試析智能信號(hào)優(yōu)化系統(tǒng)在交通領(lǐng)域的技術(shù)應(yīng)用

陳新,譚昕宇

摘 要：智能信號(hào)優(yōu)化系統(tǒng)能夠?qū)Τ鞘械缆飞系能嚵?、人流?shù)據(jù)進(jìn)行智能的分析，計(jì)算未來一定時(shí)間段的交通運(yùn)行參數(shù)，自動(dòng)下發(fā)信號(hào)配時(shí)方案，從而實(shí)現(xiàn)道路、干線及區(qū)域的交通控制優(yōu)化。本文主要闡述交通信號(hào)控制的方式方法，分析智能信號(hào)優(yōu)化系統(tǒng)在交通領(lǐng)域的技術(shù)應(yīng)用，以供相關(guān)人員參考借鑒。

關(guān)鍵詞：信號(hào)控制;智能信號(hào)優(yōu)化系統(tǒng);應(yīng)用

近年來城市道路交通擁堵已經(jīng)成為制約城市發(fā)展的難題，特別是上下班高峰期交通堵塞的問題更為嚴(yán)重，給人們的出行造成不便的同時(shí)也給交通安全帶來了巨大的風(fēng)險(xiǎn)。智能信號(hào)控制系統(tǒng)能夠利用計(jì)算機(jī)通信技術(shù)、控制技術(shù)、傳感技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)交通網(wǎng)絡(luò)的全局分析并給出實(shí)時(shí)的信號(hào)優(yōu)化控制方案，對(duì)緩解城市交通壓力，保證道路暢通有著十分重要的作用[1]。

1 交通信號(hào)控制的主要方式

1.1 單點(diǎn)控制方式

單點(diǎn)控制方式是交通信號(hào)控制的最基本控制方式，一般采用的是固定周期配時(shí)和變化周期配時(shí)兩種方案。固定周期配時(shí)即是位于道路交叉口的信號(hào)燈全天24小時(shí)均按一種配時(shí)方案執(zhí)行配時(shí)控制的控制方式，而變化周期配時(shí)則是按照一天內(nèi)不同的時(shí)段設(shè)置信號(hào)配時(shí)方案。

1.2 主干道交通信號(hào)控制方式

由于主干道一般較長(zhǎng)，車流量也較大，所以在進(jìn)行主干道交通信號(hào)控制時(shí)就不能單單考慮一個(gè)交叉路口的通行情況，而是要對(duì)整條干道進(jìn)行連續(xù)的線性控制。主干道交通信號(hào)控制方式的基本控制思路是，讓一定數(shù)量的車流能夠在具有多個(gè)交叉口的主干道上始終處于綠色通行的狀態(tài)行駛，盡量避免車輛每通過一個(gè)交叉口都需要停車等待信號(hào)的情況發(fā)生，節(jié)省車輛通行時(shí)間，避免車輛短時(shí)間內(nèi)連續(xù)停駛導(dǎo)致交通擁堵。

1.3 區(qū)域交通信號(hào)控制方式

主干道交通控制方式為保證車輛通行速度，實(shí)際上是干擾到了次干道和岔道交通流的通行時(shí)間的，長(zhǎng)時(shí)間的主干道綠波通行會(huì)影響到其他道路的通行情況造成區(qū)域性的道路擁堵。所以在進(jìn)行信號(hào)控制時(shí)還需結(jié)合整個(gè)區(qū)域的行車情況，權(quán)衡各道路行車?yán)鎸?duì)信號(hào)控制配時(shí)進(jìn)行取舍，制定適當(dāng)?shù)呐鋾r(shí)方案以滿足各條道路的通行需求。

2 智能信號(hào)優(yōu)化系統(tǒng)的功能組成和主要技術(shù)

2.1 智能信號(hào)優(yōu)化系統(tǒng)的組成

智能信號(hào)優(yōu)化系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、信號(hào)優(yōu)化控制、車輛導(dǎo)航、事故處理、交通分流、公共交通管理協(xié)調(diào)等幾大功能模塊組成，其中信號(hào)優(yōu)化控制是智能信號(hào)優(yōu)化系統(tǒng)的核心組成部分，對(duì)于擁堵地段的車輛誘導(dǎo)、公共交通運(yùn)輸車輛的優(yōu)先級(jí)評(píng)定以及交通流量變化趨勢(shì)的模擬預(yù)測(cè)起著決定性的作用[2]。

