大中城市交通信號控制與誘導分析

（浙江省機電設計研究院有限公司，浙江 杭州 310002）

大中城市交通信號控制與誘導分析

童 煒

（浙江省機電設計研究院有限公司，浙江 杭州 310002）

交通網(wǎng)絡是組成城市的重要結構，其組成及其復雜，包括車、人以及路和周遭環(huán)境，這種高度復雜的特性以及大規(guī)模性和不確定性即城市交通網(wǎng)絡系統(tǒng)特性。另外復雜的交通環(huán)境致使交通模型也隨之復雜化，并且交通車流以及交通事故的突發(fā)等狀況對大中城市的交通網(wǎng)設計提出了更高的要求，在大中城市交通信號控制以及誘導中，全局優(yōu)化性成為了設計的關鍵，文章便著重就此類問題進行了探討。

交通網(wǎng)絡；信號；控制；誘導

1 實時的交通數(shù)據(jù)收集

城市交通網(wǎng)絡控制的主要目的便是提高道路交通的可靠性，這就需要交通信息傳輸網(wǎng)絡鎖傳輸?shù)臄?shù)據(jù)具有及時性、可靠性以及實時性。這些通過車載自組網(wǎng)絡可以有效的解決，通過移動交通車實時進行交通流信息的采集。另外一些車輛也可以自己進行交通信息采集裝置的設置。在這一網(wǎng)絡中，通信節(jié)點為車輛。這些車輛可以是任何的車輛，而基站可以是政府管理業(yè)可以是運營商管理，因而具有一定的靈活性。

車輛是處于移動狀態(tài)中的節(jié)點，不但速度相對較快，其位置也會相對較為靈活，因而相較于傳統(tǒng)的交通控制網(wǎng)絡，車載自組織網(wǎng)絡在速度、通訊、以及持續(xù)性上具有一定的優(yōu)勢，不但速度高，相鄰車輛之間的通訊連接時長較短，并且還具有持續(xù)移動的特性，這種動態(tài)特性使得該網(wǎng)絡具有更高的效率。另外，在道路網(wǎng)絡的控制下，車載無線傳感器的拓撲結構可變性也相對較高，且信息的采集、傳輸會沿著交通網(wǎng)絡進行，因而在設計的過程中，必須將這種移動特性以及拓抖變化考慮在內(nèi)。

該網(wǎng)絡結構還具有一大特點，那邊是大規(guī)模性。在大中城市交通網(wǎng)絡中，該網(wǎng)絡由上百萬的車輛組成，但是節(jié)點間的數(shù)據(jù)通訊卻只能局限在某些地區(qū)，因而通訊網(wǎng)絡又被分隔為不同的區(qū)域。但是即便是在局部，車輛在某段路中仍舊可以作為網(wǎng)絡節(jié)點，這樣網(wǎng)絡中就會產(chǎn)生數(shù)據(jù)冗余，怎樣才能夠解決信息的冗余問題，是當前該網(wǎng)絡建設中亟待解決的問題。另外針對交通信號控制網(wǎng)絡中的大規(guī)模網(wǎng)絡，網(wǎng)絡最需要進行考慮的問題之一便是如何均衡分配流量?？傊?，研究人員對于車載自組織網(wǎng)絡還需要進一步研究，以此解決以下難題。

（1）高速變化性。拓撲結構具有的該特性是由于車輛在行駛過程中具有高速特征，并且車輛間也在進行相對運動，因而就造成了在固定的道路交通網(wǎng)絡中，拓撲結構一直處在頻繁的變化之中。

（2）網(wǎng)絡分隔頻繁。車輛在城市交通網(wǎng)中不斷的在移動變化，因而車載自組織網(wǎng)絡也處在變化中，而不斷的被分隔組合，這就使得網(wǎng)絡被分成了多個部分。

（3）短時有效性。由于交通流在不斷的改變，因而網(wǎng)絡路徑的有效性相對較短。這也是由于拓撲結構的快速變化所致，很多路由就會出現(xiàn)在使用前便失效的現(xiàn)象。

（4）數(shù)據(jù)傳輸分配問題以及系統(tǒng)冗余過大的問題。同一時間地點會出現(xiàn)同時出現(xiàn)數(shù)十輛采集車傳輸?shù)慕煌餍畔⒌默F(xiàn)象，但是信息的來源渠道會有所差異。

