīng)控制對(duì)配時(shí)方案的不合理進(jìn)行小步長(zhǎng)修正；在高峰飽和的交通狀況下，通過大周期的固定周期配時(shí)最大限度的發(fā)揮道路的通行能力；當(dāng)交通流達(dá)到過飽和擁堵狀況，通過人工干預(yù)可以對(duì)交通流進(jìn)行快速疏導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)谓徊婵?；自適應(yīng)；控制中心

中圖分類號(hào)：TP273+.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2017）11-0022-01

1 系統(tǒng)構(gòu)成

在特定的交通狀態(tài)下合理使用單點(diǎn)自適應(yīng)控制策略，能夠大大最大限度減少車輛停等發(fā)揮道路的通行能力。自適應(yīng)控制系統(tǒng)由交通流量采集設(shè)備、交通信號(hào)控制機(jī)、中心控制軟件三部分組成。通過交通流數(shù)據(jù)采集、交通數(shù)據(jù)分析、交通配時(shí)優(yōu)化、交通控制信號(hào)輸出等四個(gè)流程，形成一個(gè)完整的閉環(huán)系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)交通信號(hào)配時(shí)優(yōu)化。

準(zhǔn)確的交通流量檢測(cè)為合理的交通信號(hào)控制提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。本方案采取戰(zhàn)略檢測(cè)、感應(yīng)檢測(cè)相結(jié)合的檢測(cè)方式。戰(zhàn)略檢測(cè)器設(shè)置于關(guān)鍵交叉口的各方向臨近路段，可以有效檢測(cè)路段流量、速度、時(shí)間占有率等參數(shù)，為交叉口各進(jìn)口放行交通狀態(tài)的判別、預(yù)測(cè)提供依據(jù)。根據(jù)戰(zhàn)略檢測(cè)器的流量數(shù)據(jù)，中心控制軟件可以根據(jù)交叉口各進(jìn)口的交通量計(jì)算出交叉口當(dāng)前的飽和度，指導(dǎo)信號(hào)機(jī)選擇合理的控制方式。感應(yīng)檢測(cè)器設(shè)置于交叉口靠近停車線位置，主要在信號(hào)機(jī)實(shí)施感應(yīng)、自適應(yīng)等控制方式時(shí)起到車輛到達(dá)觸發(fā)的作用；同時(shí)由于感應(yīng)檢測(cè)器布設(shè)在距離停車線不遠(yuǎn)的進(jìn)口道處，在此處交叉口已經(jīng)進(jìn)行了渠化處理，車輛不能隨意換道，可以準(zhǔn)確的檢測(cè)直行、左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)車輛的流量及比例，也為自適應(yīng)控制模式下綠燈時(shí)間的合理分配提供依據(jù)。

2 控制策略

2.1 交通組織方案

受到道路通行能力的限制，交通流量與占有率之間會(huì)一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，中心控制軟件的“交通分析模塊”利用戰(zhàn)略檢測(cè)器實(shí)時(shí)采集的交通流數(shù)據(jù)，通過這種對(duì)應(yīng)關(guān)系評(píng)判當(dāng)前的交通狀況、對(duì)配時(shí)進(jìn)行調(diào)整。根據(jù)流量-占有率曲線的特性，系統(tǒng)將交叉口各方向的交通狀態(tài)評(píng)判為低峰、平峰、高峰、擁堵四個(gè)等級(jí)，同時(shí)對(duì)信號(hào)機(jī)配時(shí)作出相應(yīng)指導(dǎo)。低峰：使用感應(yīng)控制方式，該控制方式可以在保證安全的前提下，使單個(gè)車輛快速通過路口，有效減少停車等待時(shí)間。平峰：使用自適應(yīng)的交通信號(hào)控制方式。這種控制方式可以在保證安全的前提下，通過對(duì)當(dāng)前交通流狀態(tài)的分析，確定各個(gè)方向交通流對(duì)路權(quán)的需求，合理調(diào)整配時(shí)方案，達(dá)到對(duì)路權(quán)的合理分配。高峰：使用大周期定時(shí)式交通信號(hào)控制方式及上下游協(xié)調(diào)控制方式（如上游限流）。增大周期可以有效的降低黃燈、全紅以及車輛啟動(dòng)時(shí)間在單位時(shí)間的比率。擁堵：使用預(yù)案式人工干預(yù)的方式，建立起疏導(dǎo)通道，在臨時(shí)降低或犧牲某些方向的通行能力的情況下，引導(dǎo)車流按指定方向前進(jìn)，到達(dá)緩解交通壓力的目的。

