基于無線聯網的交通控制策略研究

劉新建

摘 要：介紹了在路口路段設置的通行控制裝置和短程無線通信技術，在整個控制區域內控制車流，按照預設或自動感應智能調控的程序步驟通行，探討了在飽和交通狀態下，如何讓車輛均衡行駛。

關鍵詞：自愈自組網；雷達跟蹤；自走式移動護欄；交通均衡

中圖分類號：TP273+.5 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.12.101

隨著社會經濟建設的發展，機動車數量猛增，城市交通已經基本進入了飽和狀態，這給人們的出行和道路管理造成了較大的壓力。鑒于此，相關部門要不斷改進檢測手段，提出優化控制策略，及時發現飽和交通的內在規律，并采取相應的應對措施，在不改變道路狀況的前提下，提高路口的通行能力，而減少路口延誤、減少能耗和尾氣污染也是必須要解決的問題。

設想以路口控制為核心的控制策略將短程通信技術應用于路口聯網中，極大地方便了路口的聯網控制，引入雷達跟蹤技術，用區域檢測技術代替傳統的斷面檢測技術，可以獲得傳統雷達檢測無法獲得的車輛連續狀態信息，為路口控制提供必要的基礎數據。因此，基于重要路段流量均衡思想的組織優化策略，可以有效緩解路口擁堵問題。

1 交通控制技術分析

1.1 車輛檢測技術

目前，使用比較廣泛的是微波車輛檢測器，它是垂直于車流安裝在路側的，發射一束或兩束微波，在車輛通過微波形成的斷面時獲取車輛信息，車輛通過兩個斷面后獲取的反饋信息經過處理后，可得到對車輛速度判定等處理結果。在安裝車輛檢測器時要求其必須垂直于車流的方向，同時，由于發射波在較遠的距離會發生離散，所以，檢測結果的誤差可能會偏大。

解決誤差大的方法是要在一定區域范圍內連續采集車輛行駛信息，而不是一個斷面的瞬間信息。這樣，就可以更客觀地分析道路的使用情況，甚至可以根據該連續范圍內車輛的運動狀態或軌跡判斷其是否出現了故障。

1.2 交通控制技術

目前，交通控制普遍采用二相位和多相位控制；控制手段為定周期、感應和自適應等。

1.3 無線聯網技術

現階段，前端路口設備的聯網多采用有線方式，而近期出現了采用基于移動運營商的無線聯網方式。現在要探討如何采用zigbee短程通信技術將路口信號機以自組網的形式連接起來，與GPRS、3G等無線聯網方式相比，該技術具有功耗低、成本低、完全免費等優勢。

2 主要研究內容

2.1 流量均衡思想的組織優化策略

對于一些路段，可以調整道路兩端的流入、流出流量，從而控制調整道路內的容積車輛，最終達到緩解道路擁堵的目的。

2.1.1 封閉路段流入流量的調整優化算法

封閉路段流入流量的調整優化算法為：①均衡上游一級關聯路段或一、二級關聯路段的流量；②引入均衡算法，以上游路口的周期為時距；③首先均衡一級路段；④當一級路段無法滿足時，再加入二級路段；⑤均衡的手段為調整上游路口、一級關聯路口的配時，二級路口的交通組織可誘導一級關聯路段的車流；⑥調整上游路口的配時。

2.1.2 多路段控制算法

多路段控制算法的相關內容包括：①以重要路段為服務對象；②以重要路段的上、下游路口為重點調整對象；③以重要路段的道路容積率為調整觸動條件；④以一級關聯路段為疏解均衡流量的參與路段；⑤以流量在重要路段和流量均衡參與路段中均衡分布為目標；⑥以均衡目標滿意度為均衡范圍擴大觸發條件；⑦當均衡目標不能滿足均衡所要求的飽和率時，將會觸發均衡范圍擴大至二級關聯路段，將配時調整擴大至一級關聯路口。

2.2 自走式移動護欄的應用

利用無線網絡將信號機與自走式移動護欄連接起來，根據控制算法和交通分析，當道路提前或達到一定擁堵等級時，控制自走式護欄在不中斷交通的情況下自動調撥車道，充分利用路面資源有效緩解路口單向擁堵的問題。

2.3 通用交通管理雷達的應用

通用交通管理雷達與傳統雷達相比，可以在一定區域范圍內連續采集車輛行駛信息，在獲得車流量、占用率和速度等信息的基礎上，還能得到隊長、ETA（預計到達時間）等高級信息。將以上信息與智能控制算法相結合，可以實現更加智能的控制方式和手段。

2.4 zigbee短程通信技術

2.4.1 自愈自組網技術

本文研究的無線網絡克服了一般無線網絡穩定性差、易崩潰的缺點，支持星型、樹型和網狀網的拓撲結構。該網絡除了具有自組織功能外，還具有自愈功能，對網絡的穩定性、健壯性和提高工作效率有重要的意義。

2.4.2 zigbee信號擴大技術

一般2個路口的距離在500～1 000 m，而一般的zigbee信號在100 m左右，如果信號覆蓋范圍過小，就要增加設備的部署密度，進而增加成本，所以，需要開發一種擴大信號的方式，不斷擴大信號的覆蓋范圍。基于zigbee低功耗的特點，可將zigbee信號覆蓋范圍擴大到500 m左右。

3 創新思想和關鍵技術

采用zigbee短程通信技術可以解決設備之間的聯網問題，比如信號機之間和信號機與自走式移動護欄之間的問題，屬于國內首創。zigbee自愈自組網技術不僅能夠將路口信號機通過通信接力的方式聯網，而且在有某一設備離線時，可以自動找到備用點，并保證網絡的穩定性和健壯性。

信號機通過控制算法和交通分析控制自走式護欄，在不中斷交通的情況下自動調撥車道，緩解路口單向擁堵的問題，屬于國內首創。其關鍵技術包括以下4點：①封閉路段流入流量的調整優化算法；②多路段控制算法；③基于交通分析算法的自動調撥車道技術；④zigbee自愈自組網技術和信號擴大技術。