車聯網背景下探究交叉口感應信號控制優化設計

李靖豐 胡小敏

摘要：在車聯網背景下，能夠獲取車輛的相關信息，通過對這些數據的利用，能夠更好的實現交通便捷、不擁堵的目的。于是文章對交叉口感應信號控制進行優化設計，通過對車聯網歷史數據和實時數據進行分析利用，搭建車聯網環境平臺，最后對其進行仿真實驗，與常規感應信號控制相比，優化設計之后的方法具有更好的實用性。

關鍵詞：車聯網;交叉口;感應信號控制;優化

中圖分類號：U495

文獻標識碼：A

文章編號：1001-5922（2020）12-0167-05

車聯網屬于一種信息交互網絡，其中包含車輛的位置、行駛路線和速度等信息，所以在車聯網背景下，能夠獲得車輛的實時信息，于是在設計交叉口感應信號時能夠根據車聯網背景下獲取的信息數據進行控制[1-2]。對于這方面的研究，國內外已經取得了一定成果，然而眾多研究中也會存在不足之處，比如沒有對歷史車聯網數據進行利用，而且預測交通流所使用的模型比較復雜，從而導致計算速度比較慢，另外，交叉口感應信號控制相序優化機制的研究非常少[3-5]。所以文章主要將對車聯網背景下交叉口感應信號控制進行優化設計，使用歷史車聯網數據，提高車輛通行效率，使的我國交通更加的便捷。

1 車聯網環境搭建

文章在探究交叉口感應信號控制優化設計時，使用了車聯網的背景，于是利用車聯網獲取相關車輛信息，需要搭建一個車聯網環境。文章搭建了如圖1所示的車聯網環境仿真平臺，其中TransModeler是一種以MITSIM交通流模型為基礎的商品化微觀交通仿真軟件，該軟件結合外部算法能夠獲取車輛相關信息[6-7]。在搭建過程中使用SAE J2735專用短程通信消息集字典標準，并且使用其中BSM，包含各種車輛的相關信息[8]。該環境的搭建有利于感性信號控制進行優化，而且是一個可靠的仿真平臺。

2 交叉口感應信號控制優化設計

2.1 前提假設

1）在使用仿真方式對信號控制進行優化時，需要要求車輛都安裝車聯網車載終端，且能夠發送BSM消息。

2）在交叉口中心出設置路邊設備，然后能夠獲取BSM消息，并且將這些數據進行存儲。

3）交叉口處不考慮其他行人或者自行車的混合交通流，值只考慮所有車輛，且這些車輛在行駛過程中均按照交通規則通行。

4）使用如圖2所示的典型十字交叉口為描述對象。從圖中可以看出車輛有N狀態和D狀態，其中D狀態表示的是車輛正在行駛，N表示的是車輛處于等待狀態，也就是其車輛的速度要小于一定值，車輛下面的數字表示的在某個一個范圍和時刻下所有該狀態車輛的編號。

2.2信號控制流程

按照感應信號控制思路，需要對相位的運行狀態進行分類，可以分為啟動瞬間、過渡狀態、綠延狀態和初始綠狀態，如圖3所示，圖3表示的是信號控制流程，文章將主要研究圖3中顏色不一樣的3個模塊。

2.3相位啟動處理

交叉口的交通狀態如圖4所示，西往東直行相位啟動瞬間，車聯網數據進行處理的過程如下：

2）標定示蹤車輛，圖4中的Trace Vehicle就是示蹤車輛，即處于排隊車輛的最后一輛車，相位初始最大排隊長度就是示蹤車輛距離停車線的距離。示蹤車輛也可以沒有，那么此時的最大初始排隊長度也為0。

2.4 相位切換判斷

圖5即為判斷相位切換時刻交叉口的交通狀態，然后通過車聯網獲取的信息數據進行處理，得到兩個參數，首先是得到控制范圍內等待放行的車輛數量，然后就是得到相位最新越過停車線的車輛，即圖5中Crossing Vehicle車輛的速度。

本相位在滿足一定條件下需要進切換，一共包含以下3個條件，如果該3個條件一個都不滿足，則增加一個單位綠燈延時，然后再判斷切換相位。

1） Crossing Vehicle車輛的速度和交叉口限速比例大于某一個限定值，此時車流能夠非?？焖偻ㄟ^停車線。

2）等待放行車輛小于某一個特定值，則控制范圍內的車輛基本清空。

3）綠燈時長達到了最大綠燈時間。

2.5相位結束處理

本相位結束之后，需要對車聯網的歷史數據和瞬時數據進行處理，其處理內容如下。

1）計算本相位的消散速度。只有當存在示蹤車輛時，消散速度才不會為0，且其計算公式如下：

3）確定下一個相位。本文使用的交叉口雙環相位結構如圖6所示，該結構一個相位組內包含4種可能的起始階段，如表1所示，然后圖7表示的是每個起始階段對應基本雙環結構的3種運行模式，那么一個相位包含12種運行模式，這種方式具有更好的靈活性和安全性。

3 實驗和分析

3.1 實驗過程

為了驗證上述車聯網背景下交叉口感應信號控制優化設計的可靠性，文章對其進行了實驗研究。選擇某市一個路口為例進行仿真實驗，該路口的示意圖如圖8所示，定時控制配時現狀如表2所示，平峰狀態時轉彎流量如表3所示。

為了驗證本文的優化設計的有效性，將其與普通的感應信號控制方法進行比較。圖9即為相序，然后將單位綠燈延時設置為3s，最短綠燈時間為14s，定時控制綠燈時間和最大綠燈時間相同。本文進行的優化設計方法中使用如表1所示的雙環結構，然后2種方法的參數相同，最后使用TSM進行定時控制完成仿真實驗。

3.2 實驗結果

通過上述仿真實驗獲得如表4所示的實驗結果，從中可以看出，與普通的感應信號控制相比，文章的優化設計方法具有更好的使用效果。所以本文在車聯網背景下，通過利用其優勢，然后對交叉口感應信號控制進行優化設計，能夠具有顯著性的控制作用。

4 結語

綜上所述，在車聯網背景下，能夠獲取車輛的相關信息數據，然后對交叉口感性信號控制進行優化設計之后，通過對這些數據進行利用，相比于常規感應信號控制，本文所設計的方法具有更好的優勢，比如平均延誤下降、停車時間變短、排隊車輛變少等，所以該方法更有利于我國交通的不斷進步。

參考文獻

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[4]張存保，冉斌，梅朝輝，等，車路協同下道路交叉口信號控制優化方法[J].交通運輸系統工程與信息，2013（03）：40-45.

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[6]臧志剛，陸鋒，李海峰，等.7種微觀交通仿真系統的性能評價與比較研究[J].交通與計算機，2007（01）：66-70.

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[8]許宏科，陳云.基于專用短程通信的個性化交通信息服務系統[J].長安大學學報：自然科學版，2004（02）：70-72.