楊濤，李東，宋啟吉

（西華大學(xué)計(jì)算機(jī)與軟件工程學(xué)院，成都　610039）

實(shí)時(shí)可變相位的十字交叉口信號(hào)控制方法

楊濤，李東，宋啟吉

（西華大學(xué)計(jì)算機(jī)與軟件工程學(xué)院，成都610039）

0　引言

隨著城市汽車(chē)數(shù)量的增長(zhǎng)，使城市交通的供需嚴(yán)重不平衡，導(dǎo)致交通擁堵，嚴(yán)重影響到城市交通安全，給人們的出行帶來(lái)不便。交通擁堵還會(huì)造成更多燃油消耗和汽車(chē)尾氣排放，造成更多的能源浪費(fèi)和環(huán)境污染，給人民和國(guó)家造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

由于城市土地資源有限，無(wú)法修建更多的道路。所以只有充分利用現(xiàn)有的交通基礎(chǔ)設(shè)置，通過(guò)改進(jìn)交通的控制方法，智能地管理城市交通才是解決城市交通擁堵的根本方法。

十字交叉口作為城市交通的樞紐，所以十字交叉口的交通信號(hào)控制方法研究一直以來(lái)都是一個(gè)研究熱點(diǎn)。傳統(tǒng)的十字路口交通信號(hào)控制方法，要么采用固定的周期，固定相位的方法，要么根據(jù)一個(gè)時(shí)間段的交通情況調(diào)整周期和相位時(shí)間。這些方法都無(wú)法根據(jù)當(dāng)前交通狀況來(lái)調(diào)整十字交叉口的交通信號(hào)。所以為了提高十字交叉口的利用率，緩解交通壓力，減少車(chē)輛延誤時(shí)間，本文基于車(chē)輛排隊(duì)長(zhǎng)度和車(chē)輛等待時(shí)間提出了一種實(shí)時(shí)可變相位的十字交叉口信號(hào)控制方法。

1　十字交叉路口模型

本文將圖1所示的十字交叉口模型作為研究對(duì)象，從圖中可以看出該交叉口的東南西北方向都有出入車(chē)道進(jìn)出交叉口，而每個(gè)方向的入口車(chē)道都有左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)和直行的車(chē)道，由于右轉(zhuǎn)車(chē)道的車(chē)流不會(huì)對(duì)交叉口的其他車(chē)道產(chǎn)生影響，所以本文不考慮右轉(zhuǎn)車(chē)道的控制。交叉口的每個(gè)入口的左轉(zhuǎn)和直行車(chē)道都安裝有車(chē)輛檢測(cè)器。

圖1　十字交叉口模型

為了便于分析我們將左轉(zhuǎn)車(chē)道排隊(duì)的車(chē)輛全部視為要左轉(zhuǎn)的車(chē)輛，直行車(chē)道排隊(duì)的車(chē)輛全部視為要直行的車(chē)輛，各個(gè)方向的車(chē)道長(zhǎng)度都一樣。設(shè)i∈｛E，S，W，N｝，j∈｛L，S｝E，S，W，N分別表示東南西北四個(gè)方位，L，S分別表示左轉(zhuǎn)車(chē)道和直行車(chē)道。車(chē)道入口方向的車(chē)輛檢測(cè)器用來(lái)檢車(chē)該車(chē)道（t-Δt，t）的時(shí)間內(nèi)進(jìn)入車(chē)道的車(chē)輛數(shù)Iij（t）。車(chē)道出口方向的車(chē)輛檢測(cè)器用來(lái)檢測(cè)該車(chē)道的時(shí)間內(nèi)駛出車(chē)道的車(chē)輛數(shù)假設(shè)某車(chē)道長(zhǎng)度為Dij，車(chē)輛的平均長(zhǎng)度為L(zhǎng)則路段允許的最大車(chē)輛數(shù)Qij max為：

所以車(chē)道的車(chē)輛數(shù)Qij必須滿(mǎn)足0≤Qij≤Qij max。（t-Δt，t）時(shí)間車(chē)道的車(chē)輛數(shù)

十字交叉口所有的相位如圖2所示：

圖2　十字交叉口相位

從十字交叉口的相位組成可以看出，某一方向的某一車(chē)道（右轉(zhuǎn)除外）只能和該方向的相鄰車(chē)道或者是對(duì)方向的相同車(chē)道組成相位。如果使用枚舉來(lái)定義方向如:Position｛E=0，S=1，W=2，N=3｝，同樣使用枚舉來(lái)定義左轉(zhuǎn)和直行Direction｛S=0，L=1｝，設(shè)車(chē)道為Pij，i∈｛E，S，W，N｝，j∈｛S，L｝則相位的組成P滿(mǎn)足：

2　控制方法

當(dāng)交通警察指揮交通時(shí)會(huì)觀察十字交叉口各個(gè)車(chē)道的車(chē)輛排隊(duì)數(shù)量和等待時(shí)間來(lái)權(quán)衡下一個(gè)放行的相位，當(dāng)放行時(shí)間結(jié)束后又會(huì)重復(fù)上述操作來(lái)確定接下來(lái)的放行相位。這種控制方式，沒(méi)有固定的相位，控制信息都是根據(jù)交叉口實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)進(jìn)過(guò)分析來(lái)確定的，這樣能有效的提高了十字交叉口的利用效率。

