飽和情況下交叉口可變相位控制系統設計

摘要：通過分析路口飽和情況下大路口車流擁堵的原因，設計了一種可變相位的模糊控制系統，可以根據各車道的車流情況確定系統的相位，根據放行相位的車輛數確定綠燈時間。通過現場調研，路口擁堵多是因為相位交替時的路口內未通行車輛，所以設計系統應根據路口內車輛情況，實時延長路口清空時間。

關鍵詞：交叉口；單片機；控制系統

中圖分類號：U491.51 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）04-0004-01

城市道路的擁堵多發生于交叉口，如果交叉口紅綠信號燈控制系統設置不合理，即便是通行能力較大的路口照樣容易擁堵。我國近年來機動車數量發展迅速，尤其是在一些三線城市，城市擴建的同時也伴隨著車輛保有數量的大幅增長。受城市建設的限制，車輛的迅猛增長給城市交通帶來了很大的壓力。一般來說交叉口的擁堵多是因為轉彎車輛和直行車輛的相互沖突。本文主要對交叉口通行能力分析的基礎上設計了一種可變相位及延時時間的智能控制系統。

1 交叉口通行能力分析

交叉口的通行能力受路口寬度、車輛數量等影響。一般來說越寬的路口通行能力越大，但是路口越寬，在路口內能夠停留的車輛數越多，當一個放行周期內不能把當次的車輛放行完全的話，停留車輛就會對下個放行相位的車輛產生影響，當車輛數量超過路口通行能力的時候，就會造成交通擁堵。針對這種情況，通常在一個相位結束時，將各方向信號燈均設置為紅燈，這段時間為路口清空時間。但是該種設置的缺點是，在車輛較少時由于路口內車輛能夠完全通行，額外的紅燈白白增加了車輛的等待時間[1]。

在交叉口，一般來說右轉車不會對直行車輛產生影響，沖突主要是在左轉車和直行車輛之間。為了降低擁堵風險，有些路口設置為四相位，將每個方向的左轉相位和右轉相位分開，從而避免了沖突。但是這樣的設置在車流量較少的時候反而會增加車輛的等待時間，造成交叉口通行能力降低。通過以上分析可以得出，單一模式的相位和延時設置不能滿足瞬息萬變的交通變化的需要。

2 控制系統設計

針對上文的分析，本文設計了一個可以根據各車道車輛數自適應選擇相位數，根據放行車道的排隊數量決定放行時間，根據進入路口和駛出路口的車輛差決定清空路口時間的交叉口智能控制系統[2]。控制系統的原理圖如圖1所示。

其中，線圈檢測器需要在每條車道的進口和出口均安設，控制器采用模糊單片機，雖然上圖標明了有三個控制器，可是在實際中只需要1片單片機即可完成整個操作。線圈檢測器檢測的數據主要是各車道的排隊車輛數，將檢測到的放行相位車道的排隊車輛數和路口駛離的車輛數相減，即得到路口內需清空車輛數。將各相位的排隊車輛數進行模糊處理，得出車輛少、較少、多、較多、超多的模糊判斷，通過單片機模糊運算得出信號燈的延時時間。其中，相位控制其部分負責在相位放行前完成是否將左轉和直行相位分開的操作。具體的模糊控制設置過程可見參考文獻[3]。

3 控制過程及結果分析

其具體控制過程為：系統檢測放行方向等待的左轉車和直行車輛數確定是否將左轉和直行相位分開，當確定分開時先放行直行車輛再放行左轉。每個相位結束，下個放行相位有5秒的待轉時間，在確定放行的相位后再根據放行相位的排隊車輛數確定具體放行時間。在交叉口的進口和出口車道均埋設檢測線圈，根據進路口和出路口的車輛差確定路口清空時間。

通過采集滄州市迎賓大道和九河西路交叉口下午五點到六點的交通流數據，在實驗室建立仿真模型。通過仿真數據同實際測量現行交叉口信號燈控制下的交通情況對比，得出本文設計的控制器在路口交通流飽和情況下能夠有效減少車輛等待時間、降低交叉口擁堵風險，其控制效果要遠優于定時控制的信號燈。

4 結語

本文在分析大路口飽和流量情況下的擁堵因素的基礎上，結合滄州市實際路口交通流情況，設計了一種可以根據交通流情況改變相位數、延時時間和清空路口時間的信號燈控制系統。主要是為飽和交通流情況下的路口減少擁堵提供一種控制思路，由于篇幅原因具體的設計、運算過程沒有給出。同實驗室的仿真證明，這種思路設計的信號燈，能夠在相應的路口，在對應的擁堵時間段發揮重要作用，起到了設想的控制作用。

參考文獻

[1]李素蘭，張謝東，施俊慶，張莉.信號控制交叉口交通流建模與通行能力分析[J].公路交通科技，2017，（12）：108-114.

[2]劉小明，唐少虎，朱鳳華，陳兆盟.基于MFD的城市區域過飽和交通信號優化控制[J].自動化學報，2017，（07）：1220-1233.

[3]王建強，張艷敏.單交叉口四相位模糊控制器的設計[J].河北工程技術高等專科學校學報，2014，（03）：48-51.