2.2 智能信號(hào)優(yōu)化系統(tǒng)的主要技術(shù)

智能信號(hào)優(yōu)化系統(tǒng)的建立，最先主要是計(jì)算機(jī)信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)及GIS地理信息系統(tǒng)的綜合應(yīng)用，很大程度上提高了區(qū)域交通控制的效率和效果，但基本上還是需由交通控制中心做出最后的判斷和調(diào)整。人工智能技術(shù)問世以后，在智能控制方面得到了快速的發(fā)展，也逐步被應(yīng)用于智能信號(hào)優(yōu)化系統(tǒng)之中，使該系統(tǒng)不僅能完成交通信息數(shù)據(jù)的收集、分析、整合，同時(shí)也具備了一定的自我控制功能，讓智能信號(hào)優(yōu)化系統(tǒng)的“智能”真正有了可及性。智能交通信號(hào)控制系統(tǒng)的主要技術(shù)除原本的計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)以外，能夠體現(xiàn)其智能化的技術(shù)主要就是模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制兩種，這兩種技術(shù)都是在仿生學(xué)的基礎(chǔ)上，使智能系統(tǒng)模擬人的控制方法而達(dá)到智能控制的目的。

3 智能信號(hào)優(yōu)化系統(tǒng)在交通領(lǐng)域的具體應(yīng)用

3.1 建立交通仿真環(huán)境

交通信號(hào)控制的最大難點(diǎn)就在于提前制訂出適當(dāng)?shù)男盘?hào)控制方案，在實(shí)際的管理操作過程中，當(dāng)?shù)缆废到y(tǒng)出現(xiàn)擁堵情況時(shí)再去改變交叉口信號(hào)燈的燈時(shí)，往往已經(jīng)不能有效改善道路的行車環(huán)境，只能通過交警現(xiàn)場(chǎng)指揮進(jìn)行疏解，而這種情況大概率會(huì)持續(xù)到高峰期結(jié)束才能夠妥善處理完畢。智能信號(hào)優(yōu)化系統(tǒng)可以有效解決這一問題，采用模糊控制技術(shù)模仿人類推理、判斷的經(jīng)驗(yàn)控制方法，在計(jì)算機(jī)無法建立精準(zhǔn)數(shù)學(xué)模型，不能通過對(duì)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確計(jì)算來給出配時(shí)方案的情況下，模擬交警現(xiàn)場(chǎng)指揮交通時(shí)的情況，隨時(shí)調(diào)整信號(hào)燈的燈時(shí)，適應(yīng)復(fù)雜的路況變化;運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制功能學(xué)習(xí)人類腦神經(jīng)系統(tǒng)的運(yùn)行方式，建立出一套能處理非線性、復(fù)雜情況的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。通過神經(jīng)單元對(duì)單點(diǎn)數(shù)據(jù)值的記憶儲(chǔ)存，構(gòu)建模糊的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)信息處理系統(tǒng)，并通過不斷地學(xué)習(xí)加以完善，最后形成對(duì)區(qū)域內(nèi)交通信號(hào)的合理控制。將智能信號(hào)優(yōu)化系統(tǒng)應(yīng)用于交通領(lǐng)域之后，控制中心可在交通高峰期來臨以前，利用智能信號(hào)優(yōu)化系統(tǒng)對(duì)經(jīng)常出現(xiàn)擁堵的區(qū)域進(jìn)行劃定、檢索，提前收集各交叉路口的流量數(shù)據(jù)信息及后續(xù)會(huì)途經(jīng)該地區(qū)的車輛信息，生成動(dòng)態(tài)的仿真環(huán)境，模擬出交通流通過岔路口所需要的燈時(shí)，并結(jié)合整體路況提前制訂出恰當(dāng)?shù)臒魰r(shí)控制方案[3]。

