車聯(lián)網(wǎng)背景下探究交叉口感應信號控制優(yōu)化設計

李靖豐 胡小敏

摘要：在車聯(lián)網(wǎng)背景下，能夠獲取車輛的相關信息，通過對這些數(shù)據(jù)的利用，能夠更好的實現(xiàn)交通便捷、不擁堵的目的。于是文章對交叉口感應信號控制進行優(yōu)化設計，通過對車聯(lián)網(wǎng)歷史數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)進行分析利用，搭建車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境平臺，最后對其進行仿真實驗，與常規(guī)感應信號控制相比，優(yōu)化設計之后的方法具有更好的實用性。

關鍵詞：車聯(lián)網(wǎng);交叉口;感應信號控制;優(yōu)化

中圖分類號：U495

文獻標識碼：A

文章編號：1001-5922（2020）12-0167-05

車聯(lián)網(wǎng)屬于一種信息交互網(wǎng)絡，其中包含車輛的位置、行駛路線和速度等信息，所以在車聯(lián)網(wǎng)背景下，能夠獲得車輛的實時信息，于是在設計交叉口感應信號時能夠根據(jù)車聯(lián)網(wǎng)背景下獲取的信息數(shù)據(jù)進行控制[1-2]。對于這方面的研究，國內(nèi)外已經(jīng)取得了一定成果，然而眾多研究中也會存在不足之處，比如沒有對歷史車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)進行利用，而且預測交通流所使用的模型比較復雜，從而導致計算速度比較慢，另外，交叉口感應信號控制相序優(yōu)化機制的研究非常少[3-5]。所以文章主要將對車聯(lián)網(wǎng)背景下交叉口感應信號控制進行優(yōu)化設計，使用歷史車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)，提高車輛通行效率，使的我國交通更加的便捷。

1 車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境搭建

文章在探究交叉口感應信號控制優(yōu)化設計時，使用了車聯(lián)網(wǎng)的背景，于是利用車聯(lián)網(wǎng)獲取相關車輛信息，需要搭建一個車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境。文章搭建了如圖1所示的車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境仿真平臺，其中TransModeler是一種以MITSIM交通流模型為基礎的商品化微觀交通仿真軟件，該軟件結合外部算法能夠獲取車輛相關信息[6-7]。在搭建過程中使用SAE J2735專用短程通信消息集字典標準，并且使用其中BSM，包含各種車輛的相關信息[8]。該環(huán)境的搭建有利于感性信號控制進行優(yōu)化，而且是一個可靠的仿真平臺。

2 交叉口感應信號控制優(yōu)化設計

2.1 前提假設

1）在使用仿真方式對信號控制進行優(yōu)化時，需要要求車輛都安裝車聯(lián)網(wǎng)車載終端，且能夠發(fā)送BSM消息。

2）在交叉口中心出設置路邊設備，然后能夠獲取BSM消息，并且將這些數(shù)據(jù)進行存儲。

3）交叉口處不考慮其他行人或者自行車的混合交通流，值只考慮所有車輛，且這些車輛在行駛過程中均按照交通規(guī)則通行。

4）使用如圖2所示的典型十字交叉口為描述對象。從圖中可以看出車輛有N狀態(tài)和D狀態(tài)，其中D狀態(tài)表示的是車輛正在行駛，N表示的是車輛處于等待狀態(tài)，也就是其車輛的速度要小于一定值，車輛下面的數(shù)字表示的在某個一個范圍和時刻下所有該狀態(tài)車輛的編號。

2.2信號控制流程

按照感應信號控制思路，需要對相位的運行狀態(tài)進行分類，可以分為啟動瞬間、過渡狀態(tài)、綠延狀態(tài)和初始綠狀態(tài)，如圖3所示，圖3表示的是信號控制流程，文章將主要研究圖3中顏色不一樣的3個模塊。

2.3相位啟動處理

交叉口的交通狀態(tài)如圖4所示，西往東直行相位啟動瞬間，車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)進行處理的過程如下：

