袁普 唐子堅(jiān) 張琦 馬繼豐

摘要：在擁堵交通狀態(tài)下，目前的信號(hào)燈配時(shí)算法僅限于處理單個(gè)路段的擁堵狀況，忽視了致使擁堵的原因是由于未限制過(guò)多的匯入車輛而造成的。本文選取當(dāng)下使用較為普遍的一種算法——Webster綠信比優(yōu)化模型，在原有模型基礎(chǔ)上，將每個(gè)信號(hào)燈關(guān)聯(lián)，使每一個(gè)信號(hào)燈時(shí)長(zhǎng)的分配不再僅取決于單個(gè)路段交通流特征，還受限于與其關(guān)聯(lián)的其余信號(hào)燈的分配時(shí)長(zhǎng)，以達(dá)到一處擁堵，多處聯(lián)合調(diào)節(jié)的優(yōu)化模式。經(jīng)仿真實(shí)驗(yàn)所證實(shí)，本優(yōu)化算法在處理?yè)矶?，尤其是多處擁堵同時(shí)發(fā)生的情況，較之傳統(tǒng)配時(shí)模型更為有效。

Abstract： Under congested traffic conditions， the current signal timing algorithm is limited to dealing with congestion on a single road segment， ignoring the cause of congestion due to not restricting too many incoming vehicles. This paper selects the Webster green letter ratio optimization model， which is currently used more generally， and on the basis of the original model， associates each signal lamp， so that the allocation of the duration of each signal lamp no longer depends only on the traffic characteristics of a single road section. Limited by the duration of the distribution of the remaining semaphores associated with it， to achieve a congestion， multiple joint optimization of the optimization mode. The simulation experiments confirmed that this optimization algorithm is more effective than traditional time-matching models in dealing with congestion， especially when multiple congestions occur at the same time.

關(guān)鍵詞：擁擠交通；信號(hào)燈配時(shí)；道路聯(lián)網(wǎng)

Key words： crowded traffic；signal timing；road network

中圖分類號(hào)：U463.7+9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）26-0176-02

0 引言

城市擁堵中，以大型交叉口擁堵最為典型，當(dāng)前大多信號(hào)燈配時(shí)系統(tǒng)盡管在少量擁堵狀態(tài)下表現(xiàn)良好，但當(dāng)一個(gè)區(qū)域整體出現(xiàn)大規(guī)模交通擁堵時(shí)，其控制能力便下降，對(duì)整體的擁堵疏散并無(wú)多大幫助。這是受限于傳統(tǒng)信號(hào)燈配時(shí)模型，其優(yōu)化部分僅限于局部的交通狀態(tài)，要解決局部擁堵問(wèn)題，不僅是對(duì)單個(gè)路口的信號(hào)燈優(yōu)化，更應(yīng)對(duì)其余路口對(duì)本路口輸送的車輛數(shù)予以限制。因此本文將擁堵歸結(jié)于兩個(gè)因素：①由于車輛補(bǔ)充過(guò)快所致使的道路流入車輛數(shù)大于流出車輛數(shù)；②由于信號(hào)燈實(shí)際配時(shí)與道路車輛數(shù)所需配時(shí)不相匹配。

在擁堵交通狀態(tài)下，信號(hào)燈聯(lián)網(wǎng)可監(jiān)測(cè)并及時(shí)處理每一處發(fā)生的擁堵，可繼續(xù)在目前的配時(shí)系統(tǒng)下，將每個(gè)獨(dú)立的信號(hào)燈相關(guān)聯(lián)，使其彼此制約，動(dòng)態(tài)去調(diào)節(jié)每一個(gè)綠燈時(shí)長(zhǎng)以及總周期時(shí)長(zhǎng)的分配，從而達(dá)到針對(duì)局部的全局優(yōu)化，以確保可以從根源及預(yù)防解決擁堵。

1 模型的建立

1.1 傳統(tǒng)配時(shí)算法及Webster綠信比算法

選取Webster信號(hào)燈配時(shí)算法[1-3]進(jìn)行討論，即在信號(hào)周期確定后，各信號(hào)相位的綠燈時(shí)間是按各相位臨界車道的交通流量比進(jìn)行比例分配的，其分配方法按式（1）進(jìn)行：

式中：gi—第i相位的有效綠燈時(shí)間；（v/s）i—第i相位關(guān)鍵車道的流量比；C—周期時(shí)長(zhǎng)；L—周期損失時(shí)間。

1.2交叉口網(wǎng)格化

模型從宏觀出發(fā)，將城市所有大型交叉口抽象為網(wǎng)格圖，每一個(gè)交叉口即對(duì)應(yīng)圖中各自節(jié)點(diǎn)。如圖1所示。

