實時可變相位的十字交叉口信號控制方法

楊濤，李東，宋啟吉

（西華大學(xué)計算機與軟件工程學(xué)院，成都　610039）

實時可變相位的十字交叉口信號控制方法

楊濤，李東，宋啟吉

（西華大學(xué)計算機與軟件工程學(xué)院，成都610039）

0　引言

隨著城市汽車數(shù)量的增長，使城市交通的供需嚴(yán)重不平衡，導(dǎo)致交通擁堵，嚴(yán)重影響到城市交通安全，給人們的出行帶來不便。交通擁堵還會造成更多燃油消耗和汽車尾氣排放，造成更多的能源浪費和環(huán)境污染，給人民和國家造成巨大的經(jīng)濟損失。

由于城市土地資源有限，無法修建更多的道路。所以只有充分利用現(xiàn)有的交通基礎(chǔ)設(shè)置，通過改進交通的控制方法，智能地管理城市交通才是解決城市交通擁堵的根本方法。

十字交叉口作為城市交通的樞紐，所以十字交叉口的交通信號控制方法研究一直以來都是一個研究熱點。傳統(tǒng)的十字路口交通信號控制方法，要么采用固定的周期，固定相位的方法，要么根據(jù)一個時間段的交通情況調(diào)整周期和相位時間。這些方法都無法根據(jù)當(dāng)前交通狀況來調(diào)整十字交叉口的交通信號。所以為了提高十字交叉口的利用率，緩解交通壓力，減少車輛延誤時間，本文基于車輛排隊長度和車輛等待時間提出了一種實時可變相位的十字交叉口信號控制方法。

1　十字交叉路口模型

本文將圖1所示的十字交叉口模型作為研究對象，從圖中可以看出該交叉口的東南西北方向都有出入車道進出交叉口，而每個方向的入口車道都有左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)和直行的車道，由于右轉(zhuǎn)車道的車流不會對交叉口的其他車道產(chǎn)生影響，所以本文不考慮右轉(zhuǎn)車道的控制。交叉口的每個入口的左轉(zhuǎn)和直行車道都安裝有車輛檢測器。

圖1　十字交叉口模型

為了便于分析我們將左轉(zhuǎn)車道排隊的車輛全部視為要左轉(zhuǎn)的車輛，直行車道排隊的車輛全部視為要直行的車輛，各個方向的車道長度都一樣。設(shè)i∈｛E，S，W，N｝，j∈｛L，S｝E，S，W，N分別表示東南西北四個方位，L，S分別表示左轉(zhuǎn)車道和直行車道。車道入口方向的車輛檢測器用來檢車該車道（t-Δt，t）的時間內(nèi)進入車道的車輛數(shù)Iij（t）。車道出口方向的車輛檢測器用來檢測該車道的時間內(nèi)駛出車道的車輛數(shù)假設(shè)某車道長度為Dij，車輛的平均長度為L則路段允許的最大車輛數(shù)Qij max為：

所以車道的車輛數(shù)Qij必須滿足0≤Qij≤Qij max。（t-Δt，t）時間車道的車輛數(shù)

十字交叉口所有的相位如圖2所示：

圖2　十字交叉口相位

從十字交叉口的相位組成可以看出，某一方向的某一車道（右轉(zhuǎn)除外）只能和該方向的相鄰車道或者是對方向的相同車道組成相位。如果使用枚舉來定義方向如:Position｛E=0，S=1，W=2，N=3｝，同樣使用枚舉來定義左轉(zhuǎn)和直行Direction｛S=0，L=1｝，設(shè)車道為Pij，i∈｛E，S，W，N｝，j∈｛S，L｝則相位的組成P滿足：

2　控制方法

當(dāng)交通警察指揮交通時會觀察十字交叉口各個車道的車輛排隊數(shù)量和等待時間來權(quán)衡下一個放行的相位，當(dāng)放行時間結(jié)束后又會重復(fù)上述操作來確定接下來的放行相位。這種控制方式，沒有固定的相位，控制信息都是根據(jù)交叉口實時的數(shù)據(jù)進過分析來確定的，這樣能有效的提高了十字交叉口的利用效率。