2）標定示蹤車輛，圖4中的Trace Vehicle就是示蹤車輛，即處于排隊車輛的最后一輛車，相位初始最大排隊長度就是示蹤車輛距離停車線的距離。示蹤車輛也可以沒有，那么此時的最大初始排隊長度也為0。

2.4 相位切換判斷

圖5即為判斷相位切換時刻交叉口的交通狀態(tài)，然后通過車聯(lián)網(wǎng)獲取的信息數(shù)據(jù)進行處理，得到兩個參數(shù)，首先是得到控制范圍內(nèi)等待放行的車輛數(shù)量，然后就是得到相位最新越過停車線的車輛，即圖5中Crossing Vehicle車輛的速度。

本相位在滿足一定條件下需要進切換，一共包含以下3個條件，如果該3個條件一個都不滿足，則增加一個單位綠燈延時，然后再判斷切換相位。

1） Crossing Vehicle車輛的速度和交叉口限速比例大于某一個限定值，此時車流能夠非常快速通過停車線。

2）等待放行車輛小于某一個特定值，則控制范圍內(nèi)的車輛基本清空。

3）綠燈時長達到了最大綠燈時間。

2.5相位結束處理

本相位結束之后，需要對車聯(lián)網(wǎng)的歷史數(shù)據(jù)和瞬時數(shù)據(jù)進行處理，其處理內(nèi)容如下。

1）計算本相位的消散速度。只有當存在示蹤車輛時，消散速度才不會為0，且其計算公式如下：

3）確定下一個相位。本文使用的交叉口雙環(huán)相位結構如圖6所示，該結構一個相位組內(nèi)包含4種可能的起始階段，如表1所示，然后圖7表示的是每個起始階段對應基本雙環(huán)結構的3種運行模式，那么一個相位包含12種運行模式，這種方式具有更好的靈活性和安全性。

3 實驗和分析

3.1 實驗過程

為了驗證上述車聯(lián)網(wǎng)背景下交叉口感應信號控制優(yōu)化設計的可靠性，文章對其進行了實驗研究。選擇某市一個路口為例進行仿真實驗，該路口的示意圖如圖8所示，定時控制配時現(xiàn)狀如表2所示，平峰狀態(tài)時轉(zhuǎn)彎流量如表3所示。

為了驗證本文的優(yōu)化設計的有效性，將其與普通的感應信號控制方法進行比較。圖9即為相序，然后將單位綠燈延時設置為3s，最短綠燈時間為14s，定時控制綠燈時間和最大綠燈時間相同。本文進行的優(yōu)化設計方法中使用如表1所示的雙環(huán)結構，然后2種方法的參數(shù)相同，最后使用TSM進行定時控制完成仿真實驗。

3.2 實驗結果

通過上述仿真實驗獲得如表4所示的實驗結果，從中可以看出，與普通的感應信號控制相比，文章的優(yōu)化設計方法具有更好的使用效果。所以本文在車聯(lián)網(wǎng)背景下，通過利用其優(yōu)勢，然后對交叉口感應信號控制進行優(yōu)化設計，能夠具有顯著性的控制作用。

4 結語

綜上所述，在車聯(lián)網(wǎng)背景下，能夠獲取車輛的相關信息數(shù)據(jù)，然后對交叉口感性信號控制進行優(yōu)化設計之后，通過對這些數(shù)據(jù)進行利用，相比于常規(guī)感應信號控制，本文所設計的方法具有更好的優(yōu)勢，比如平均延誤下降、停車時間變短、排隊車輛變少等，所以該方法更有利于我國交通的不斷進步。

參考文獻

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[4]張存保，冉斌，梅朝輝，等，車路協(xié)同下道路交叉口信號控制優(yōu)化方法[J].交通運輸系統(tǒng)工程與信息，2013（03）：40-45.

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[8]許宏科，陳云.基于專用短程通信的個性化交通信息服務系統(tǒng)[J].長安大學學報：自然科學版，2004（02）：70-72.