面向交通智能化的高速控制總線集成應用研究

張輝軍，周 魯，張彥路

（克拉瑪依油城數據有限公司，新疆 克拉瑪依 834000）

隨著信息技術，網絡技術和通信技術的發展，智能交通系統已經被研究并應用到許多國家，其中作為ITS最重要的子系統之一的城市交通控制系統（UTCS）是研究的熱點問題。近年來，對UTCS的研究在中國和一些發達國家都得到了迅速的發展，隨著深入的研究，UTCS的研究領域比以前有所擴大，不僅包括信號、信號控制設備和一些相關的安裝，還包括控制協作、控制模式、控制系統和系統控制優化模型。盡管中國仍然是發展中國家，但十字路口經常發生擁堵。本文介紹了一種分布式控制體系結構的高速控制總線集成系統，用于區域事件響應，基于信號控制的信息導航和交通控制管理。

1 城市交通控制系統設計框架優勢

MAS是基于分布式的，因此系統可以克服分散的區域和通信帶寬的限制。其次，該系統可以實現資源共享，并且易于擴展；第三，由于系統被分解并且輸入區域減少，因此該系統將比其他系統更簡單和可靠。第四，該系統可以克服龐大的知識庫的構建，并且可以通過相互協作和協調來避免管理擴展的知識；最后，Agent本身具有一些屬性，例如：主動性，推理性，計劃能力和合作性等，這些都是MAS的必要條件。因此，構建基于Multi-Agent的UTCS是城市交通信號高速控制總線集成系統的最佳選擇。

2 總線控制系統的關鍵理論

2.1 交叉口信號控制代理的權限限制

通常，有三種處理方法來解決權限限制問題：首先，每個路口都配備有多個Agent，每個Agent負責一個階段。在這種情況下，每個路口需要多個Agent配合，不同路口也需要配合，復雜度和計算量將大大增加，因此，整個系統的研發將比以前更加困難。其次，每個交叉路口僅配備一個特工，在這種設計方案中，每個智能體都具有協調一個交叉點不同階段利益的能力，基于對策理論和相關社會規則的不同Agent可以實現不同路口之間的協作。第三，每個代理負責一個分區，在這種情況下，每個特工都控制一個或多個路口。不同子區域之間的協作將通過不同的Agent相互協調來實現。而在這種方案中，必須首先分割受控區域，并且在該步驟完成的情況下，分割結果無法修改。圖1為典型的三級遞階協調結構。

圖1 典型的三級遞階協調結構

2.2 基于多主體的對策理論之間的合作

作為自治信號控制代理，有必要與其他代理合作解決復雜的問題，以實現區域協調統一。對策理論的研究源于馮·諾依曼的使用理論，該理論基于使用集，即針對任何目標g，以最大化Agenti的使用功能u（i，g），但不能最大化Agentj的使用功能u（j，g），在這種情況下的對策理論是必要的。

3 集成控制系統的預測算法

集成控制系統的預測算法如圖2所示。從圖2可以分為三個層次的預測：第一層次應用于信息服務系統，以向旅行者提供交通狀況的相對建議，對于交警，上述信息用于調節相對信號的計時。除上述措施外，二級預報還用于喚醒精力以準備應急系統以應對可能的事件。同時，需要第三次預報才能采取行動以盡快解決緊急情況。利用該算法可以識別出交叉路口的兩種不同的交通擁堵，即發生擁堵和頻繁擁堵，此外，通過算法也可以確定確切的位置。因此，我們可以確定預測的級別，擁塞的類型和精確的擁塞交集，所有這些都是系統的重要因素。

圖2 自動檢測算法

其中，T：時間；i：檢查站號；Q（i，t）：第i個檢查站在t處的交通流量；Q（i，t-1）：第i個檢查站在t-1處的交通流量；O（i，t）：第i個檢查站在t的占用率；O（i，t-1）：第i個檢查站在t-1處的占用率；v（i，t）：第i個檢查站在t處的速度；v（i，t-1）：第i個檢查站在t-1處的速度；q（i，t）：第i個檢查站在t的自由條件下的最小流量，該公式是McMaster算法的經驗公式，可以根據不同的條件進行修改；q（i，t-1）：第i個i檢驗站在t-1的自由條件下的最小流量；Tsu：自由條件下的速度門值；T0：自由條件下的占用門值；Tu：自由條件下交通流量的閘口值的百分比；Qs：擁塞前后相鄰時間的交通流閘值之差；Os：擁塞前后相鄰時間的占用門值之差；Vs：擁塞前后相鄰時間的速度門值之差。

4 交通智能化控制總線集成系統的應用

4.1 交通突發事故緊急處理

如果道路路面因人為因素或者是自然因素導致一定程度的破壞，需要相關的專業人員進行維修修復，保持其正常安全，此時需要建立一批專業的團隊，在高速公路關鍵的出入口位置設置優良的通信設備，能時刻與中心取得聯系。通過總線集成系統，高速公路上發生的任何緊急事態的信息數據都可以即刻傳輸到終端進行處理，全方位了解道路信息，作出相應對策。

4.2 智能電子標板

智能化交通公路上經常設置智能電子標板，采用的是電子視頻技術對來往的車輛進行監控，根據道路情況、天氣條件等不同因素的變化進行處理。如果道路上發生了交通堵塞等情況，智能電子標板就會將該條公路的速度降低，以應對當前的現狀。同時，駕駛員還能根據語音的提示獲取到不同路面信息的交通情況。表1表示當前高速控制總線集成的應用。

表1 當前高速控制總線集成的應用

5 結束語

隨著基礎建設的進一步深化，高速公路在緩解交通壓力、創造經濟等方面占有重要的位置，為了進一步提高智能化交通的信息處理能力，需要建立完善的高速控制總線集成應用，以適應當前公路的交通情況。