自適應(yīng)交通指示燈控制方法和系統(tǒng)研究

任恒

（河南工業(yè)貿(mào)易職業(yè)學(xué)院，河南 鄭州 451191）

1 自適應(yīng)交通指示燈發(fā)展現(xiàn)狀及研究意義

1.1 結(jié)合目前交通指示燈發(fā)展情況及其現(xiàn)狀

交通擁擠是城市便捷出行的痛點，特別是城市在發(fā)展時期，車輛在不斷增加和城市擁擠程度加劇，導(dǎo)致交通擁擠屢見不鮮。傳統(tǒng)的交通指示燈功能單一、缺少智能化設(shè)備和數(shù)據(jù)化程序，在車流量少的城市，輔助人們安全出行，成為交通中必要角色。然而，傳統(tǒng)的角色在擁擠的城市不適應(yīng)，而且增添了很多麻煩和資源的浪費。

（1）方式單一，無法滿足現(xiàn)實需求。傳統(tǒng)的交通工況主要有車、路、交通標(biāo)識（交通信號燈、路線標(biāo)識）三大要素，而且三要素?zé)o論什么交通狀況，都是封閉的、單一的，無法更新變換。隨著城市的發(fā)展，車輛增多，擁擠加劇，傳統(tǒng)的固定模式已無法滿足現(xiàn)有城市高速發(fā)展的需求，因此，交通亟需更新轉(zhuǎn)換新的發(fā)展方向。（2）基礎(chǔ)研究加深，措施不夠完善。科技的進(jìn)步促進(jìn)各個行業(yè)的發(fā)展，交通作為發(fā)展的必要一環(huán)，科技滲入成分卻不足。在傳統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過雷達(dá)或地圖數(shù)據(jù)統(tǒng)計車輛數(shù)量來調(diào)整紅綠燈的時間從而改變車輛通行的時常。在原有固定封閉的基礎(chǔ)上，增加了單一的紅綠燈的變化，但是依然難以普及，無法徹底有效地解決擁擠問題，實施措施仍需跟進(jìn)和深究。（3）交通指示燈控制方法和系統(tǒng)發(fā)展總結(jié)。無論是傳統(tǒng)的交通模式還是稍加改變的現(xiàn)狀，都無法滿足現(xiàn)有需求，特別是隨著車輛的增加，而通過限號政策減少車輛數(shù)量也不符合科學(xué)發(fā)展需求，只有通過找到合適的交通管理模式，才能讓城市的交通擁擠現(xiàn)狀得到改善，限號也許只是一時的政策。緊隨時代的發(fā)展，交通擁擠問題終將會得到解決。

1.2 實踐意義和理論意義

通過分析現(xiàn)有的交通模式和實施的交通措施引入新的交通政策和控制方法來改善現(xiàn)有狀況，可以有效的改善現(xiàn)有交通擁擠問題。通過理論分析現(xiàn)有狀況，制定未來交通擁擠解決辦法，科學(xué)布局管理方法，合理改善現(xiàn)有狀況，不僅為以后發(fā)展制定理論目標(biāo)，更為以后實踐和適時布局提供了理論導(dǎo)向，加速交通行業(yè)發(fā)展和城市狀況改變。本研究中，當(dāng)左轉(zhuǎn)、直行、右轉(zhuǎn)三方向任一方向出現(xiàn)交通壓力大的時候，通過車流量數(shù)據(jù)自適應(yīng)增加對應(yīng)的鄰車道的車道數(shù)，緩解交通壓力，使不同方向上的車輛都能夠緩解對應(yīng)的交通壓力，減少交通擁擠，提高車輛通行效率，為城市建立智慧交通做貢獻(xiàn)，節(jié)約通行的時間成本，減少交通時長，較少車輛尾氣污染，為祖國碳達(dá)峰和碳中和做貢獻(xiàn)。

2 研究內(nèi)容

鑒于上述問題，本研究要解決的問題是在車流量大的路口，特別是針對復(fù)雜路況和商圈，人流量較大的熱門景點路況等，提供一種高效、智能的車輛通行方法和系統(tǒng)，改變單一依靠紅路燈時長管控交通的方式，以此來緩解交通壓力。

為了解決上述問題，本研究公開了一種自適應(yīng)交通指示燈控制方法和系統(tǒng)，所述方法和系統(tǒng)包括確定交通路口車流量狀況，特別是紅綠燈路口設(shè)有快速公交車站或者臨近商圈的復(fù)雜路口，早晚高峰期，節(jié)假日或者休息日，車流量較大路況。