2.2 單點(diǎn)定自適應(yīng)控制

在路網(wǎng)負(fù)荷由低峰向飽和變化時(shí)，有一段上升過渡期（飽和度在0.3-0.8之間），在這段時(shí)間里交叉口車流量明顯增大，且在各個(gè)小時(shí)段、各個(gè)方向上變化不均勻、沒有規(guī)律。在這種中等飽和度狀態(tài)下通過單點(diǎn)自適應(yīng)控制方式合理調(diào)整配時(shí)方案，可以有效的利用綠燈時(shí)間，增大路口通行能力，減少綠燈時(shí)間浪費(fèi)。信號(hào)機(jī)的自適應(yīng)算法特點(diǎn)是多層次、抑制擾動(dòng)。整個(gè)自適應(yīng)控制分為感應(yīng)式調(diào)整、預(yù)估性優(yōu)化兩個(gè)階段。感應(yīng)式調(diào)整是在針對(duì)暫時(shí)的交通需求變化，對(duì)當(dāng)前信號(hào)周期的綠信比、周期長(zhǎng)度作出立即調(diào)整；預(yù)估性優(yōu)化是根據(jù)一段時(shí)間內(nèi)對(duì)交通需求的統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)后續(xù)信號(hào)周期采用的小步距的方式調(diào)整各階段綠燈時(shí)長(zhǎng)，優(yōu)化間隔通常在10-15分鐘。通過這種方式即能應(yīng)對(duì)突發(fā)性交通需求、又能適應(yīng)規(guī)律性的交通變化，同時(shí)也能夠抑制突發(fā)性交通需求帶來(lái)的數(shù)據(jù)擾動(dòng)。

（1）感應(yīng)式調(diào)整階段：自適應(yīng)控制開始運(yùn)行的最初按照基礎(chǔ)配時(shí)方案放行。當(dāng)階段綠燈遞減至最短綠燈時(shí)，根據(jù)關(guān)鍵相位車輛在檢測(cè)區(qū)的感應(yīng)間距判斷是否進(jìn)行綠燈延長(zhǎng)，當(dāng)關(guān)鍵相位車頭時(shí)距小于單位延長(zhǎng)時(shí)間（即關(guān)鍵相位仍有持續(xù)交通需求），信號(hào)機(jī)會(huì)將階段綠燈時(shí)間增加一個(gè)“延長(zhǎng)綠燈時(shí)間”，但每個(gè)階段累計(jì)增加的綠燈時(shí)間不能超過設(shè)定的“階段延長(zhǎng)上限”，直至階段最大綠燈。當(dāng)關(guān)鍵相位車頭時(shí)距大于單位延長(zhǎng)綠燈（即關(guān)鍵相位無(wú)持續(xù)交通需求）、本階段增加綠燈已達(dá)到階段調(diào)整上限、階段綠燈時(shí)間已到達(dá)階段最大綠等三個(gè)條件滿足其一時(shí)，信號(hào)機(jī)會(huì)結(jié)束本階段綠燈放行將放行權(quán)交予下一階段。在階段綠燈結(jié)束時(shí)，信號(hào)機(jī)將計(jì)算并存儲(chǔ)本階段綠燈占有率、階段綠燈調(diào)整秒數(shù)。

（2）預(yù)估性優(yōu)化階段：預(yù)估性優(yōu)化是在感應(yīng)式調(diào)整的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，主要調(diào)整依據(jù)就是感應(yīng)式調(diào)整期間記錄的各周期各階段綠燈占有率、階段綠燈調(diào)整秒數(shù)，優(yōu)化內(nèi)容為階段基礎(chǔ)綠燈，優(yōu)化通常間隔為10-15分鐘。優(yōu)化需要設(shè)置的參數(shù)有：優(yōu)化間隔（分鐘）、階段優(yōu)化上限、階段遞減步長(zhǎng)、階段最短綠。當(dāng)時(shí)間到達(dá)優(yōu)化間隔點(diǎn)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)對(duì)優(yōu)化間隔期間的N個(gè)周期數(shù)據(jù)按放行階段進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并分析每個(gè)階段綠燈的變化趨勢(shì)作為優(yōu)化的依據(jù)。判斷階段綠燈變化趨勢(shì)的依據(jù)是“階段綠燈調(diào)整秒數(shù)”、“階段綠燈占有率”兩個(gè)參數(shù)。由于系統(tǒng)進(jìn)行感應(yīng)式調(diào)整只做加秒，“階段綠燈調(diào)整秒數(shù)”直觀的反應(yīng)了各放行階段流量增長(zhǎng)的趨勢(shì)。但當(dāng)流量逐漸遞減時(shí)，就需要通過“階段綠燈占用率”來(lái)評(píng)估了。“綠燈占有率”可以直觀表示出當(dāng)前的階段綠燈利用率，如果綠燈占有率較低，就說明當(dāng)前的階段綠燈時(shí)長(zhǎng)過大、無(wú)車空放時(shí)間過長(zhǎng)，需要縮短。