每個(gè)節(jié)點(diǎn)分為兩類（左轉(zhuǎn)和直行）8個(gè)相位，以圖1為例，即M（1，0），M（-1，0），M（0，1），M（0，-1）分別到M（0，0）的直行和左轉(zhuǎn)。若M（0，0）處擁堵，與其相同相位的節(jié)點(diǎn)為M（1，0），M（-1，0），M（2，0），或者M(jìn)（0，1），M（0，-1），若M（0，0）處需最大化排出車輛，根據(jù)具體相位而選擇M（0，1），M（1，0），M（0，-1），M（-1，0）減少涌入車輛，再以M（1，0）處為例，與其直接相關(guān)路口為M（1，1），M（-1，-1）， M（2，0），而相應(yīng)地M（1，1）與M（0，1）相關(guān)聯(lián)，即M（1，1）向M（0，1）和M（1，0）兩處分配車輛數(shù)應(yīng)減少，以此類推，M（0，0）處的擁堵壓力分擔(dān)到道路網(wǎng)絡(luò)中的每一處節(jié)點(diǎn)。

1.3 信號(hào)燈網(wǎng)絡(luò)模型

Webster配時(shí)模型的一個(gè)明顯的缺陷是，若道路流量比無(wú)約束的增加，則對(duì)應(yīng)相位的綠燈時(shí)長(zhǎng)也隨之無(wú)限增加，這顯然是不現(xiàn)實(shí)的。因此在實(shí)際中，需設(shè)定一個(gè)上限值?，F(xiàn)對(duì)上述每個(gè)節(jié)點(diǎn)定義擁堵閾值PM （i，j）。在M′（k，j）處閾值PM′ （k，j）以確定情況下，若要使Webster配時(shí)模型行之有效，即有（1）始終成立。因此，若在某一相位有g(shù)M′ （k，j）？叟PM′ （k，j），則應(yīng)在下一周期中取PM′ （k，j）代替gM′ （k，j），那么相應(yīng)地在下一周期中PM′ （k，j）所對(duì)應(yīng)的車流量y′M′ （k，j）也應(yīng)取代目前gM′ （k，j）所對(duì)應(yīng)的車流量數(shù)yM′ （k，j），即上一個(gè)向其注入車輛的路口所對(duì)應(yīng)的車流量yi，M （k，j）也應(yīng)減少，且分別對(duì)應(yīng)的綠燈時(shí)長(zhǎng)gi，M （k，j）相應(yīng)減少，同樣的，致使與M′（k，j）相通的另外三個(gè)節(jié)點(diǎn)的綠燈分配時(shí)長(zhǎng)和車流量減少，以此類推，即實(shí)現(xiàn)了一處擁堵，全城調(diào)控的緩堵模型，根據(jù)Webster模型，即得到：

式中：v—節(jié)點(diǎn)處單一相位車流量；i—相位序數(shù)（交叉口各個(gè)左轉(zhuǎn)，直行）；s—道路最大飽和量；y—臨界車道車流量比；Y—交叉口交通流量比；n—信號(hào)相位數(shù)；l—相位信號(hào)損失時(shí)間；AR—周期紅燈時(shí)間。

2 案例分析

本文選取西安市五路口十字及其東西北共4個(gè)交叉口的交通調(diào)查數(shù)據(jù)，結(jié)合本優(yōu)化模型，使用MATLAB進(jìn)行數(shù)據(jù)仿真得到表1中的結(jié)果。表中列出了優(yōu)化后各個(gè)路段通過(guò)的車輛數(shù)。從仿真結(jié)果可以看出，該模型優(yōu)化后每個(gè)交叉口的車輛數(shù)出現(xiàn)變換并趨于一致，車輛在各個(gè)路段的分配不再集中，而較為均勻地分配到其他的路段，使擁擠路段進(jìn)行了合理高效的疏散，緩解了交通壓力。有效解決了交通擁擠狀態(tài)。其中分別代表第x個(gè)交叉口的東西南北4個(gè)路段方向。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)城市交通信號(hào)控制現(xiàn)狀研究分析，針對(duì)當(dāng)下信號(hào)燈配時(shí)模型所存在問(wèn)題，提出基于道路聯(lián)網(wǎng)的交通信號(hào)控制模型，該模型較之傳統(tǒng)的經(jīng)典配時(shí)算法有以下兩方面改善：一、保留了經(jīng)典配時(shí)算法的優(yōu)點(diǎn)，并在其基礎(chǔ)上，針對(duì)單個(gè)路口簡(jiǎn)化了相位的設(shè)置，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)耗時(shí)更少；二、提出了城市道路聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)以解決擁堵問(wèn)題，將單個(gè)路口所有相位的擁堵壓力均衡的向周圍路口分壓，使整個(gè)配時(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)化，智能化。經(jīng)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在擁擠交通狀態(tài)下，本模型有更好的優(yōu)化結(jié)果，因此在實(shí)際應(yīng)用中具有更強(qiáng)的操作性。

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