王小坡 / 廣東省佛山市三水區(qū)理工學(xué)校

交通信號燈仿真實驗開發(fā)

王小坡 / 廣東省佛山市三水區(qū)理工學(xué)校

城市交通擁擠是當今世界普遍關(guān)注的問題，它所帶來的嚴重危害。日益影響到人們的日常生活和社會經(jīng)濟的發(fā)展。交通信號燈是城市交通監(jiān)管系統(tǒng)的重要組成部分對于保證機動車輛的安全運行，維持城市道路的順暢起到了重要的作用。隨著計算機的迅速發(fā)展很多領(lǐng)域已經(jīng)采用計算機控制來代替人工控制。當然在交通方面也不例外，現(xiàn)在很多交通信號燈都是采用計算機來控制。交通信號燈仿真是智能交通的一個研究領(lǐng)域，交通仿真軟件對推動智能交通理論的成熟和發(fā)展起著重要作用。

智能交通；交通信號燈；仿真

1.研究背景

隨著經(jīng)濟的發(fā)展進入了快速增長時期，世界各國的汽車數(shù)量急劇增加，路網(wǎng)通行能力越來越不能滿足交通量增長的需要，由此引發(fā)的交通擁擠、交通事故、環(huán)境污染以及能源浪費日趨嚴重，已成為全球共同關(guān)注的社會問題之一。交通信號燈仿真技術(shù)是一個全面應(yīng)用信息技術(shù)、計算機技術(shù)、傳感器技術(shù)自動控制技術(shù)、人工智能技術(shù)的交通仿真系統(tǒng)，是應(yīng)用以上技術(shù)向道路使用者及交通管理者提供幫助和服務(wù)的系統(tǒng)。交通信號燈仿真實驗以計算機作為輔助工具，利用其可重復(fù)性可持續(xù)性模擬交通運輸狀況進行道路通行能力分析研究，對于再現(xiàn)復(fù)雜交通環(huán)境條件下的車流運行特征，彌補觀測數(shù)據(jù)不足解決交通流車速、流量關(guān)系曲線的外延問題都有著其它方法和手段無可比擬的優(yōu)勢因此，通過計算機集成和優(yōu)化，采用模擬預(yù)測和實施仿真系統(tǒng)進行分析研究將是道路通行能力研究的未來發(fā)展方向。

2.國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

2.1國外研究現(xiàn)狀

國外比較典型的交通信號仿真系統(tǒng)分析，由于城市區(qū)域內(nèi)各交叉口處的交通流一般是互相關(guān)聯(lián)的，所以提高某一交叉口的通行為一個理想的城市區(qū)域自適應(yīng)交通信號控制系統(tǒng)，人們希望它具有諸多功能如自適應(yīng)性能力或減少車輛在該交叉口的延誤有可能引起關(guān)聯(lián)路口更多的延誤，即子系統(tǒng)最優(yōu)并不能保證總系統(tǒng)最優(yōu)。因此，實施交叉路口間的協(xié)調(diào)自適應(yīng)控制能夠獲得更好的效果。做特定線路上的公交或特種車輛優(yōu)先控制、自學(xué)習功能、容錯功能等。但目前還沒有哪個系統(tǒng)能真正實現(xiàn)上述所有功能，城市區(qū)域交通信號控制還處于不斷的發(fā)展階段。自1963年加拿大多倫多市建成了世界上第一套由數(shù)字計算機實現(xiàn)的城市區(qū)域交通信號控制系統(tǒng)以來，人們相繼完成了很多區(qū)域交通控制系統(tǒng)，其中最有代表性的有TRANSYT、SCOOT、SCATS等。

2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀

國內(nèi)對交通信號燈仿真技術(shù)的研究仍處于非常零散的狀態(tài)，缺乏系統(tǒng)而全面的研究。作為智能運輸系統(tǒng)的一項主要內(nèi)容，交通信號燈仿真技術(shù)一直未引起足夠的重視與道路CAD技術(shù)的發(fā)展狀況相比，道路和交通信號燈仿真設(shè)計有機結(jié)合的計算機輔助系統(tǒng)方面的研究工作仍十分薄弱。20世紀90年代以后國內(nèi)交通工程界逐步意識到交通信號燈仿真研究的重要性東南大學(xué)、交通部公路科學(xué)研究所及武漢理工大學(xué)等科研單位開展了一些實質(zhì)性的研究，并取得了一定的成果?？偟膩碚f，國內(nèi)仿真研究仍只局限于解決單一問題，如對二車道公路通行能力的仿真、高速道路入口匝道范圍交通的仿真、優(yōu)先控制T型口交通的仿真等，在這方面還值得進一步深入研究。

我國的智能交通系統(tǒng)的研究是在借鑒發(fā)達國家的先進控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上開始的當時各地引入了不同國家的智能交通系統(tǒng)，體系的混亂極大的影響了我們對智能運輸系統(tǒng)的理解和研究。而且我國城市交通流特性、道路條件和交通法規(guī)等方面與發(fā)達國家之間有很大差異，因此不能照搬國外現(xiàn)成的交通流模型或仿真系統(tǒng)，所以更要加強理論研究工作，盡快建立適合我國國情的智能運輸系統(tǒng)各個部分的關(guān)鍵理論和技術(shù)支持。

