摘 要：從交叉口設(shè)施優(yōu)化和信號(hào)控制兩方面入手對(duì)交叉口交通組織進(jìn)行分析與闡述。強(qiáng)調(diào)在現(xiàn)有交通設(shè)施的前提下色彩化、人性化的重要性。同時(shí)成功引入博弈論，并在此基礎(chǔ)上，以四相位為例建立單點(diǎn)交叉口信號(hào)控制模型。

關(guān)鍵詞：交通設(shè)施；信號(hào)控制；博弈論

中圖分類號(hào)：F290 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-291X（2013）12-0176-02

目前，混合交通是中國(guó)城市道路交通的顯著特征之一，這使得中國(guó)交通組織相對(duì)較為復(fù)雜。而交叉口是交通流反復(fù)分流、合流及交叉之處，更容易受到混合交通的影響，致使平面交叉口成為制約城市路網(wǎng)容量的瓶頸。因此對(duì)交叉口的設(shè)施及信號(hào)控制進(jìn)行研究、設(shè)計(jì)、優(yōu)化，提高交叉口通行能力是十分必要的。

一、交叉口交通設(shè)施優(yōu)化

交通設(shè)施是傳遞交通管理信息的道路語(yǔ)言，是確保交通安全、有序、暢通的重要手段。近年來(lái)，隨著市政府對(duì)交通設(shè)施投入的增大，交通設(shè)施在完整性、連續(xù)性、鮮明性方面有了很大改善。為進(jìn)一步滿足人們的出行需求，提高交通安全，豐富交通文化，可以從色彩化、人性化方面進(jìn)行探討研究，對(duì)交通設(shè)施進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化和完善。

（一）色彩化

色彩不僅給人的印象迅速，更有使人增加識(shí)別記憶的作用，所以在交通管理設(shè)施設(shè)計(jì)中色彩恰到好處地處理能起到融合表達(dá)功能和情感的作用，具有豐富的表現(xiàn)力和感染力?？梢試L試從以下方面做起：（1）在行人較多的地方可以運(yùn)用彩色斑馬線，斑馬線還是白色基本色的，只是在底下鋪一層黃色的材料，這層材料覆蓋的范圍比斑馬線略大，斑馬線便可從“黑白”相間變成“黃白”相間。“黃色”斑馬線要比一般黑白相間的斑馬線醒目，因此會(huì)有很好警示的作用。司機(jī)從很遠(yuǎn)就可以看到并開(kāi)始減速，行人過(guò)街也會(huì)比較從容。（2）嘗試統(tǒng)一將南北方向（或者東西方向）的護(hù)欄上部刷成綠色，這對(duì)于外地駕駛員或者不了解當(dāng)?shù)貭顩r的司機(jī)來(lái)講，具有很好的指示作用。

交通管理設(shè)施的系統(tǒng)用色往往更能體現(xiàn)所在城市的獨(dú)特性，可以代表當(dāng)?shù)鬲?dú)特的人文地域文化，但若缺乏系統(tǒng)管理，就會(huì)出現(xiàn)用色混亂狀況。這就要求相關(guān)設(shè)計(jì)部門(mén)從城市的整體色彩環(huán)境出發(fā)，考慮大眾審美，建立健全交通管理設(shè)施用色管理機(jī)制，對(duì)交通管理設(shè)施用色進(jìn)行科學(xué)、合理的設(shè)計(jì)和改善。

（二）人性化

交叉口設(shè)施優(yōu)化除考慮車(chē)輛行駛所需的必要信息外，對(duì)行人的道路信息指引也是十分必要的。其設(shè)計(jì)原則應(yīng)該是在簡(jiǎn)潔明了的基礎(chǔ)上傳達(dá)盡可能多的信息[2]。在情況允許的條件下可嘗試以下方法：（1）可在路側(cè)指示標(biāo)志上添加門(mén)牌號(hào)信息，如在“南”的下方加上“21+”，則表明人們沿著指示方向向南走，遇見(jiàn)的第一個(gè)門(mén)牌號(hào)就是21，繼續(xù)向前走的話，門(mén)牌號(hào)依次增大。這樣就可以在不用很大變動(dòng)的情況下，為行人提供更多指示信息，進(jìn)一步體現(xiàn)交通管理設(shè)施設(shè)計(jì)和應(yīng)用的人性化。（2）做到“警”必“禁”，有“禁”必“指”，在禁令標(biāo)志上游一般設(shè)立指示標(biāo)志，提示下游禁限內(nèi)容，從而減少違法行為的發(fā)生。真正做到交通管理標(biāo)志內(nèi)部管理與服務(wù)相協(xié)調(diào)，彌補(bǔ)道路建設(shè)中留下的安全隱患[3]。

二、交叉口信號(hào)控制——博弈論

當(dāng)前，許多新理論被運(yùn)用到交通分析與管理中，如熵理論、流體力學(xué)、層次分析、模糊數(shù)學(xué)、建模仿真等，這些理論的運(yùn)用為交通問(wèn)題分析注入了新的動(dòng)力，帶來(lái)了交通管理的新發(fā)展[4]。本文重點(diǎn)介紹的是基于多人合作博弈的單點(diǎn)交叉口信號(hào)控制方法。