采取利用紅綠燈+路標(biāo)指示燈的方法來控制車流量。一般的交通信號燈是以紅路燈+交通指示信號來控制不同方向的車流量，其中紅綠燈的時長是預(yù)先設(shè)置確定的，有些會根據(jù)白天或者夜晚時長進(jìn)行變換或者調(diào)整，而交通指示信號是固定的，無法改變，若左轉(zhuǎn)車道如果只設(shè)置一道，即使車流量再大，也只能靠單一車道行駛，會嚴(yán)重影響后面車輛通行，甚至影響其他車道車輛通行，加劇交通擁堵。

根據(jù)交通規(guī)則設(shè)置動態(tài)智能交通信號燈，主要包括兩部分：智能紅綠燈和動態(tài)交通指示限號燈。依據(jù)不同方向的車流量，合理分配紅綠燈的時長和交通指示燈的車道數(shù)量來緩解交通壓力。

通過智能紅綠燈可以控制路口紅綠燈時長，動態(tài)指示信號燈主要是用來改變切換車道指示方向，適當(dāng)?shù)卦黾踊蛘邷p少不同方向上的車道數(shù)，若左轉(zhuǎn)車流量大的時候，增加左轉(zhuǎn)車道，把臨近車道切換為左轉(zhuǎn)車道或則附加左轉(zhuǎn)指示功能，提高左轉(zhuǎn)的通行效率，減少左轉(zhuǎn)交通壓力；若直行車道車流量大時候，把直行車道附近車道切換為直行或者增加直行指示功能，提高直行車輛的通行效率。

本研究通過獲得車流量數(shù)據(jù)，然后結(jié)合道路車道信息，適當(dāng)?shù)厍袚Q或者改變不同方向上車輛的車道數(shù)，以此增加車輛的通過效率，減少交通壓力，節(jié)約時間，對于燃油車也有減少油耗，減少空氣污染，改善城市環(huán)境。

3 具體實施方法和完善監(jiān)測的方法和內(nèi)容

為使本研究的上述目的、結(jié)構(gòu)和優(yōu)點能夠更加清晰易懂，以下結(jié)合附圖對本研究的具體實施方式做詳細(xì)的說明。

參見圖1、圖2，圖3 和圖4 圖中序號：S1 為直行方向上商圈人流聚集地，S2 為左轉(zhuǎn)方向上商圈人流聚集地，B 為公交車，BI 為快速公交停靠站，B2 為普通公交車停靠站，R1 為單向左轉(zhuǎn)車道，R11 為單向左轉(zhuǎn)車道，R2 為單向直行車道，R22 為左轉(zhuǎn)和直行雙向可調(diào)車道，R3 為單向直行車道，R33 為單向直行車道，R4 為單向右轉(zhuǎn)車道，R44 為直行和右轉(zhuǎn)雙向可調(diào)車道，R5 為單向左轉(zhuǎn)車道，R55 為單向左轉(zhuǎn)車道，R6 為單向直行車道，R66 為左轉(zhuǎn)和直行雙向可調(diào)車道，R7 為單向右轉(zhuǎn)車道，R77 為直行和右轉(zhuǎn)雙向可調(diào)車道。

圖1 一般道路指示交通信號圖

圖2 一種復(fù)合式交通信號方法和系統(tǒng)在一般道路中的信號指示圖

圖3 一種特殊道路交通指示信號圖

圖4 一種復(fù)合式交通信號方法和系統(tǒng)在特殊道路中的信號指示圖

本研究實施例的研究構(gòu)思在于：根據(jù)中國的交通法規(guī)，車輛行駛在道路上行駛到交叉路口時候，一般分為三種行駛方向：左轉(zhuǎn)、直行、右轉(zhuǎn)。這三個方向的車流量是無法控制的，因為工作日、節(jié)假日、早晚高峰期等車流量會有很大變化，對于傳統(tǒng)交通限號燈已經(jīng)無法完全適應(yīng)。需要智能化自適應(yīng)交通指示信號燈來指揮車輛有序通行。通過以下方式解決三個方向車輛的通行。

參照圖1，圖1 為本研究一般道路指示交通信號圖。圖2 為本研究一種復(fù)合式交通信號方法和系統(tǒng)在一般道路中的信號指示圖。

本研究中包含十字路口各項車道行駛方向圖，結(jié)合上北下南原則，中國靠右行駛的交通法規(guī)，箭頭代表車輛的不同行駛方向，S1、S2為商圈坐標(biāo)、R1左向行駛箭頭、R2 和R3 直線行駛箭頭、R4 右轉(zhuǎn)行駛箭頭。

本研究中，車道數(shù)包括左轉(zhuǎn)、直行、右轉(zhuǎn)三個主要方向，車道數(shù)不局限于4 向車道，根據(jù)實際道路寬度合理設(shè)計車道數(shù)，可能更多，也可能少于4 道。