3.2 主干道單向高峰流量的優(yōu)化控制

在城市中，主干道早晚高峰時(shí)段的車流量大體會(huì)遵循一個(gè)固定的方向，例如某城市的早高峰車流量方向?yàn)闁|向，那么通常情況下晚高峰時(shí)的車流方向就會(huì)變?yōu)槲飨?，發(fā)生擁堵的可能方向則與車流方向一致。當(dāng)同一方向通過主干道的某一岔路口車流量過大時(shí)，車速減緩、時(shí)滯現(xiàn)象增加，交通路線擁堵情況向外發(fā)散引發(fā)區(qū)域性擁堵，全區(qū)域交通干線暫時(shí)性停擺。單向智能信號(hào)系統(tǒng)可以通過神經(jīng)控制技術(shù)對(duì)這種相對(duì)固定的單相高峰交通量值進(jìn)行存儲(chǔ)，分析一定時(shí)間內(nèi)高峰流量的變化趨勢(shì)，從而做出單向高峰流量的優(yōu)化控制方案，提升信號(hào)控制的精確度。

3.3 主干道雙向高峰流量的優(yōu)化控制

城市交通受各種因素的影響會(huì)一直處于不斷變化的狀態(tài)，雙向高峰的情況也并不罕見，特別是節(jié)假日出游高峰期，出游或者是外來的車輛較多，高峰小時(shí)最大斷面客流量明顯增加，傳統(tǒng)的信號(hào)控制系統(tǒng)基本上無法應(yīng)對(duì)，只能采取人工交通指揮的方式紓解。智能控制系統(tǒng)具有學(xué)習(xí)能力的特性使其能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)相對(duì)方向交通量的變化，進(jìn)而提出雙向高峰流量的優(yōu)化控制方案并及時(shí)補(bǔ)充到交通控制管理系統(tǒng)中，能夠加快信號(hào)系統(tǒng)燈時(shí)方案調(diào)整的反應(yīng)速度，增大干道單位時(shí)間內(nèi)的通行能力，避免反應(yīng)不及導(dǎo)致交通擁堵情況的發(fā)生。

3.4 控制方案的自動(dòng)下發(fā)

智能信號(hào)系統(tǒng)對(duì)城市交通控制管理方式的改變還在于，其打破了原本需要人為操作下發(fā)信號(hào)控制方案的工作模式。智能信號(hào)系統(tǒng)在仿真模擬出信號(hào)控制的優(yōu)化方案后，不必再由控制中心人工對(duì)信號(hào)機(jī)進(jìn)行配時(shí)方案修改，智能系統(tǒng)可通過互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)直接與區(qū)域內(nèi)的單點(diǎn)信號(hào)機(jī)進(jìn)行通信，將信號(hào)優(yōu)化方案直接下發(fā)至單點(diǎn)信號(hào)機(jī)處并進(jìn)行執(zhí)行操作。這樣一來交通控制中心人員僅需要時(shí)刻注意各區(qū)域路況信息，將工作重心放在交通事故的處理上，既能夠提高交通事故的出警速度，避免交通事故危害的擴(kuò)大，也能夠?qū)煌ㄊ鹿室l(fā)的道路擁堵進(jìn)行及時(shí)處理及分流疏散，降低事故影響。

4 結(jié)束語

綜上所述，社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的提高和城市化發(fā)展進(jìn)程的加快，給城市交通的控制管理工作帶來了巨大的挑戰(zhàn)，交通擁堵的問題如果處理不好不僅會(huì)影響人們的出行，拉低城市運(yùn)行的效率，還可能導(dǎo)致交通事故的頻繁發(fā)生造成人民生命財(cái)產(chǎn)安全受到損失。智能信號(hào)優(yōu)化系統(tǒng)雖然能夠有效地提升交通控制管理的效率，但由于發(fā)展時(shí)間較短其中也存在著很多問題尚待解決，相關(guān)技術(shù)研發(fā)人員還需加強(qiáng)智能信號(hào)系統(tǒng)的研究工作，不斷攻克實(shí)際應(yīng)用中所遇到的難關(guān)，為城市交通的控管貢獻(xiàn)一份自己的力量。

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