（一）博弈論的基本要素

博弈論通過(guò)使用嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)模型來(lái)研究沖突、對(duì)抗條件下的最優(yōu)決策。構(gòu)成一個(gè)博弈的基本三要素有：局中人、策略集和支付函數(shù)。

局中人集合N={1，2，…n}：局中人即博弈參與人。

（三）多人合作博弈的估值解

合作博弈的求解可通過(guò)一套公理化體系，得到唯一的“合理”的分配值，并且其求解方法較簡(jiǎn)單。

1.策略集的選取。對(duì)交通信號(hào)燈來(lái)說(shuō)，可選擇的策略有紅燈或綠燈即（Red，Green）。對(duì)單點(diǎn)交叉口四相位信號(hào)控制來(lái)說(shuō)只存在4個(gè)策略組合的情況下收益大于0即在同一時(shí)刻四個(gè)相位中有一個(gè)相位是綠燈，另外三個(gè)相位都為紅燈。其他情況下的相位組合收益均為0。所以，策略集可表示為（Green，Red，Red，Red）（Red，Green，Red，Red）（Red，Red，Green，Red ）（Red，Red，Red，Green）。

2.贏得值的確定。博弈中的贏得值是個(gè)預(yù)測(cè)值，即博弈之初參與人對(duì)各種可能的策略組合下收益的一種預(yù)測(cè)。對(duì)信號(hào)交叉口控制來(lái)說(shuō)，排隊(duì)長(zhǎng)度是最直觀的收益值，因此本文中選取排隊(duì)長(zhǎng)度值最為博弈贏得值[4]。排隊(duì)長(zhǎng)度值的計(jì)算如式（3）所示：

公式中，queue length表示排隊(duì)長(zhǎng)度值；q為當(dāng)前相位的排隊(duì)長(zhǎng)度；t為當(dāng)前相位的執(zhí)行時(shí)間；car-length為平均車(chē)長(zhǎng)；average-speed表示當(dāng)相位保持綠燈信號(hào)時(shí)，駛離交叉口的所有車(chē)輛的平均速度；當(dāng)信號(hào)由紅燈轉(zhuǎn)換為綠燈或綠燈轉(zhuǎn)換為紅燈時(shí)，公式3中的Z1取0，Z2取0；當(dāng)信號(hào)由綠燈轉(zhuǎn)換為綠燈時(shí)Z1取-1，Z2取0；當(dāng)信號(hào)由紅燈轉(zhuǎn)為紅燈時(shí)，Z1取0，Z2取-1。

3.收益矩陣的建立。對(duì)單點(diǎn)交叉口四相位信號(hào)控制來(lái)說(shuō)，在某一時(shí)刻獲得通行權(quán)的相位可能有四種情況，在確定收益矩陣的時(shí)候就會(huì)存在四種可能情況：

情況一：當(dāng)前獲得通行權(quán)的相位是第一相位，即當(dāng)前4個(gè)參與人的信號(hào)燈狀態(tài)為（Green，Red，Red，Red），這種情況下4個(gè)參與人可以選擇的策略組合（如表1所示）。表中，支付函數(shù)（S1n，Pn，Pn，Pn）表示相位1，2，3，4分別選擇策略（Green，Red，Red，Red）時(shí)各個(gè)相位上的贏得值。

同理，情況二：當(dāng)前獲得通行權(quán)的是第二相位，即當(dāng)前4個(gè)參與人的信號(hào)燈狀態(tài)為（Red，Green，Red，Red，Red）；情況三：當(dāng)前獲得通行權(quán)的是第三相位，即當(dāng)前4個(gè)參與人的信號(hào)燈狀態(tài)為（Red，Red，green，Red），和情況四：當(dāng)前獲得通行權(quán)的是第四相位，即當(dāng)前4個(gè)參與人的信號(hào)燈狀態(tài)為（Red，Red，Red，Green）時(shí)對(duì)應(yīng)的博弈的收益矩陣也可獲得。至此單點(diǎn)交叉口四人合作博弈模型確定了。然后，依據(jù)式2進(jìn)行求解即可。

三、小結(jié)

管理設(shè)施優(yōu)化和信號(hào)控制是交叉口管理的重要手段，本文從這兩方面進(jìn)行了探討，提出了交叉口交通設(shè)施的色彩化與人性化，并引入了博弈論控制算法，具有一定的參考價(jià)值。需要指出的是在現(xiàn)代交通管理實(shí)踐中，無(wú)現(xiàn)成的經(jīng)驗(yàn)可遵循。因此，只有時(shí)刻以動(dòng)態(tài)的觀點(diǎn)看待交通，不斷挖掘新方法、總結(jié)新規(guī)律，運(yùn)用新理論，才能不斷解決交通問(wèn)題，將交通事業(yè)發(fā)展推向一個(gè)新的臺(tái)階。