金育東，丁海龍，章濤濤

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在城市道路交通信號控制中，應用最廣泛的是定周期控制和感應控制。定周期控制的所有控制參數(shù)，都是在假定時段交通需求確定的前提下離線預設的，對城市交通網(wǎng)絡中的交通波動適應能力有限。而感應控制的周期、綠信比，甚至相序都可以依賴交通檢測數(shù)據(jù)實時調(diào)整，對交通波動的適應能力要強于定周期控制。

傳統(tǒng)感應控制方法在確定配時參數(shù)、檢測器位置等過于經(jīng)驗化，控制策略比較單一，控制效果也不明顯。國內(nèi)外學者對交叉口感應控制做了一系列研究，邵峰[1-5]等人研究了單位綠燈延長時間的計算方法，景泰[5,7,8]等人研究了最小綠燈時間、最大綠燈時間的優(yōu)化方法，韓平超、柳祖鵬[10-11]等人提出需求度的概念，郭英明[10,12,13]等人對合流場景進行了深入研究，楊濤等[13]提出基于排隊長度和車輛等待時間的實時可變相序的信號控制方法。以上研究雖然對傳統(tǒng)感應控制進行了改進，但仍缺乏對不同場景需求確定及靈活制定相關(guān)感應控制方法的考慮。

針對這些問題，提出依據(jù)城市交通路網(wǎng)特性、出行規(guī)律，設計相位(階段)組合、分離規(guī)則，并在實際運行過程中，動態(tài)判定交通需求，選擇感應控制規(guī)則，精準滿足出行需求， 解決復雜交通場景的智能控制需求，緩解交叉口排隊長度。最后，依托孝感市交通大道與天仙路交叉口，基于雷視檢測系統(tǒng)，完整實施驗證了相位(階段)動態(tài)組合的感應控制。

1 控制策略

1.1 階段設計

依托交叉口交通流量特征，分別設計交叉口常規(guī)條件及特殊條件觸發(fā)時的放行相序。例如某交叉口的交通流量以對稱為主，偶爾出現(xiàn)單方向流量較多的情形，可設計如表1所示的常規(guī)階段與擴展階段。

表1 常規(guī)階段與擴展階段設計

1.2 互斥階段鏈

圍繞常規(guī)階段與擴展階段，設計符合交通安全要求的階段放行秩序鏈，這些階段鏈互斥。以東西流向為例，設計如圖1所示的(1)對稱搭接單向或(2)單向搭接對稱的互斥階段鏈。即周期運行期間，若東西流向首個階段決策使用“(a)東西直行”，則該周期中東西流向的放行階段鏈固化為“(a)東西直行-X階段-(b)東西左轉(zhuǎn)”，其中X階段存在三種可能性，即可以跳過，也可以為“(e)東向全放”，亦或是“(f)西向全放”。

圖1 互斥階段鏈設計

1.3 決策邏輯

周期運行過程中，按照一定的階段鏈決策規(guī)則，挑選符合交通流特征的階段及對應的階段鏈。同等條件下，一般默認優(yōu)先選擇常規(guī)階段。

2 用戶規(guī)則

2.1 邏輯語句表達

通過邏輯變量與邏輯運算符的組合，實現(xiàn)用戶規(guī)則的邏輯表達。邏輯變量，包括“常數(shù)、檢測器、燈組、相位、故障、定時器、用戶變量”等；邏輯運算符，包括常見的“與、或、右移、左移、小于、等于、不等于、大于、取大、取小”等。

2.2 用戶邏輯設計

針對交通場景特征，用戶自定義交通狀態(tài)及異常狀態(tài)的識別規(guī)則，并給出階段需求放行、忽略跳過、降級放行等觸發(fā)機制。

(1)交通狀態(tài)識別

利用檢測器與相位的映射關(guān)系，將車輛存在、排隊長度、區(qū)間內(nèi)車輛數(shù)等多種交通數(shù)據(jù)，進行一次或多次邏輯表達，輸出表達相位車輛數(shù)可忽略及不可忽略兩種甚至多種交通狀態(tài)。通過檢測器27的區(qū)間車輛數(shù)大于6輛或者排隊長度大于45 m表達相位1的出現(xiàn)較長排隊。