2 優(yōu)化控制

控制城市交通網(wǎng)絡，首先需要對城市交通網(wǎng)絡進行智能化控制，這是目前所建設的智能交通工程的主要目的，而對交通信號的控制是城市智能交通的前提條件，通過網(wǎng)絡化的管理系統(tǒng)完成城市交通信號的控制。由于城市交通是環(huán)境、道路以及車流和人流的集成體，具有高度復雜性，且在交通系統(tǒng)運行的過程中還存在不確定性以及動態(tài)性等特點，這種分布式的大規(guī)模網(wǎng)絡結構致使交通信號控制具有相當大的挑戰(zhàn)。城市交通路口信號裝態(tài)的控制，以及對信號進行配時等措施可以對城市交通延誤現(xiàn)象予以控制，并且通過這種路口交通信號的控制調(diào)整可以有效提高交通系統(tǒng)運行效率，因而針對城市交通擁堵，交通信號控制成為了最為有效的方式。

交通信號燈最初僅僅采用了固定配時的方式進行控制，屬于自動控制，通過這種方式在最初時作用顯著，因為那時的交通流量相對較小。但是隨著城市的發(fā)展，交通流量的增大，以及交通流隨機性的增強，這種單一固定的控制方式已經(jīng)無法適應城市的發(fā)展。而多時段的靈活配時方案成為了當前適用最為廣泛的方式，并卻帶了固定配時控制器。

另外，現(xiàn)代化的交通控制系統(tǒng)還需要針對混合型的交通模型進行精確的理論分析，以便保證對道路交通的了解，使得控制結果更加的可靠。同時,城市交通網(wǎng)絡具有的隨機不確定性也增加了交通信號控制的難度,如何增強交通信號控制系統(tǒng)的自適應能力,是智能交通網(wǎng)絡研究的又一個難點。

3 滿足演示約束

從本質(zhì)上來看,交通流是短時非定常流動,城市交通網(wǎng)絡的動態(tài)交通配流是以時刻變化的交通需求為對象進行交通流的動態(tài)分配。所以,動態(tài)的分析交通流的形成、傳播和消失的機理是必需的。對短時非定常的城市交通流進行實時的動態(tài)分析,才能對城市交通網(wǎng)絡中的各種各樣隨機產(chǎn)生的城市交通流現(xiàn)象進行更精確、更廣泛地描述,這是對交通需求和交通網(wǎng)絡進行動態(tài)分析的重要部分。對于實時的交通流分析,實際路段出行阻抗函數(shù)描述的準確性,起著極其關鍵的作用?？紤]當前路段的流量-時間函數(shù)關系,結合當前路段車流的流入流出來準確描述出行阻抗,是交通誘導所需要解決的最基礎的問題?？偟膩碚f,交通管理者的目的是：（1）最小化整個交通網(wǎng)中總的車輛行駛時間；（2）最小化每個車輛出行費用；（3）最小化平均擁擠程度；（4）最小化整個城市交通網(wǎng)絡的總延誤時間等。

由上所述可以看出,大規(guī)模路網(wǎng)的交通流分配問題可轉變?yōu)閮?yōu)化問題來分析求解。隨著研究的深入,最優(yōu)控制的理論和數(shù)學規(guī)劃已經(jīng)日趨成熟,部分模型的計算’和分析也變得日趨容易,但存在的最大不足是對于大規(guī)模網(wǎng)絡缺少求解的有效一般性算法,其最優(yōu)求解過程通常是一個NP難問題。

因此，在現(xiàn)代城市交通管理中，智能化管理手段已經(jīng)成為了時代主流，也成為了交通信號的控制系統(tǒng)以及誘導系統(tǒng)之間的基礎組成，在對交通控制影響進行深入考慮的同時，對交通管理進行優(yōu)化，協(xié)調(diào)統(tǒng)一誘導與控制兩大系統(tǒng)。因而城市交通流誘導工作中最為重點的內(nèi)容便是如何才能夠在誘導工作和控制工作之間形成協(xié)調(diào)統(tǒng)一的狀態(tài)，如何精確的有效的對運行信號進行控制，同時也能夠滿足用戶出行需要。這些還需要交通部門的工作人員進一步予以研究。

[1]譚裕安，翦俊.城市道路交通流實時數(shù)據(jù)質(zhì)量控制技術[J].現(xiàn)代交通技術，2009（01）.

[2]馬壽峰，李艷君，賀國光.城市交通控制與誘導協(xié)調(diào)模式的系統(tǒng)分析[J].管理科學學報，2003（03）.

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