基于合理配時(shí)評(píng)估的交叉口信號(hào)燈管理系統(tǒng)

張曉云 崔明銳 王磊 孫立鵬

摘要：交通信號(hào)燈在城市交通管理中起著重要的作用。隨著城市迅速的發(fā)展，市區(qū)交通狀況日益嚴(yán)峻，對(duì)交通信號(hào)燈配時(shí)系統(tǒng)提出了更高的要求。傳統(tǒng)的交通配時(shí)系統(tǒng)主要關(guān)注一個(gè)特定路口的幾何形態(tài)，孤立考慮單個(gè)路口的配時(shí)問(wèn)題，缺乏區(qū)域解決問(wèn)題的理念。本文以GIS技術(shù)為依托，利用廣州市天河區(qū)道路交通流量作為實(shí)踐數(shù)據(jù)，建立一個(gè)區(qū)域性的信號(hào)燈配時(shí)系統(tǒng)。該系統(tǒng)能對(duì)區(qū)域中交叉口進(jìn)行配時(shí)，對(duì)現(xiàn)有的方案以及計(jì)算得出的方案進(jìn)行評(píng)估并存儲(chǔ)交通數(shù)據(jù)，并以可視化的方法呈現(xiàn)配時(shí)結(jié)果供用戶分析。

關(guān)鍵詞：交叉口;信號(hào)燈配時(shí);地理信息系統(tǒng)

引言

傳統(tǒng)的交叉口配時(shí)系統(tǒng)，一般利用道路的幾何平面數(shù)據(jù)與交通流量信息為輸入信息，雖然這類系統(tǒng)能夠針對(duì)一個(gè)交叉口進(jìn)行十分詳盡精確的配置，并提供一些基本的模擬功能。但是往往只注重了局部、對(duì)路口與路口之間、路口與地理事物之間的聯(lián)系多有忽略，缺乏整體性和系統(tǒng)性考慮問(wèn)題，也導(dǎo)致交通配時(shí)模型中難以反映實(shí)際交通狀況，整體配時(shí)效果不明顯。

1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

系統(tǒng)最核心要解決一下若干個(gè)問(wèn)題：

（1）根據(jù)一個(gè)交叉口的車流量，進(jìn)行交通信號(hào)燈配時(shí)。并根據(jù)廣州市天河區(qū)的實(shí)際狀況，對(duì)這種配時(shí)方法進(jìn)行修正。

（2）根據(jù)配時(shí)方案，對(duì)當(dāng)前路口的交通狀況進(jìn)行評(píng)估。

（3）根據(jù)各個(gè)路口的評(píng)估方案，對(duì)區(qū)域整體的交通狀況進(jìn)行評(píng)估

本系統(tǒng)采用如下的指標(biāo)來(lái)評(píng)估一個(gè)配時(shí)方案的優(yōu)劣：

道路通行能力（CAP）：CAP為在一定紅綠燈配時(shí)方案之下道路的通行能力。由于加入了紅綠燈，在信號(hào)控制交叉口，車輛只能夠在有效綠燈時(shí)間內(nèi)通過(guò)停車線。所以反映一個(gè)道路進(jìn)口的某個(gè)方向的通行能力需要用CAP來(lái)表示。CAP=該方向的綠信比乘以飽和流量。

飽和率：如果以網(wǎng)絡(luò)流的觀點(diǎn)來(lái)觀察車流，交通燈口就相當(dāng)于一個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)流量的節(jié)點(diǎn)，定時(shí)把流往其他方向輸送。飽和率就是網(wǎng)絡(luò)流圖邊上的飽和百分比（實(shí)際流量/最大流量）。在實(shí)際交通數(shù)據(jù)中，飽和率有可能大于1，說(shuō)明此時(shí)道路十分擁擠。可以認(rèn)為飽和率是在有信號(hào)燈的前提下的流量比。

平均每周停車次數(shù)：一個(gè)配時(shí)周期之中，車輛在信號(hào)燈前面停下來(lái)的次數(shù)。用于反映交通口的通行順暢情況。

排隊(duì)長(zhǎng)度：用于評(píng)估在交通口之前各個(gè)轉(zhuǎn)向的車輛排隊(duì)的長(zhǎng)度。

延誤：延誤是由于信號(hào)設(shè)置，一輛車在交叉路口可能耽誤的時(shí)間的數(shù)學(xué)期望值，單位為秒。本模型中算出來(lái)的是理論值，可能會(huì)與實(shí)際情況有所出入。

2.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)是基于.NET 的Win32的單機(jī)應(yīng)用程序。在Windows 7下，基于ArcEngine組件，使用Visual Studio 2008開(kāi)發(fā)平臺(tái)，結(jié)合C#語(yǔ)言與.NET Framework 3.5進(jìn)行開(kāi)發(fā)。系統(tǒng)采用Access作為Geodatabase的載體，使用ArcEngine的相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)函數(shù)與ADO.NET對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行操作。

3.數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)主要由兩部分組成，一部分是交通信息數(shù)據(jù)庫(kù)，主要存貯天河區(qū)的道路、交叉口和行人點(diǎn)等幾何信息及其屬性。一部分是配時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)模塊，存儲(chǔ)交叉口的配時(shí)方案，配時(shí)方案的評(píng)價(jià)信息。以及一些預(yù)定義的相位組合方案。

