近年來(lái)，城市化進(jìn)程不斷加快，交通擁擠現(xiàn)象日益突出。目前各個(gè)國(guó)家應(yīng)用的重要手段是通過(guò)使用智能交通系統(tǒng)對(duì)交通流進(jìn)行控制，以緩解交通擁堵，提供暢通和有序的交通環(huán)境?；诖耍恼聦?duì)城市交通流控制的主要要素進(jìn)行了分析，并對(duì)城市交通流協(xié)同優(yōu)化與誘導(dǎo)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了探討。

一、城市交通流控制的主要要素

（一）交叉路口

通常來(lái)說(shuō)，在交叉路口附近的車(chē)道區(qū)域都會(huì)劃分出專(zhuān)門(mén)供車(chē)輛排隊(duì)等待的車(chē)道，即進(jìn)口道。進(jìn)口道一般可以分為直行車(chē)道、右轉(zhuǎn)車(chē)道與左轉(zhuǎn)車(chē)道三個(gè)部分，有時(shí)還會(huì)存在具有不同轉(zhuǎn)向車(chē)流的混合車(chē)道，它主要是由城市交通管理部門(mén)規(guī)定的。在實(shí)際的交通路網(wǎng)中存在著大量的平面交叉路口，這些交叉路口成為交通流的匯集和分流點(diǎn)。通過(guò)采用合理有效的控制方法對(duì)通行權(quán)進(jìn)行分配，在時(shí)間和空間上，使發(fā)生沖突的交通流相互分離，使得交通車(chē)流安全高效地通過(guò)交叉路口，同時(shí)也使行人的通行得到保障。平面交叉路口根據(jù)交通流狀態(tài)可以采用不同的交通組織方式，例如采用信號(hào)燈、無(wú)信號(hào)控制和環(huán)形交通或人工指揮交通。目前各個(gè)城市中最常用的方式是使用信號(hào)燈對(duì)交通流進(jìn)行控制的交通組織方式。

（二）信號(hào)燈控制

一般來(lái)說(shuō)，城市交通燈信號(hào)主要分為三種，即紅色、黃色與綠色。另外，在現(xiàn)存的信號(hào)控制系統(tǒng)中，信號(hào)燈信號(hào)還包括向右轉(zhuǎn)、直行及向左轉(zhuǎn)的綠紅兩色的箭頭交通信號(hào)。在城市交通流控制中，交通信號(hào)控制器可以通過(guò)改變信號(hào)的相位差、綠信比和信號(hào)周期這三個(gè)參數(shù)的具體數(shù)值進(jìn)行信號(hào)燈的信號(hào)控制。一些高性能的信號(hào)機(jī)還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)相位數(shù)和相序的控制。

（三）道路路段

城市交通道路路段指的就是交叉路口間供車(chē)輛行駛的車(chē)道。一般來(lái)說(shuō)，道路路段主要包括上游行駛區(qū)與下游排隊(duì)區(qū)兩個(gè)部分。在道路路段上，交通流的運(yùn)動(dòng)規(guī)律與流體的特征大致類(lèi)似，因此，在描述道路路段的交通流時(shí)，采用離散系統(tǒng)模型顯然是不可取的，應(yīng)當(dāng)采用連續(xù)系統(tǒng)模型。對(duì)于城市道路交通信號(hào)控制交叉路口與匝道匯入點(diǎn)，需要描述該路口或交叉點(diǎn)狀態(tài)的變遷、變遷的條件和事件，如交通控制燈色的變換等。通過(guò)建立局部狀態(tài)與事件之間的關(guān)系，從而得到狀態(tài)轉(zhuǎn)移函數(shù)，這表示使事件發(fā)生的局部狀態(tài)或事件發(fā)生而引起的局部狀態(tài)的變化，并且需考慮到交通資源的共享與沖突。

二、城市交通流協(xié)同優(yōu)化與誘導(dǎo)的設(shè)計(jì)方案

（一）基于同心均衡分簇的數(shù)據(jù)收集和交通流預(yù)測(cè)