3 交叉口方案實(shí)施

3.1 交叉口交通狀況調(diào)查及評(píng)估

對(duì)交叉口的通行能力評(píng)估，采用HCM方法來(lái)確定。中心控制軟件利用戰(zhàn)略檢測(cè)器實(shí)時(shí)采集的各進(jìn)口交通流數(shù)據(jù)、結(jié)合當(dāng)前信號(hào)配時(shí)即可計(jì)算出當(dāng)前交叉口的飽和度，從而指導(dǎo)信號(hào)機(jī)合理選擇控制策略及進(jìn)行配時(shí)優(yōu)化。

3.2 車輛檢測(cè)器建設(shè)

為保證交叉口控制方案實(shí)施有準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，需在交叉口安裝戰(zhàn)略檢測(cè)器及戰(zhàn)術(shù)檢測(cè)器。戰(zhàn)術(shù)檢測(cè)器安裝在各方向車道停車線位置，主要提供車輛壓占信息、及檢測(cè)進(jìn)口道各流向的流量比例、相位綠燈占有率、車流流量等。戰(zhàn)略檢測(cè)器檢測(cè)數(shù)據(jù)包括車流流量，速度、時(shí)間占有率等，為整個(gè)系統(tǒng)的控制策略確定提供依據(jù)。依據(jù)實(shí)際檢測(cè)器數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可以對(duì)路段交通狀態(tài)進(jìn)行判別及預(yù)測(cè)。endprint

3.3 交叉口基本配時(shí)

建設(shè)初期建議交叉口仍采用時(shí)間表工作方式，根據(jù)交叉口全天交通流變化特點(diǎn)合理劃分時(shí)段，根據(jù)不同時(shí)段的交通特點(diǎn)采用感應(yīng)、單點(diǎn)自適應(yīng)、定周期等不同控制策略；待戰(zhàn)略檢測(cè)器安裝并積累一定交通數(shù)據(jù)后，建立完整的數(shù)學(xué)模型，最終實(shí)現(xiàn)中心控制軟件實(shí)時(shí)分析交通數(shù)據(jù)、評(píng)價(jià)交通狀況、動(dòng)態(tài)調(diào)整交叉口控制策略。

4 結(jié)語(yǔ)

交通信號(hào)控制系統(tǒng)的本質(zhì)是通過對(duì)路口信號(hào)燈的配時(shí)控制，解決路口不同交通狀態(tài)下對(duì)各個(gè)方向交通流的路權(quán)分配問題。本文針對(duì)實(shí)際案例進(jìn)行詳細(xì)的交通特征分析，交通配時(shí)組織，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值與研究意義。

參考文獻(xiàn)

[1]徐勛倩，黃衛(wèi).單路口交通信號(hào)多相位實(shí)時(shí)控制模型及其算法[J].控制理論與應(yīng)用，2005，22（3）：413-416+422.

[2]全永燊.城市交通控制[M].北京：人民交通出版社，1989.

[3]王殿海.交通流理論[M].北京：人民交通出版社，2002.

[4]陳寬民，嚴(yán)寶潔.道路通行能力分析[M].北京：人民交通出版社，2003.

Abstract：Under low traffic and low traffic conditions， inductive control can minimize the number of vehicle stops passing through the level crossing and reduce the time loss caused by freeway at intersections. When the peak level is less saturated， Adaptive control of the timing program unreasonable small step correction； peak traffic conditions in the saturation， through the cycle of fixed cycle time to maximize the road capacity； when the traffic flow to reach the state of over-saturated congestion， through the Human intervention can quickly divert traffic flow.

Key words：Single intersection； Adaptive； control centerendprint