根據(jù)交通警察指揮交通的經(jīng)驗，我們將每個受控車道紅燈期間的排隊車輛數(shù)和紅燈時間作為該車道獲取通行權(quán)的一個權(quán)值Wij，i∈｛E，S，W，N｝，j∈｛S，L｝。設(shè)紅燈時間Tij則在（t-Tij，t）根據(jù)（2）式有：

權(quán)值與車道的對應(yīng)集合

具體的控制步驟為：

①根據(jù)（4）式計算出交叉口每個受控車道的權(quán)值Wij（t）。

②根據(jù)計算出的權(quán)值，選取其中權(quán)值最大的車道，根據(jù)（5）式，得到其對應(yīng)的車道Pij。

④將②和③找到的車道組成下個放行的相位。

⑤為放行相位分配綠燈時間Tg。其余車道都為紅燈。

⑥當(dāng)綠燈時間結(jié)束的時候，將放行相位對應(yīng)車道的權(quán)值清零，其余車道的紅燈時間更改為：

⑦重復(fù)①到⑥一直運行下去。

3　仿真實驗與結(jié)果

本文采用VISSIM仿真軟件進行仿真，該仿真軟件由德國的PTV公司開發(fā)，是一種基于時間間隔和駕駛行為的仿真建模工具，它采用的跟車模型是Wiedemann于1974年建立的心理-生理駕駛行為模型，能夠有效地評價交通工程設(shè)計。在VISSIM中建立一個如圖3所示的雙向六車道的十字交叉口仿真模型。

為了證明本文方法的正確性和有效性，將本文的方法與定周期定相位的控制方法進行比較。其中配時參數(shù)如表1所示。

路口仿真基礎(chǔ)交通數(shù)據(jù)如表2所示：

根據(jù)以上仿真數(shù)據(jù)，在VISSIM中進行仿真可得到如表3的仿真結(jié)果。

圖3　仿真模型

表1配時參數(shù)

表2路口仿真參數(shù)

通過表3的數(shù)據(jù)可以看出本文的方法能提高路口的平均通過量，從而提高了路口的利用效率，可以有效縮短路口車輛的平均行程時間，平均延誤時間和路口車道的平均排隊長度。通過實驗數(shù)據(jù)證明了本文方法的正確性和優(yōu)越性。

表3仿真結(jié)果

4　結(jié)語

本文提出的基于車輛排隊長度和車輛等待時間的實時可變相位的十字交叉口信號控制方法，更接近人為的決策過程。該方法可以使用新型的智能交通控制設(shè)備來編程實現(xiàn)，可以在實際應(yīng)用中有效疏導(dǎo)十字交叉口的交通，緩解城市的交通壓力。

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Variable Phase；Real-Time；Crossroad；Signal Control

Real-Time Variable Phase Crossroad Signal Control Method

YANG Tao，LI Dong，SONG Qi-ji
（College of Computer and Software Engineering，Xihua University，Chengdu 610039）

1007-1423（2015）29-0010-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2015.29.003

楊濤（1988-），男，四川廣元人，本科，研究方向為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計、區(qū)域智能交通

2015-09-01

2015-09-26

十字交叉口作為城市交通的樞紐，隨著車輛的增多，原有的一些控制方法已經(jīng)不能有效的緩解十字交叉口的交通壓力。經(jīng)過對十字交叉口交通信號控制方法進行研究，提出一種基于車輛排隊長度和車輛等待時間的實時可變相位的十字交叉口信號控制方法，并利用VISSIM交通仿真軟件進行仿真。

可變相位；十字交叉口；信號控制

Crossroad as a hub of urban transport，with the increase of vehicles，some of the classical control methods have not effectively relieve traffic pressure of crossroad.Studies the crossroad traffic signal control methods，puts forward a kind of real-time and variable phase crossroad signal control method，which based on the vehicle queue length and vehicle waiting time，uses VISSIM traffic simulation software to simulate this method.