智能建模解決交通擁堵

文北京市朝陽外國語學校 譚碩

一、交通擁堵問題分析

導致交通堵塞的原因有很多，大體可分為固定原因和突發(fā)原因。固定原因主要包括道路容量不足、人均汽車保有量逐年增加、交通管理水平低下、缺乏整體的交通發(fā)展戰(zhàn)略、道路使用者的不文明行為等。

二、交通擁堵分析建模

我以太平莊中街與立水橋東一路的交叉口為例。此路段東西方向與南北方向的道路均為雙向四車道（雖然太平莊中街東路為雙向雙車道，但為了研究方便且其影響較小，我將它視為雙向四車道）。紅綠燈亮燈時間均為1min（黃燈時間約為4s，暫且忽略）。

車流量較小時，綠燈亮燈30s后便幾乎無車輛通過。車流量增加時，綠燈亮完后依舊有很多車輛未通過路口，并且有大量等待車輛增加，導致道路擁堵。

1.模型假設條件

（1）所有車輛長度相同，一定時間內(nèi)的車流密度相同。

（2）所有司機按交通規(guī)則行駛，路口不發(fā)生交通事故。

（3）信號燈轉(zhuǎn)變?yōu)榫G燈時，車輛發(fā)動時間為定值。

（4）忽略人行道與非機動車輛對車流量的影響。

（5）天氣變化對車速及車內(nèi)人員的視線影響不大，可以忽略。

（6）將黃燈時間看作綠燈時間，假定司機可準確判斷何時停止，即綠燈結(jié)束、紅燈亮起時所有車輛均已駛出路口。

（7）左轉(zhuǎn)和直行同時出發(fā)時，忽略左轉(zhuǎn)等待直行通過的等待時間。

2.模型的建立與求解

由于某些因素具有突發(fā)性，量化困難，為研究方便，本文不考慮紅綠燈出現(xiàn)故障、行人違章行為、道路施工、交通事故的影響，并將黃燈所亮時間算作綠燈所亮時間。

設路口綠燈時間為t（s），通過路口的車流量為 y（輛 /min），車速為 V（km/h），車距為a（m），車密度為 ρ（輛 /km2），車道數(shù)為 b（個），車身長為 c（m），路口寬度為 d（m）。建立以下車流量與影響因素的關(guān)系公式y(tǒng)（t）=f（v，a，ρ，b，c，d）。

為方便研究，考慮單一因素對車流量y的影響時，其他因素保持不變。經(jīng)過推算得出，一輛車通過路口的時間為（d+c）/V，一次綠燈通行時間內(nèi)，理論上一個車道最多可通輛車（即一段道路內(nèi)的車輛在綠燈亮的時間內(nèi)恰好通過路口）。

使用收集的某個路口的數(shù)據(jù)，得出路口車流量與速度成正比，與綠燈時間成正比，與車距成反比。

三、交通擁堵的解決措施

影響車流量的主要因素為車速、車距和路口的綠燈時間。控制紅綠燈亮燈時間是一項解決擁堵的簡單而有效的方案。針對該問題，我提出了關(guān)于紅綠燈時間調(diào)控的解決方案。

因為現(xiàn)實中無法每時每刻對車輛進行統(tǒng)計或?qū)G燈時間進行調(diào)整，因此應對亮燈時間進行分段智能調(diào)控。

1.當?shù)却囕v小于此時綠燈所亮時間內(nèi)的最大通行量時，綠燈按照預先設定的時間運行。

2.當?shù)却囕v略大于此時綠燈所亮時間內(nèi)的最大通行量，但超過部分在總體中所占比重很小時，綠燈仍可按照預先設定的時間運行。

3.當?shù)却囕v超出此時綠燈所亮時間內(nèi)的最大通行量的部分占總體的比重超過一個數(shù)值后，應將綠燈時間提高一檔，使其可以讓車輛完全通過。若提高一檔后仍不能使車輛完全通過，可再進行調(diào)整。

4.當?shù)却囕v較多，導致所需綠燈亮燈時間很長時，應根據(jù)另一方向的車流情況調(diào)整合理的時間峰頂以及時間分段。