在整個(gè)智能交通控制中，對(duì)交通流數(shù)據(jù)的采集與處理是其關(guān)鍵環(huán)節(jié)，同時(shí)也是其實(shí)施的前提。一般來(lái)說(shuō)，智能交通中數(shù)據(jù)的采集都是依靠車(chē)載傳感器網(wǎng)絡(luò)來(lái)進(jìn)行的，車(chē)載傳感器網(wǎng)絡(luò)可以幫助車(chē)輛與車(chē)輛之間，車(chē)輛與基礎(chǔ)設(shè)施間進(jìn)行良好的通訊。同時(shí)車(chē)載傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)也能感知到很多信息，滿(mǎn)足了道路交通中對(duì)各種信息大量采集的要求。大量移動(dòng)車(chē)載傳感器節(jié)點(diǎn)采集到的信息十分巨大，在這些信息中又存在著大量重復(fù)和錯(cuò)誤的信息，傳送這些信息既增加了通信量，耗費(fèi)了通信能量，又大大降低了數(shù)據(jù)的處理效率。所以需要對(duì)采集后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從大量數(shù)據(jù)中得到正確的數(shù)據(jù)。

（二）基于相鄰路口協(xié)同的交通信號(hào)控制優(yōu)化策略

交通燈的信號(hào)控制是交通流控制中最基本的一種控制方式。尤其在城市主干線(xiàn)交叉路口，交通燈通過(guò)信號(hào)的變化來(lái)對(duì)車(chē)流進(jìn)行指揮與調(diào)度，以此影響道路的通行能力。例如，當(dāng)某一路段一個(gè)方向的車(chē)輛較多，而另一方向的車(chē)輛較少時(shí)，就要對(duì)綠信比進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，延長(zhǎng)等候車(chē)輛較多路段的綠燈信號(hào)時(shí)間，以減少車(chē)輛的等待時(shí)間，促進(jìn)交通通行效率的有效提升。具體在什么情況下延長(zhǎng)綠燈信號(hào)，到底延長(zhǎng)多久時(shí)間，這都需要有一個(gè)合適的控制策略來(lái)決定。具體的策略如下：第一，定時(shí)控制。利用歷史數(shù)據(jù)，對(duì)一天中的某一個(gè)給定時(shí)間對(duì)每一車(chē)使用恰當(dāng)?shù)膬?yōu)化算法，離線(xiàn)計(jì)算信號(hào)控制參數(shù)，然后將計(jì)算出的信號(hào)控制參數(shù)設(shè)置到信號(hào)機(jī)中，對(duì)交通流進(jìn)行調(diào)控；第二，自適應(yīng)控制。利用設(shè)置于交叉路口上游檢測(cè)器提供的交通數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算特定的性能指標(biāo)在不同決策條件下的值，選擇性能好的決策分配信號(hào)燈控制參數(shù)；第三，基于智能控制理論的交通燈控制。利用歷史數(shù)據(jù)，對(duì)智能控制單元進(jìn)行訓(xùn)練，然后根據(jù)當(dāng)前路口的交通信息，利用訓(xùn)練過(guò)的智能控制單元做決策，選擇適當(dāng)?shù)能?chē)道放行，以及確定放行時(shí)間。城市交通網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)控制節(jié)點(diǎn)眾多的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，上述方法都只考慮了單獨(dú)一個(gè)路口的交通狀況，無(wú)法做到綜合考量整個(gè)交通路網(wǎng)車(chē)流量情況。針對(duì)這一問(wèn)題，文章提出了一種分布式的協(xié)同優(yōu)化控制策略，使每個(gè)路口可以同時(shí)考慮周?chē)鷰讉€(gè)路口的車(chē)流量密度，對(duì)一個(gè)區(qū)域的交通性能進(jìn)行一個(gè)全面評(píng)估，從而使整個(gè)路網(wǎng)的車(chē)輛通行能力達(dá)到最大，等待時(shí)間最短。

三、結(jié)語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō)，城市的發(fā)展使得交通擁堵問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，為了對(duì)城市交通流進(jìn)行合理的控制，就要充分結(jié)合現(xiàn)代信息技術(shù)，通過(guò)智能交通系統(tǒng)來(lái)對(duì)城市交通流進(jìn)行協(xié)同優(yōu)化，以提高城市道路的通行效率。（作者單位為湖南高速鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院）