胡文甲

摘要：隨著人們生活水平不斷提高，車輛擁有量不斷增加，但由于我國基礎設施規(guī)劃問題，導致有限的交通資源難以滿足不斷增多的車輛，造成我國各大城市擁堵現(xiàn)象嚴重。交通信號燈作為疏導城市交通的一個重要工具，針對實時的交通情況實現(xiàn)對交通信號燈的有效控制是十分有必要的。文章針對當前我國現(xiàn)有交通信號燈口控制策略的不足，提出了一種輪詢機制下交通信號燈控制模型，并且進行了仿真分析。

關鍵詞：輪詢機制;交通信號燈;控制模型;仿真

中圖分類號：TP391.9 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945{2019）12-0041-02

1概述

城市交通信號燈在控制達到主干道路的交通流時，主要采用綠、黃、紅這三種顏色（即現(xiàn)實生活中的規(guī)格），由于到達主干道路口的交通流受一系列因素的影響，加之隨機性大，所以，通過科學的數(shù)學模型的構建以及人為預定的一系列方案都無法取得令人滿意的效果。而智能交通控制系統(tǒng)的運用，能在現(xiàn)行的道路中使行車延誤和交通擁堵減少，進而使交通事故的死亡率和發(fā)生率降低，并且降低污染程度，減少能源的消耗量。

2輪詢機制下交通信號燈控制方法

2.1考慮不同情形的交通信號燈控制方法

在輪詢機制下的交通信號燈控制策略的安排下，需要考慮時段因素以及交通環(huán)境因素來進行交通信號燈控制方案設計。

2.1.1不同時段下的交通信號燈控制方法

需要在調(diào)查清楚城市的車流量且仔細分析過后再進行解決。在具體的操作過程中，應該是使用交通總站的上位機定時來給各個路口發(fā)送無線訊息，進而改變每個路口PLC程序中設定好了的時間，以此來調(diào)節(jié)路口信號燈的時間。

具體的交通信號燈調(diào)控方案為，在進行協(xié)調(diào)控制路段的兩端中實現(xiàn)這個定時控制方案。這個控制方案的定時控制配時是依據(jù)當時的實際交通流量以及數(shù)學模型計算得出的。在使用協(xié)調(diào)控制方案的時候，一般是用電臺傳播的方法來進行通訊的，最后達到協(xié)調(diào)控制效果。

2.1.2不同交通環(huán)境下的交通信號燈控制方法

路段上的車流量是城市干線交通信號的協(xié)調(diào)控制機制的主要依據(jù)。因此，路段車流量的統(tǒng)計十分重要。

道路的擁堵，在一般情況下，是由于當路段中出現(xiàn)最大容量的車輛數(shù)時，持續(xù)進入車輛，以及（或者）無法及時放行車輛所造成的。此時，若車輛持續(xù)進入已達到擁堵臨界值的TJ2路段中，車輛就會更加多，從而導致?lián)矶隆Ｔ偃?，此時路段L2的下一出口處于紅燈相位，則L2/L1中的車輛數(shù)會因南北方向開來的車輛而增多，當超過臨界值時，擁堵形成。所以，該系統(tǒng)的控制分三種情況。

（1）情形1：當L1/L2中的車輛數(shù)（具有通行權）達到Cmax時，擁堵便會出現(xiàn)。

（2）情形2：若在上一情形中放任車輛的進入，便會更加擁堵，此時，為了禁止持續(xù)進入車輛，將綠燈相位變?yōu)榧t燈。當L1/L2中的車輛數(shù)不及臨界值的3/5后，緩解了擁堵情況，可將紅燈相位變?yōu)榫G燈。

（3）情形3：此時，L1/L2路段中車輛的出口方向處于紅燈相位，無法放行車輛。而該路段會因不斷增加的來自非干線的右轉(zhuǎn)車輛而等待車輛的長度變長。由于干線有許多的車輛，假設在結束第一相位后，L1/L2路段中等待車輛為臨界值的一半，這就表示若非干線上的右轉(zhuǎn)車輛數(shù)為26PCUs，即臨界值的30%時，該路段的車輛數(shù)便會劇烈增多，達到臨界值，右轉(zhuǎn)車輛繼續(xù)增多，便會擁堵。此時，將綠燈變?yōu)榧t燈，即改變該方向的信號相位便是控制策略，有別于情形2和情形1的是，此時不再是分割綠燈相位的控制策略，而是直接進入第4相位，即下一相位。如此，可以保證車輛在干線上的通行效率，盡快放行擁堵已經(jīng)形成的路段中的車輛，避免更嚴重的擁堵的形成。

2.2仿真實驗

本文選取典型的四相位作為研究對象，然后使用Mat-lab進行仿真。此處，用一組數(shù)據(jù)來詮釋，比如s1=0.4，系統(tǒng)在第4相位下通行正常。Roadl路段中的車輛數(shù)在27.621s時為4/5最大容量，即70PCUs，此時應禁止該路段中持續(xù)進入直行車，當路段中的車輛數(shù)減少至3/5的最大容量時，即18PCUs，系統(tǒng)時間是34.421s，此時未結束的綠燈相位能繼續(xù)，可放行直行車輛，依次迭代。57s是最大綠燈時間，可見在車輛被禁止通行的過程中，當車輛數(shù)為7PCUs時，該相位結束了綠燈時間。