根據(jù)交通警察指揮交通的經(jīng)驗(yàn)，我們將每個(gè)受控車(chē)道紅燈期間的排隊(duì)車(chē)輛數(shù)和紅燈時(shí)間作為該車(chē)道獲取通行權(quán)的一個(gè)權(quán)值Wij，i∈｛E，S，W，N｝，j∈｛S，L｝。設(shè)紅燈時(shí)間Tij則在（t-Tij，t）根據(jù)（2）式有：

權(quán)值與車(chē)道的對(duì)應(yīng)集合

具體的控制步驟為：

①根據(jù)（4）式計(jì)算出交叉口每個(gè)受控車(chē)道的權(quán)值Wij（t）。

②根據(jù)計(jì)算出的權(quán)值，選取其中權(quán)值最大的車(chē)道，根據(jù)（5）式，得到其對(duì)應(yīng)的車(chē)道Pij。

④將②和③找到的車(chē)道組成下個(gè)放行的相位。

⑤為放行相位分配綠燈時(shí)間Tg。其余車(chē)道都為紅燈。

⑥當(dāng)綠燈時(shí)間結(jié)束的時(shí)候，將放行相位對(duì)應(yīng)車(chē)道的權(quán)值清零，其余車(chē)道的紅燈時(shí)間更改為：

⑦重復(fù)①到⑥一直運(yùn)行下去。

3　仿真實(shí)驗(yàn)與結(jié)果

本文采用VISSIM仿真軟件進(jìn)行仿真，該仿真軟件由德國(guó)的PTV公司開(kāi)發(fā)，是一種基于時(shí)間間隔和駕駛行為的仿真建模工具，它采用的跟車(chē)模型是Wiedemann于1974年建立的心理-生理駕駛行為模型，能夠有效地評(píng)價(jià)交通工程設(shè)計(jì)。在VISSIM中建立一個(gè)如圖3所示的雙向六車(chē)道的十字交叉口仿真模型。

為了證明本文方法的正確性和有效性，將本文的方法與定周期定相位的控制方法進(jìn)行比較。其中配時(shí)參數(shù)如表1所示。

路口仿真基礎(chǔ)交通數(shù)據(jù)如表2所示：

根據(jù)以上仿真數(shù)據(jù)，在VISSIM中進(jìn)行仿真可得到如表3的仿真結(jié)果。

圖3　仿真模型

表1配時(shí)參數(shù)

表2路口仿真參數(shù)

通過(guò)表3的數(shù)據(jù)可以看出本文的方法能提高路口的平均通過(guò)量，從而提高了路口的利用效率，可以有效縮短路口車(chē)輛的平均行程時(shí)間，平均延誤時(shí)間和路口車(chē)道的平均排隊(duì)長(zhǎng)度。通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明了本文方法的正確性和優(yōu)越性。

表3仿真結(jié)果

4　結(jié)語(yǔ)

本文提出的基于車(chē)輛排隊(duì)長(zhǎng)度和車(chē)輛等待時(shí)間的實(shí)時(shí)可變相位的十字交叉口信號(hào)控制方法，更接近人為的決策過(guò)程。該方法可以使用新型的智能交通控制設(shè)備來(lái)編程實(shí)現(xiàn)，可以在實(shí)際應(yīng)用中有效疏導(dǎo)十字交叉口的交通，緩解城市的交通壓力。

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Variable Phase；Real-Time；Crossroad；Signal Control

Real-Time Variable Phase Crossroad Signal Control Method

YANG Tao，LI Dong，SONG Qi-ji
（College of Computer and Software Engineering，Xihua University，Chengdu 610039）

1007-1423（2015）29-0010-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2015.29.003

楊濤（1988-），男，四川廣元人，本科，研究方向?yàn)榍度胧较到y(tǒng)設(shè)計(jì)、區(qū)域智能交通

2015-09-01

2015-09-26

十字交叉口作為城市交通的樞紐，隨著車(chē)輛的增多，原有的一些控制方法已經(jīng)不能有效的緩解十字交叉口的交通壓力。經(jīng)過(guò)對(duì)十字交叉口交通信號(hào)控制方法進(jìn)行研究，提出一種基于車(chē)輛排隊(duì)長(zhǎng)度和車(chē)輛等待時(shí)間的實(shí)時(shí)可變相位的十字交叉口信號(hào)控制方法，并利用VISSIM交通仿真軟件進(jìn)行仿真。

可變相位；十字交叉口；信號(hào)控制

Crossroad as a hub of urban transport，with the increase of vehicles，some of the classical control methods have not effectively relieve traffic pressure of crossroad.Studies the crossroad traffic signal control methods，puts forward a kind of real-time and variable phase crossroad signal control method，which based on the vehicle queue length and vehicle waiting time，uses VISSIM traffic simulation software to simulate this method.