基于云計(jì)算的“綠波帶”交通流分析

張曉祥　紀(jì)祥龍　祁華菊　陳伍　任香粉　石爽

摘要：隨著目前我國(guó)汽車保有量的持續(xù)不斷增加，我國(guó)公路的通行能力有著巨大的壓力。尤其是大城市中的市區(qū)部分以及較為繁華的地區(qū)。該項(xiàng)目提出一種建立在兩中心區(qū)的一條快速通道“綠波帶”，這樣可以極大的為人們出行節(jié)約時(shí)間，緩解交通壓力。

關(guān)鍵詞：綠波帶;交通流;云計(jì)算

中圖分類號(hào)： TP311? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）06-0218-02

1 國(guó)內(nèi)外研究背景

國(guó)內(nèi)研究情況：我國(guó)的綠波帶不僅在的理論分析方面取得了一定的成果，而且也在實(shí)際中多有應(yīng)用，并且取得了一定的成功經(jīng)驗(yàn)。隨著一系列綠波帶相關(guān)技術(shù)在我國(guó)大城市中的實(shí)踐運(yùn)用。例如，上海市得益于同濟(jì)大學(xué)等高校的地理區(qū)位優(yōu)勢(shì)在信號(hào)控制這一方面始終占據(jù)領(lǐng)導(dǎo)地位，其在綜合利用自適應(yīng)系統(tǒng)控制、聯(lián)動(dòng)控制、固定信號(hào)配時(shí)這三種主流的模式相結(jié)合的方式下，能夠最大限度地適應(yīng)市區(qū)各個(gè)不同區(qū)域的交通狀況條件，能夠有效地改善該區(qū)域的交通狀況緩解交通壓力。而北京最早在2004年就已經(jīng)對(duì)全市各個(gè)區(qū)域1000多個(gè)道路交叉口的相應(yīng)路口的交通信號(hào)實(shí)現(xiàn)了交通信號(hào)的控制，其逐漸發(fā)展成為由簡(jiǎn)單的單個(gè)交叉路口的信號(hào)控制逐漸擴(kuò)展到對(duì)全市主干線的交通信號(hào)協(xié)調(diào)控制的全方位覆蓋。與此同時(shí)，在去全國(guó)各特大型城市都在不同程度的采用了綠波帶相關(guān)技術(shù)，都有效地緩解了當(dāng)?shù)氐慕煌▔毫ΑＳ纱硕G波帶及其相關(guān)技術(shù)在交通流優(yōu)化方面起著至關(guān)重要的作用。

國(guó)外研究情況：在綠波帶技術(shù)發(fā)展的早期，其研究人員為了獲得最大的綠波帶寬，展開(kāi)了大量而廣泛的技術(shù)驗(yàn)證，其中由Little等人在研究中首次提出了最大綠波帶法（MAXBAND），該最大綠波帶法通過(guò)優(yōu)先確定交通信號(hào)控制系統(tǒng)中的相位從而再去確定其最大的綠波帶寬度，在綜合利用相鄰交叉路口間距、交通信號(hào)綠信比、交通信號(hào)周期等參數(shù)進(jìn)行混合整數(shù)線性規(guī)劃算法以此來(lái)調(diào)整整個(gè)交通干線各個(gè)交叉路口的相位差從而使得該路段的綠波帶寬度達(dá)到最大。而在Little的研究基礎(chǔ)上，MGartnerN.H等人又進(jìn)一步提出了名為MULTIBAND的改進(jìn)型的復(fù)合式綠波控制方法，該復(fù)合式綠波控制方法更進(jìn)一步的添加了諸如車輛隊(duì)列消散時(shí)間、車流差異性、車輛左轉(zhuǎn)等因素作為參數(shù)以此來(lái)去適應(yīng)不同類型的交通狀況與需求。當(dāng)然，不同的研究人員以自己的專業(yè)知識(shí)和頭腦所采取了不同的切入點(diǎn)和結(jié)合各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)的不同理論輔助入手，從而使得現(xiàn)如今的交通信號(hào)控制理論的發(fā)展愈發(fā)豐富和豐滿，Cheng、Tian與Thomas等人就分別以模糊邏輯、系統(tǒng)分區(qū)技術(shù)與博弈論等理論工具切入設(shè)計(jì)出來(lái)了模糊控制系統(tǒng)、信號(hào)配時(shí)與協(xié)調(diào)控制并行算法等。