(2)異常狀態(tài)識別

利用DFM檢測機制(檢測器數(shù)據(jù)常0、常1或數(shù)據(jù)不可信的異常識別)，結(jié)合定時器，進行簡單的邏輯表達，獲取相位異常狀態(tài)。例如，07∶05時刻，檢測器26車輛存在狀態(tài)超過240 s一直為0，則檢測器26產(chǎn)生DFM0異常；03∶15時刻，檢測器27車輛存在狀態(tài)超過300 s一直為1，則檢測器27產(chǎn)生DFM1異常。

(3)階段觸發(fā)機制

利用階段與相位及相位與檢測器的映射關(guān)系，設計階段優(yōu)先、需求、省略、降級的觸發(fā)規(guī)則。例如，在東向西左轉(zhuǎn)及直行相位的排隊長度均達到60 m，且西向東左轉(zhuǎn)及直行相位排隊長度不超過30 m，則東向西左直同放階段優(yōu)先放行條件觸發(fā)；南北左轉(zhuǎn)相位等效排隊車輛數(shù)不超過2輛(12 m公交車輛等效3輛當量車)，若紅燈狀態(tài)持續(xù)時長不超過160 s，則南北左轉(zhuǎn)階段可以省略，否則南北直行需求狀態(tài)為真；南北直行相位對應檢測器產(chǎn)生DFM0異常，則南北直行階段觸發(fā)降級。

相比常規(guī)階段，擴展階段的觸發(fā)條件需要更加嚴苛，即確保擴展階段只在特定場景下方可觸發(fā)。

3 算例分析

3.1 現(xiàn)狀分析

孝感市交通大道與天仙路交叉口，東西向為城市主干道，南北向為支線。通常交叉口流量呈對稱分布，基礎(chǔ)配時方案采用對稱放行方案。但早晚高峰時段東西向存在流量不對稱的情況，會出現(xiàn)部分相位綠燈空放，部分相位時長不足的情況。

3.2 策略實施

干道方向(東西向)采用對稱搭接單向及單向搭接對稱兩種互斥階段鏈設計，而支線方向(南北向)維持對稱放行設計，階段轉(zhuǎn)移圖如2所示。

圖2 交通大道與天仙路交叉口非典型感應控制階段轉(zhuǎn)移圖

東西向相位的交通狀態(tài)識別規(guī)則，如表2所示。

表2 關(guān)鍵相位交通狀態(tài)識別規(guī)則

東西向相位的常規(guī)階段與擴展階段的觸發(fā)規(guī)則，如表3所示。

表3 階段觸發(fā)規(guī)則

3.3 數(shù)據(jù)分析

采集2022-3-8至2022-3-14的高分辨率運行日志數(shù)據(jù)，其中前4天采用傳統(tǒng)典型感應控制，后3 d采用基于用戶自定義規(guī)則的相位(階段)動態(tài)組合的非典型感應控制。

分別提取表征早高峰、平峰、晚高峰的三個典型時間段的排隊長度數(shù)據(jù)，07∶45～08∶45、10∶15～11∶15、17∶45～18∶45，如表4所示，平均周期最大排隊長度最大降幅出現(xiàn)在早高峰，降幅達40.6%，其次為晚高峰降幅38.7%，平峰降幅較小，僅6.7%。

表4 3個典型時段的平均周期最大排隊長度對比

3.4 運行效果

早晚高峰期間，交叉口存在對稱車流-潮汐車流-對稱車流的特征轉(zhuǎn)變情況，此時基于用戶自定義規(guī)則的非典型感應控制效果遠勝于傳統(tǒng)感應控制。具體原因為，僅用對稱放行策略的傳統(tǒng)感應控制，無法適應該場景的交通流特征變化，而非典型感應控制，可在潮汐特征觸發(fā)時，自動調(diào)整以單邊輪放為主的放行方案，特征恢復時，又自動執(zhí)行對稱放行方案。

平峰期間，雖然交叉口整體交通流量較少，且變化不大，但用戶自定義規(guī)則的非典型感應控制的效果相比傳統(tǒng)感應控制，仍略有改善。

4 結(jié) 語

用戶自定義規(guī)則的非典型感應控制方法，可針對不同交通場景，定制符合交通特征的控制策略，選擇合適的交通數(shù)據(jù)及所需的常規(guī)階段與擴展階段，采用用戶邏輯自定義表達的方式，設計交通狀態(tài)、異常狀態(tài)的識別及控制策略的觸發(fā)規(guī)則，實現(xiàn)復雜交通場景安全有序及通行通暢。孝感市交通大道與天仙路交叉口的成功實施表明，用戶自定義規(guī)則的非典型感應控制靈活可控，且擴展性較好，極其適用流量特征動態(tài)變化的交通場景。