3.存在的問題

解決城市交通問題的關(guān)鍵是全局優(yōu)化，國內(nèi)外已從多個角度研究了多路口的信號優(yōu)化，針對路網(wǎng)的仿真研究也得到了重視，提出了一些仿真框架，并在一定程度上實現(xiàn)了仿真，但是存在的主要問題有：

（1）現(xiàn)實路網(wǎng)中不確定性因素眾多，現(xiàn)有模型尚不能充分反映客觀世界狀況仿真結(jié)果的可信程度受到模型的限制。采用宏觀統(tǒng)計方法的仿真系統(tǒng)按照某個固定的概率分布進行仿真，沒有充分反映交叉口的微觀交通流特性?；诮煌鞯暮暧^描述，很難為研究道路規(guī)劃、交通管理和信號控制等進行決策支持。

（2）沒有仿真系統(tǒng)內(nèi)核設(shè)計的概念，系統(tǒng)的可擴展性不夠好。論文中實現(xiàn)的對多路口的仿真實現(xiàn)流程清晰，但是路網(wǎng)中交通信息的提取并不方便，最主要原因是沒有設(shè)計獨立的數(shù)據(jù)層。目前應(yīng)用級別的研究還處于發(fā)展階段，考慮到系統(tǒng)的可擴展性不應(yīng)該把應(yīng)用級別的仿真也包含入內(nèi)核系統(tǒng)。

（3）忽視了仿真軟件的初衷是為了促進交通控制理論的成熟與發(fā)展沒有從信號交通控制理論的特征來搭建仿真軟件。信號交通控制理論的顯著特點是以交通系統(tǒng)中重要信息的采集為依據(jù)，對影響系統(tǒng)性能的控制點進行參數(shù)設(shè)置。所以，信號交通仿真系統(tǒng)的內(nèi)核不在于復(fù)雜控制方案的模擬，而是最大限度的暴露訪問仿真系統(tǒng)中各個實體的接口，以及控制點參數(shù)設(shè)置讀取的接口。

4.研究目的及意義

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和城市化水平的提高，交通擁擠、環(huán)境惡化的問題越來越突出嚴重制約著城市的進一步發(fā)展。交通信號燈仿真是智能交通系統(tǒng)的一個分支，交通信號燈仿真是智能交通系統(tǒng)的一個前身，它為智能交通系統(tǒng)提供了理論依據(jù)，是交通系統(tǒng)更加人性化，從而使交通系統(tǒng)達到人性化與智能化得統(tǒng)一，同時也是未來交通系統(tǒng)的一個必然的發(fā)展趨勢。

智能交通系統(tǒng)是現(xiàn)代交通系統(tǒng)的核心，它的本質(zhì)就是通過信息技術(shù)的有效應(yīng)用最大限度的發(fā)揮已有交通基礎(chǔ)設(shè)施潛力，并引導(dǎo)合理的交通行為。智能交通系統(tǒng)的發(fā)展不僅促進了城市交通管理水平的提高，而且也改善了城市交通狀況，提高了道路的服務(wù)水平，為城市可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造了條件，同時也推動了交通相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對城市現(xiàn)代化的建設(shè)有著重要的意義。

5.結(jié)論與展望

5.1結(jié)論

科學(xué)的信號燈控制可以提高道路的使用效率，提高城市的通行速度。交通信號自動控制是交通控制的重要組成部分，是交通科學(xué)管理的一種有效手段。該系統(tǒng)部分功能比現(xiàn)在運行的系統(tǒng)更加智能化增加了系統(tǒng)的準確性，緩解了交通擁擠。使車輛行駛和道路導(dǎo)航實現(xiàn)智能化但是現(xiàn)在的智能交通系統(tǒng)整體表現(xiàn)為概念的炒作遠大于實際操作，為了促進智能交通系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用，智能運輸系統(tǒng)各個部分的關(guān)鍵理論和技術(shù)的科研攻關(guān)成為各科研學(xué)術(shù)團體面臨的重大挑戰(zhàn)，智能交通系統(tǒng)理論方面的突破是發(fā)展智能交通系統(tǒng)的基礎(chǔ)具有非常重要的意義。

5.2展望

隨著計算機水平以及信息技術(shù)的發(fā)展智能交通系統(tǒng)將會成為未來各國交通的主流，交通信號燈仿真軟件是智能交通的一個方面。它為智能交通系統(tǒng)提供了理論依據(jù)是智能交通系統(tǒng)成為可能。由現(xiàn)今的局域網(wǎng)連接，演化成為互聯(lián)網(wǎng)連接已經(jīng)成為一個趨勢。交通信號燈仿真軟件是智能交通信號系統(tǒng)的前身，對未來智能交通系統(tǒng)的實現(xiàn)有著重要的作用，我想在不久的將來交通系統(tǒng)會更人性化，到那個時候交通環(huán)境會更加通暢。

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