本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)使用Access MDB格式的Geodatabase進(jìn)行存儲(chǔ)。

4.功能模塊實(shí)現(xiàn)

4.1 交通數(shù)據(jù)瀏覽

在本系統(tǒng)中，用戶能夠以幾何形式查看整個(gè)天河區(qū)的交通路網(wǎng)信息。用戶可以通過(guò)屬性查詢幾何數(shù)據(jù)，也可以通過(guò)在地圖上點(diǎn)選要素，來(lái)查看要素屬性，實(shí)現(xiàn)GIS的最基本功能，使用戶對(duì)整個(gè)區(qū)域的交通狀況有一個(gè)基本的了解。

4.2 交通數(shù)據(jù)管理

用戶能夠?qū)γ總€(gè)道路的信息進(jìn)行修改。例如，為路口增加一個(gè)進(jìn)口方向，改變?cè)摲较虻膶傩裕ɡ缧腥诉^(guò)街信息，車流量，車道配置等等）。此外，軟件會(huì)對(duì)用戶給出的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)。如果用戶輸入過(guò)大的車流量數(shù)據(jù)，或者沒(méi)有輸入數(shù)據(jù)，那么系統(tǒng)會(huì)提示用戶數(shù)據(jù)有誤，在用戶修正數(shù)據(jù)之前不會(huì)保存數(shù)據(jù)。

4.3配時(shí)與方案評(píng)價(jià)模塊

根據(jù)用戶給出的交通流量信息，加上行人影響點(diǎn)對(duì)交通路口的影響，根據(jù)現(xiàn)有配時(shí)算法以及本系統(tǒng)所作的若干修正，進(jìn)行配時(shí)。

4.4配時(shí)方案管理

用戶可以根據(jù)時(shí)段，對(duì)天河區(qū)整個(gè)路網(wǎng)的所有十字路口進(jìn)行配時(shí)。并會(huì)返回各個(gè)路口的配時(shí)結(jié)果，成功、缺失數(shù)據(jù)或者失敗。可以選擇把所有的配時(shí)方案保存在數(shù)據(jù)庫(kù)之中，或把數(shù)據(jù)庫(kù)中所有的配時(shí)方案刪除。

4.5總體交通狀況分析

系統(tǒng)能夠分時(shí)段地匯總天河區(qū)整個(gè)區(qū)域的交通狀況，把交叉口配時(shí)中最重要的指標(biāo)延誤的分布反映到地圖之中。并提供基于延誤的匯總功能，使用餅狀圖顯示各種服務(wù)水平的路口占所有路口的百分比，在列表框之中顯示數(shù)量。讓用戶對(duì)整個(gè)區(qū)域的交通狀況有一個(gè)了解。

用戶可以在地圖上查看某個(gè)路口四個(gè)進(jìn)口道的交通流量，來(lái)了解整個(gè)路網(wǎng)交通壓力。每次用戶需要查看車流量和流量比之前，系統(tǒng)會(huì)對(duì)交通數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，存貯到數(shù)據(jù)庫(kù)之中，然后在地圖上使用一個(gè)小組件顯示。

5.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本系統(tǒng)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)配時(shí)系統(tǒng)的不足。傳統(tǒng)的配時(shí)系統(tǒng)只能夠針對(duì)一個(gè)路口進(jìn)行配時(shí)，關(guān)注的僅僅是一個(gè)路口的車流量以及該路口的幾何形態(tài)對(duì)信號(hào)燈配時(shí)的影響。而本系統(tǒng)不僅僅關(guān)注這些因素，還額外考慮到其他地理因素。在本系統(tǒng)中主要考慮的是行人影響點(diǎn)對(duì)交通配時(shí)的影響。傳統(tǒng)的配時(shí)系統(tǒng)僅僅具有配時(shí)功能。其分析功能也僅僅局限于展現(xiàn)一些交通參數(shù)。而本系統(tǒng)則是結(jié)合了GIS，把配時(shí)方案的分析參數(shù)以地圖的形式展示在用戶面前。

本系統(tǒng)軟件使用標(biāo)準(zhǔn)的Windows界面表達(dá)視圖，組件位置安排合理，簡(jiǎn)潔大方，簡(jiǎn)便易用。本系統(tǒng)對(duì)計(jì)算機(jī)軟硬件要求不高，易于推廣。此外，在軟件編碼設(shè)計(jì)之中，界面中相當(dāng)一部分的組件是應(yīng)用控件數(shù)組生成的，使界面的編碼工作量大大減輕，可維護(hù)性得到提高。以GIS技術(shù)為依靠，本系統(tǒng)不僅能夠?yàn)樽詣?dòng)區(qū)域交叉口信號(hào)燈進(jìn)行統(tǒng)一配時(shí)、分析，還實(shí)現(xiàn)了交通配時(shí)信號(hào)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)管理。因此，本系統(tǒng)對(duì)輔助交通行業(yè)專業(yè)用戶解決實(shí)際交通問(wèn)題有一定的實(shí)際意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]駱勇.城市道路信號(hào)交叉口配時(shí)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì).計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用.2009（21）：229-231.

[2]毛漢穎，李曉萍.基于VB的道路交叉口定時(shí)信號(hào)配時(shí)軟件設(shè)計(jì). 廣西工學(xué)院學(xué)報(bào).2007（02）：62-65.