本研究中，S1、S2 代表的是商圈等人流量較大的集合地，不局限商場，也可能是醫(yī)院、市政單位、學(xué)校、景區(qū)等人流聚集地。

本研究中以一般路況為例，不局限更復(fù)雜的路況。

通過圖1 和圖2 中車道的變化，是本研究的重點，圖1 中的R1、R2、R3、R4 為單項車道，一個車道對應(yīng)一個方向，而且是固定不變的，車輛的通行只能依靠紅綠燈時長來控制。同一個路口在不同時段車流量和行駛方向不一樣，這樣對于固定的車道無法適應(yīng)變換的車流量和行駛方向，即使采用自適應(yīng)紅綠燈，依然收效甚微。所以，本研究采用自適應(yīng)可變車道，如圖2 所示，其中R11 為自適應(yīng)左轉(zhuǎn)車道，R22 為左轉(zhuǎn)鄰車道，根據(jù)車流量和車行駛方向有三種模式：單一左轉(zhuǎn)、單一直行、左轉(zhuǎn)和直行都可通行。若左轉(zhuǎn)車流量較大的時候增加左轉(zhuǎn)車道數(shù)，R11 和R22 兩向車道均可左轉(zhuǎn)，相比原來增加了左轉(zhuǎn)車道數(shù)，提高左轉(zhuǎn)通行率，減少左轉(zhuǎn)行駛壓力。R33 有三種模式：單一直行、單一右轉(zhuǎn)、直行和右轉(zhuǎn)都可通行。若直行車流量大，R33 調(diào)整為單一直行，此時R22、R33 無法滿足通行時候，R33 的鄰車道R44 根據(jù)車流量和行駛方向有三種模式：單一直行、單一右轉(zhuǎn)、直行和右轉(zhuǎn)都可通行，此時，R44 選擇直行和右轉(zhuǎn)均可通行模式可以增加直行的車道數(shù)，減少直行車輛通行壓力，提高直行通行率，減少交通壓力。若右轉(zhuǎn)車流輛大，無法滿足通行時候，R4 選擇單一右轉(zhuǎn)，鄰車道R33 自適應(yīng)選擇增加右轉(zhuǎn)車道，提高右轉(zhuǎn)通行效率。

圖3 為本研究一種特殊道路交通指示信號圖。圖4為本研究一種復(fù)合式交通信號方法和系統(tǒng)在特殊道路中的信號指示圖。路況較為復(fù)雜。如圖3 所示，本來道路較寬，由于B1 快速公交車專用車道占據(jù)了一個行駛車道，B2 為普通公交車站牌占據(jù)了一個車道，此時，若公車停到站牌處乘客上下車，通過圖可以發(fā)現(xiàn)只有R5 一個車道可以通行，而且R5 對應(yīng)的是單一左轉(zhuǎn)車道，若左轉(zhuǎn)車流量大，此時將會直接影響直行和右轉(zhuǎn)車輛的通行，直接加劇交通擁堵，R6 和R7 同樣均為單一方向車道，車輛無法通行。

通過圖4，對圖三所示的車道進(jìn)行自適應(yīng)控制，將R6 原有的直行單行道調(diào)整為R66 三種模式：單一左轉(zhuǎn)、單一直行、左轉(zhuǎn)和直行都可通行。此時R55 的鄰車道R66 增加左轉(zhuǎn)車道，減少左轉(zhuǎn)的通行壓力，為直行和右轉(zhuǎn)車輛讓道通行。圖3 中R7 為右轉(zhuǎn)單行車道，若直行車道壓力大時可增加R66 鄰車道R77 直行車道。R77 有三種模式：單一直行、單一右轉(zhuǎn)、直行和右轉(zhuǎn)都可通行。通過增加直行車道數(shù)，減少直行車輛通行壓力，提高直行通行率，減少交通壓力。

4 結(jié)語

本研究顯示和描述了自適應(yīng)交通指示燈控制方法和系統(tǒng)研究的基本原理、主要特征以及優(yōu)點。主要是通過改變傳統(tǒng)的交通固定模式，適時調(diào)整道路標(biāo)識和交通信號標(biāo)識，降低人們出行的時間，較少道路的擁擠，在目前燃油車占比較大時期能夠很好地緩解燃油車帶來的環(huán)境污染、碳排放問題。同時，現(xiàn)實中解決實際應(yīng)用問題的方法有很多。此內(nèi)容在后續(xù)的研究中還有很多需要改進(jìn)和深度探究的部分，還需要結(jié)合城市的發(fā)展規(guī)劃，特別是涉及公交、地鐵、停車點、商圈、行政圈等人流量日差異化大的地方，需要科學(xué)化的數(shù)據(jù)調(diào)查，適時改進(jìn)智能化交通布局，提高城市的承載量和人們出行的便捷性，加速交通智能化發(fā)展和智慧城市建設(shè)。