3輪詢機制下的交通信號燈控制方法的建模與仿真

3.1輪詢機制下的交通信號控制方案

本文通過輪詢機制來分析交通信號燈控制的方案，把四相位交叉路口當作研究對象，可以把四相位交叉路口當成是四個隊列的輪詢系統(tǒng)，然后各個相位中的車道都是輪詢系統(tǒng)里面的緩沖隊列，信號燈就相當于輪詢系統(tǒng)的服務器。

在輪詢系統(tǒng)的指導下，以交通信號燈作為服務器，控制四相位交叉路口中的車輛，讓車輛按照一定的順序來通過路口。

3.2輪詢機制下的交通信號燈控制模型

在對控制子區(qū)進行交通信號控制研究之前，需要先對控制子區(qū)抽象出路網(wǎng)模型，然后根據(jù)路網(wǎng)模型設計控制策略。通常，用圓圈代替路網(wǎng)的交叉口，連線可以當作是交叉口間的路段，控制子區(qū)簡化后的路網(wǎng)圖。

對城市道路交通信號的配時優(yōu)化主要是根據(jù)各個相位的車流量對綠燈時間進行動態(tài)調(diào)整。

3.3輪詢機制下的交通信號燈控制模型仿真結果

針對在[0，180]（s）范圍內(nèi)隨機得到的5組車輛實際等待時間算例，在MATLAB平臺上優(yōu)化綠燈時間分配，對四相位交叉路口來仿真。假設每個相位車道最開始車輛數(shù)為10（pcu），統(tǒng)計50個信號周期，假設車輛以飽和流率1800（peu/h/車道）經(jīng)過路口，以2s作為一個單位時間，前100輛車的到達率是0.2（peu/slot），路口是飽和狀態(tài)，隨后的車輛到達率是0.1（peu/slot），路口是非飽和的狀態(tài)。

在車道處于較高的飽和度時，某相位一旦進入綠燈期，就會有很長一段時間一直保持綠燈，如第3輪綠燈時間已達到200（單位時間），這在實際交通控制里會由于信號周期過長，讓駕駛人員闖紅燈的概率更大。

飽和狀態(tài)下由于車輛上限控制，每個相位的綠燈時間不能超過20（單位時間），超出車輛就會作為多余車輛等待下一次綠燈信號的顯示;由于車流飽和度降低（第15個信號周期后），綠燈根據(jù)完全服務方法對信號進行切換，車道中的全部的車輛都能夠在一個信號期間經(jīng)過路口，這樣就不會剩下車輛，驗證控制策略的收斂性。

優(yōu)化算法下，拿定周期信號燈控制方法作對比的話，減少速率更快，橫軸代表周期數(shù)，縱軸代表路口放行車輛數(shù)的量。并且在優(yōu)化算法下。和定周期信號燈控制方式相對比，放行的車輛就更多。

和單點配時方案相比較，本文所提出的輪詢機制下的交通信號燈控制方案優(yōu)勢更明顯，并且平均停車次數(shù)大幅減少是顯著表現(xiàn)。這表明在協(xié)調(diào)控制方案使用后，整個干道方向的車流量的總停車次數(shù)變少了，完善了干道交通。和固定相位差協(xié)調(diào)配時方案相比，動態(tài)相位差協(xié)調(diào)配時方案優(yōu)勢也明顯，側面反映算法是可行的。

本文提出的交通燈控制策略運用到路口時，比較各相車道信號燈切換周期和平均排隊車輛數(shù)的仿真值和理論計算值。結果表明：仿真值和理論值較好吻合，表明對上述性能指標，采用輪詢模型定量分析可以保證精度。

將典型的固定時間控制策略和該策略進行比較，以來對門限型車輛驅(qū)動交通等控制策略的效果加以驗證。結果顯示：

隨著車輛達到率的增長，2種控制策略下的平均排隊度以及平均等候時間均增加，但車輛達到率一樣的情況下，和固定時間控制策略相比，門限控制策略的平均排隊度以及平均等候時間均低一些。

車流量對固定時間控制策略切換周期不造成作用。隨著車流量的增加，門限控制策略的切換周期會增加，需要注意的是，在車流量<0.1輛，s（較低）時，在各向車道間，綠燈平均每1/3min就要循環(huán)點亮一次，信號燈切換周期<20s（較小），這點難以實現(xiàn)于實際工作中。所以，可以規(guī)定，當各向車道中均無汽車等待這一情形被控制系統(tǒng)感知到時，通過視頻監(jiān)控設備，將切換綠燈至1號候車列隊，待某方向車輛達到時再及時切換，如此可避免交通燈在無車時切換頻繁。

4結束語

本文基于輪詢機制提出了一種交通信號燈控制策略，本文提出的所有進口道適時交通信號控制策略要求全面監(jiān)測進口道和環(huán)道的交通運行狀態(tài)，面向所有進口道適時實施交通信號控制。該策略是有效的，能夠顯著減小車輛的平均延誤和停車次數(shù)。