智能建模解決交通擁堵

文北京市朝陽外國語學校 譚碩

一、交通擁堵問題分析

導致交通堵塞的原因有很多，大體可分為固定原因和突發(fā)原因。固定原因主要包括道路容量不足、人均汽車保有量逐年增加、交通管理水平低下、缺乏整體的交通發(fā)展戰(zhàn)略、道路使用者的不文明行為等。

二、交通擁堵分析建模

我以太平莊中街與立水橋東一路的交叉口為例。此路段東西方向與南北方向的道路均為雙向四車道（雖然太平莊中街東路為雙向雙車道，但為了研究方便且其影響較小，我將它視為雙向四車道）。紅綠燈亮燈時間均為1min（黃燈時間約為4s，暫且忽略）。

車流量較小時，綠燈亮燈30s后便幾乎無車輛通過。車流量增加時，綠燈亮完后依舊有很多車輛未通過路口，并且有大量等待車輛增加，導致道路擁堵。

1.模型假設條件

（1）所有車輛長度相同，一定時間內的車流密度相同。

（2）所有司機按交通規(guī)則行駛，路口不發(fā)生交通事故。

（3）信號燈轉變?yōu)榫G燈時，車輛發(fā)動時間為定值。

（4）忽略人行道與非機動車輛對車流量的影響。

（5）天氣變化對車速及車內人員的視線影響不大，可以忽略。

（6）將黃燈時間看作綠燈時間，假定司機可準確判斷何時停止，即綠燈結束、紅燈亮起時所有車輛均已駛出路口。

（7）左轉和直行同時出發(fā)時，忽略左轉等待直行通過的等待時間。

2.模型的建立與求解

由于某些因素具有突發(fā)性，量化困難，為研究方便，本文不考慮紅綠燈出現(xiàn)故障、行人違章行為、道路施工、交通事故的影響，并將黃燈所亮時間算作綠燈所亮時間。

設路口綠燈時間為t（s），通過路口的車流量為 y（輛 /min），車速為 V（km/h），車距為a（m），車密度為 ρ（輛 /km2），車道數(shù)為 b（個），車身長為 c（m），路口寬度為 d（m）。建立以下車流量與影響因素的關系公式y(tǒng)（t）=f（v，a，ρ，b，c，d）。

為方便研究，考慮單一因素對車流量y的影響時，其他因素保持不變。經(jīng)過推算得出，一輛車通過路口的時間為（d+c）/V，一次綠燈通行時間內，理論上一個車道最多可通輛車（即一段道路內的車輛在綠燈亮的時間內恰好通過路口）。

使用收集的某個路口的數(shù)據(jù)，得出路口車流量與速度成正比，與綠燈時間成正比，與車距成反比。

三、交通擁堵的解決措施

影響車流量的主要因素為車速、車距和路口的綠燈時間?？刂萍t綠燈亮燈時間是一項解決擁堵的簡單而有效的方案。針對該問題，我提出了關于紅綠燈時間調控的解決方案。

因為現(xiàn)實中無法每時每刻對車輛進行統(tǒng)計或對綠燈時間進行調整，因此應對亮燈時間進行分段智能調控。

1.當?shù)却囕v小于此時綠燈所亮時間內的最大通行量時，綠燈按照預先設定的時間運行。

2.當?shù)却囕v略大于此時綠燈所亮時間內的最大通行量，但超過部分在總體中所占比重很小時，綠燈仍可按照預先設定的時間運行。

3.當?shù)却囕v超出此時綠燈所亮時間內的最大通行量的部分占總體的比重超過一個數(shù)值后，應將綠燈時間提高一檔，使其可以讓車輛完全通過。若提高一檔后仍不能使車輛完全通過，可再進行調整。

4.當?shù)却囕v較多，導致所需綠燈亮燈時間很長時，應根據(jù)另一方向的車流情況調整合理的時間峰頂以及時間分段。