基于事件驅動的城市交通信號控制實例研究

王大珊，王松浩，趙玉娟，饒眾博

(公安部道路交通安全研究中心)

1 研究背景

在當今的城市交通系統管理中，信號控制是一個核心問題。當前，國內使用的交通信號控制系統大多數是從國外引進的。以北京為例，現使用中的交通信號機主要包括:SCOOT 系統的T700、T800、MCU－6 信號機;ACTRA 系統的2070 信號機。而從其信號機的數量及在北京的分布區域來看，北京市使用的信號機系統主要為SCOOT 系統和ACTRA 系統。

但是，理論研究中的諸多控制算法卻在實際應用一直存在一定的障礙。就北京目前使用的交通信號機而言，如果需要更新控制算法，則必須對每臺信號機的控制程序進行修改及現場程序下載工作。這種模式工作量繁重，效率低下、可靠性差且較難保證更新周期。無法適應不斷發展的交通信號控制策略及需求。

本文設計開發了一種交通信號機轉接器，其中轉接器通過交換機介入信號機網絡，獲取各個路口信號機及控制中心相關數據，同時轉接器本身充當基于事件調度的交通信號發放平臺，從而在現有信號控制系統基礎上實現平臺的實時仿真。在該交通信號控制平臺基礎上，本文設計一種有效地需求響應數據流。該結構可以實現方案切換、固定配時、感應控制、干線協調、車輛優先、極端狀態處理、車輛強制優先等多種常見控制需求。將本文開發的系統用于實際道路中，實現了感應控制功能和干線協調控制功能。

2 接入模式

為檢測該系統的實際運行效果，本文設計開發一種交通信號機轉接器。該轉接器通過交換機介入信號機網絡，獲取信號機及控制中心相關數據，同時轉接器本身實現基于事件調度的交通信號發放平臺，從而在現有信號控制系統基礎上實現平臺的實時仿真系統。

結合北京市交通流特點及信號機分布情況，選取景山公園地區的6 臺信號機作為測試。如圖1 所示。其中，數字1 ～6 表示六個測試路口，每個路口各有一臺信號機;字母a、b、c、d 等表示該路口的相位。路口6 東西方向有獨立的左轉相位，用a－2、b－2 表示。

圖1 測試區域

景山公園地區位于北京市二環以內，是商業旅游的中心。該區域信號機先采用多種形式的控制模式以滿足交通需求的不斷變化。目前，路口1 ～4 使用干線協調控制模式;路口5 使用感應控制模式;路口6 東西方向提供基于固定配時的公交優先控制策略。

下面通過設計解析器規則，在轉接器上實現上述區域的交通信號控制策略在線仿真。

3 解析器設計

在該交通信號控制平臺基礎上，本文設計一種有效地Request 數據流。該結構可以實現方案切換、固定配時、感應控制、干線協調、車輛優先、極端狀態處理、車輛強制優先等多種常見控制需求。

該設計中使用了系統提供了兩類優先區域，由系統結構可知，任何請求均受到安全約束及沖突約束、過渡時間約束和最小綠約束;緊急相位請求不受相位最大綠約束，包括緊急請求(Preemption)、特殊狀態請求(Special Status)、相位存在(跳過)請求(Presence);一般相位請求受請求相位最大綠約束限制，包括車輛優先請求Priority、協調請求Coordination、感應請求Actuation;方案修正請求包括方案參數修改請求和方案更換請求兩類

在上述解析規則下，該信號控制平臺可以有效地實現感應控制、感謝協調控制、緊急車輛請求和優先車輛請求等基礎功能。同時在該信號控制結構為其他智能控制算法提供有效地移植平臺。將該解析規則集在景山公園區域轉接器中實現，通過定義不同的事件，得到有效地實時在線仿真系統，下面從不同控制需求闡述具體事件定義及解析規則參數設計。

4 景山區域信號控制功能實現

4.1 感應控制路口－5

路口5 為典型3 相位兩階段控制方案，每個相位各有一個停止線檢測器和遠端綠延時檢測器。如圖2 所示。

圖2 路口5 相位及檢測器示意圖

該路口的感應控制可通過定義兩類Request 得以實現。6 個檢測器均作為IO 信號輸入，檢測器高電平分別定義八個事件，停止線檢測器事件解析為Presence 請求，而遠端檢測器解析為Actuation 請求。

Presence 類數據定義如下，其中i =1，2，3 表示1 ～3 號檢測器。

兩類請求在Dispatcher 內有調度機制決定是否存在相位申請或者綠延時申請并調整執行狀態。這樣即可實現一般感應控制。而通過修改Request(Presence)生成規則，生成請求為是否跳過某相位，則可將其變為主干道長期獲得通行權，輔道申請獲得通行權的模式。

4.2 公交優先路口－6

路口6 實現東西方向上的公交車輛優先功能。該路口時8 相位三階段的控制方案。東西向由獨立的左轉相位，在東西入口方向上假設有公交車輛RFID 檢測設備，以檢測公交車輛的到達時刻。

緊急請求通過Request(Preemption)實現了車輛優先請求通過Request(Priority)實現。這個實現原理類似，但對應優先級不同。

根據路口公交優先需求，定義4 類事件，其中i=1，2，3，4 分別對應a，a－2，b，b－2 的公交車輛。

對應的解析規則可表示為

5 總 結

為解決在城市交通信號控制研究方面，理論與現實脫節的現象，本文基于事件驅動模型，開發了一個新型交通信號控制系統，并設計了轉接器、解析器。將其用于實際道路中，實現了感應控制功能和干線協調控制功能

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