從國(guó)內(nèi)外對(duì)綠波帶的研究來(lái)看，未來(lái)綠波帶必定是發(fā)展的大勢(shì)所趨。在未來(lái)解決人們的出行需求與道路最大運(yùn)力之間的矛盾中起到十分重要的作用，并且國(guó)內(nèi)外的綠波帶主要適用于主要的大城市，并未全面的推廣，因此如今對(duì)加強(qiáng)對(duì)綠波帶的完善建設(shè)使用其未來(lái)的市場(chǎng)是非常巨大的。

2 系統(tǒng)工作的原理

互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等相關(guān)技術(shù)覆蓋范圍及廣，涉及了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)通信、信息收集、信息轉(zhuǎn)換、信息傳遞、傳感器、多網(wǎng)融合等眾多技術(shù)領(lǐng)域。整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)與云計(jì)算架構(gòu)分為四層 ：

（1）輸出層主要是將在整個(gè)系統(tǒng)中所能夠采集的信號(hào)發(fā)射出來(lái)， 通過(guò)所測(cè)車流的輛數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線傳播或者電信號(hào)等各種方式將信息傳送出來(lái)。

（2）接收層主要是解決信號(hào)數(shù)據(jù)的獲取問(wèn)題，傳感器與處理層兩個(gè)方面。該層主要通過(guò)傳感器、控制器等對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換過(guò)后形成我們所需要的信號(hào)。其關(guān)鍵技術(shù)是檢測(cè)技術(shù)、轉(zhuǎn)換技術(shù)以及距離上的通信不被干擾的技術(shù)。

（3）處理層主要解決信號(hào)的傳輸問(wèn)題，通過(guò)如今較為常用的相關(guān)軟件對(duì)信號(hào)進(jìn)行傳輸。并且在傳輸過(guò)程中通過(guò)云計(jì)算便對(duì)傳輸?shù)男盘?hào)進(jìn)行分類管理，在傳輸過(guò)程中保持未定高效地傳播。其中較為關(guān)鍵的技術(shù)有WiFi、M2M、RIDF等相關(guān)技術(shù)用來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換傳輸。

（4）終端主要是將數(shù)據(jù)分析得到的最終結(jié)果通過(guò)電信號(hào)的方式與手機(jī)App進(jìn)行連接，能夠?qū)⒆罱K得到的結(jié)果傳送給車主，在第一時(shí)間得到道路上的情況，并且能夠通過(guò)綠波帶相關(guān)參數(shù)的變化做出相應(yīng)的改變，能夠有效地避免長(zhǎng)時(shí)間的堵車現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)綠波。

3 針對(duì)典型路段進(jìn)行原始數(shù)據(jù)記錄與處理

圖3所示，綠波帶速度是車輛行駛軌跡的余切值，表示在干道上行駛車輛能夠順利通行各交叉口的平均速度，在大量收集的車流量數(shù)據(jù)后針對(duì)各個(gè)時(shí)間段的車流量進(jìn)行分類。

當(dāng)車流處于高峰期時(shí)，通過(guò)自組傳感器將相關(guān)數(shù)據(jù)傳送給計(jì)算機(jī)通過(guò)云計(jì)算得出合理的算法分布，用來(lái)控制交通信號(hào)燈的周期時(shí)長(zhǎng)。確定綠波信號(hào)后，將相關(guān)的處理數(shù)據(jù)通過(guò)信號(hào)的形式發(fā)送到手機(jī)App，能夠讓車主第一時(shí)間得到相關(guān)信息。從而引導(dǎo)車輛進(jìn)行疏散，減輕擁堵的區(qū)域和程度。做到實(shí)現(xiàn)交通的最優(yōu)化，做到全線都為綠波帶。

當(dāng)車流為平峰期時(shí)，通過(guò)自組傳感器將相關(guān)數(shù)據(jù)傳送給計(jì)算機(jī)通過(guò)云計(jì)算得出合理算法，判斷是否啟用綠波行駛，當(dāng)滿足條件時(shí)發(fā)出綠波信號(hào)，反之則以道路自身的交通飽和流量來(lái)進(jìn)行對(duì)車輛的運(yùn)載。

當(dāng)車輛流通為低峰期時(shí)，依據(jù)道路自身的交通能力便能夠完成車輛的行駛?cè)^(guò)程。

4 應(yīng)用前景

當(dāng)前隨著我國(guó)汽車保有量的急劇增加，我國(guó)的交通壓力也不斷增加。根據(jù)近幾年我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展?fàn)顩r來(lái)看，我國(guó)的汽車數(shù)量還將持續(xù)增加。目前我國(guó)針對(duì)小汽車方面還沒(méi)有做到普及，這將進(jìn)一步加大我國(guó)道路的交通壓力。因此如何能夠快捷迅速地減輕道路上的行車壓力是十分緊迫的，并且對(duì)于道路的修建都有明確的指令，因此想要道路的相關(guān)參數(shù)是不可行的。

因此我們只能對(duì)道路進(jìn)行更加合理的規(guī)劃，傳統(tǒng)方面對(duì)道路的規(guī)劃是采用在道路上分派交通警察對(duì)道路進(jìn)行管理以及對(duì)各個(gè)路口加入交通信號(hào)燈對(duì)來(lái)往的車輛進(jìn)行制約。但是隨著近些年來(lái)的發(fā)展，這些方法都顯得無(wú)能為力，近幾年有人開(kāi)始對(duì)交通信號(hào)燈的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行改變以達(dá)到高效利用道路的作用，并且也已經(jīng)取得了一定的成績(jī)。但是對(duì)一個(gè)路口進(jìn)行交通信號(hào)燈的優(yōu)化配時(shí)對(duì)于整個(gè)道路的行駛并不會(huì)起太大的作用。因此我們采用針對(duì)某一路段的多個(gè)交叉路口進(jìn)行交通燈的優(yōu)化配時(shí)，這樣能夠讓行駛在這一路段的車輛能夠在經(jīng)過(guò)每個(gè)路口時(shí)都會(huì)出現(xiàn)綠燈，形成一條綠波帶。

當(dāng)然這一技術(shù)也已經(jīng)出現(xiàn)并逐漸開(kāi)始推廣，但是僅僅改變一條路的交通狀態(tài)也不能從本質(zhì)上改變一個(gè)城市的交通狀況。因此我們團(tuán)隊(duì)準(zhǔn)備根據(jù)歷年來(lái)對(duì)于合肥市各個(gè)交叉路口的每天車流量圖通過(guò)云計(jì)算進(jìn)行分析，計(jì)算出在何時(shí)何地的平均車流量及交通情況。然后將所分析得到數(shù)據(jù)傳送給計(jì)算機(jī)處理器，對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，建設(shè)整個(gè)城市的交通最大綠波帶圖。能夠?qū)崿F(xiàn)交通擁堵嚴(yán)重地區(qū)的全線綠波狀態(tài)，針對(duì)擁堵?tīng)顟B(tài)較輕地區(qū)采取針對(duì)高峰期進(jìn)行綠波帶控制。通過(guò)對(duì)各個(gè)路段的系統(tǒng)分析得出不同路段、不同擁堵情況的綠波存在狀態(tài)，這一技術(shù)主要通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)以及云計(jì)算等的具體技術(shù)進(jìn)行支持。這樣便在很大程度上改善了城市的交通情況。并且這一模式可以推廣到全國(guó)各個(gè)地區(qū)都是適用的。

5 結(jié)論

建立一種可以適應(yīng)不同道路級(jí)別的綠波帶， 通過(guò)交通流模型分析，以流量為參考要素的信號(hào)控制系統(tǒng)，改善道路的通行效率。

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【通聯(lián)編輯：李雅琪】