大數據技術驅動下的城市道路智能交通信號控制方法分析

胡安麗

（山東省淄博市周村交警大隊事故處理科，山東淄博 255300）

0 引言

現階段，城市經濟的快速發展，道路交通數量不斷增加，如何對城市路口交通信號燈進行科學有效的管理變得十分重要。傳統的交通信號燈控制方式多為定時器或手動控制，其效率較低，并且管理技術形式存在諸多局限，不利于智能交通場景的實現。隨著大數據和人工智能技術的發展，城市道路交通控制方案與大數據的結合程度加深，通過數據挖掘技術獲取海量的交通控制信息，基于此，開發高效的智能交通信號指揮系統是未來城市交通的發展趨勢。本文選取大數據作為研究視角，研究大數據技術驅動下城市道路交通信號燈的控制方法，以期為緩解城市交通壓力作出貢獻。

1 城市道路交通智能信號控制的基本方法

1.1 單個交叉口的交通控制

在城市道路交通的智能化控制場景實現中，每個交叉口的交通情況具有復雜性和多變性特征，通過對交通信號狀態的及時檢測，能夠獲取交通情況數據，為智能化控制方案的實施準備必要條件。在控制環節，當某個交叉路口的控制信號與其他路口無任何聯系時，稱該路口為單個交叉口，也稱為單點信號控制。單點信號控制是交通信號控制的基本形式[1]。當某個路口滿足單點控制條件時，技術人員只需要在該路口安放1臺信號機便可。因此，該種控制方法也具有簡單、便捷、軟件和硬件設備投資少的特征。

1.2 多交叉口信號的協調控制

對交叉口道路的交通信號進行控制的基本思想是設計各個路口的配時方案，并保證各方案之間具有協調統一性，即各交叉口信號燈可以按照此協調方案一起正常工作，車輛在經過這些交叉口時可以避免紅燈控制造成的交通擁堵。上述控制方案是目前智能交通場景的主要實現路徑，通過對交通信號的協調控制，能夠最大限度地發揮城市運力資源，為城市道路交通指揮的智能化、現代化發展提供支持。

然而，在智能場景的實現環節，考慮到每個交叉口車輛行駛速度存在差異化，且交叉口路況信息變化頻繁。在正常行駛過程中，直行車輛也容易受到左轉和右轉車輛的影響，因此，需要利用大數據技術繪制交叉口車流量模型圖，并加入檢測器，基于此，為車道交通信號的智能化控制提供數據資源。由于各種因素的干擾，在具體交通場景中，相互交叉的車輛也很少在綠燈信號控制狀態下相遇，因此，需要采取更為精準化的大數據技術對信號控制方法進行完善，并借助5G網絡和信息網絡技術，設計不同類型的定時器模板，并將其導入智能交通控制系統中，以滿足交通信號實時高效控制需求。

1.3 區域內交通信號控制

當使用大數據驅動技術對智能交通控制系統進行完善時，也需要特別關注區域內交通信號控制方案的制訂是否合理。為發揮數據驅動智慧交通的設計目標，有關人員需要采取區域內交通信號控制方案，并且最新的SCATS系統、SCOOT系統與智慧交通指揮系統聯系起來，通過多個系統的協調配合，實現對區域內交通信號的實時檢測[2]。目前，我國在智能交通信號控制領域已經使用了大數據技術，并且將該技術應用在多個交叉口模型中，成功實現智能交通場景設計提出的最新功能需求。

2 大數據技術驅動下的城市道路智能交通信號控制方法的實現路徑

2.1 使用Agent代理程序

隨著計算機程序開發技術的成熟，Agent代理程序被應用在智能交通場景中，成為智能控制交通信號的有效技術方法。基于大數據對Agent代理程序接口進行完善也是行業人員關注的主要技術點。在交通信號燈控制的智能化場景中，Agent代理程序發揮的主要作用是自主運行和執行任務定時器。此外，引入Agent程序的交通信號控制系統也能夠根據實時路況對交通信號燈的狀態進行調節，同時也可以對不同時間段的車流量進行時間分配管理。上述技術方案的實現，使交通信號控制方法的使用更加智能，為城市道路交通的高效管理提供技術保障。通過引入大數據模塊下的Agent代理技術措施，也可以緩解城市交通擁堵，并提升城市交通的通行效率。

Agent交通信號控制方法的實現過程如下：

首先，采集交通流量大數據。技術人員會利用傳感器和5G網絡，采集城市道路交通流量相關信息，該信息會自動回寫到Agent代理程序中，為后期控制方案的形成提供數據庫資源。

其次，系統調用智能信號控制系統與交通管理系統接口。此時，交通信號燈會根據車流數據實時判斷道路的擁堵情況，并根據綠燈和黃燈的持續時間對控制方案作出調整，最大程度地避免交通擁堵不良事件的發生。在交通管理系統使用的過程中，Agent程序也模擬不同優先級的車道場景，通過對數據庫資源的調用，實時判斷路口交通流量，在此基礎上，對信號燈進行調整，確保城市道路控制具有智能化特征[3]。基于大數據的交通管理系統也提供了主干道優先級別，通過交通信號燈及時疏導主干道車輛，實現控制系統的優化與智能化。

最后，大數據分析和智慧交通指揮方案的形成階段，使用Agent程序的數據采集功能能夠收集車流信息。通過對車輛信息的分析和挖掘，可形成智慧交通指揮方案，并且將其作為精細化調度的合理措施。基于上述場景與技術方案的實現，城市道路交通信號控制水平明顯提升，交通信號的控制效率也能夠達到滿意標準。以大數據技術作為驅動，城市交通指揮中心人員工作的智能化程度更高，滿足城市交通狀態實時監控、城市交通運行暢通的需求。

為更好地發揮大數據技術在交通領域中的應用價值，軟件技術人員需要關注智能場景設備的投入成本，并科學評估數據采集的難度。在部分傳感器設備和數據處理軟件的使用時，也應考慮與控制系統之間的兼容性問題。城市道路的智能化發展具有復雜性、規模化與集成化的特點，鑒于此，在推進智能交通場景的實現過程中，有關人員將大數據技術與交通信號控制方案充分結合，通過設計“數智場景、數據賦能”等計劃，使交通控制的智能化、精確度獲得顯著提升。

2.2 監控車道飽和流量

通常情況下，在城市道路交通信號控制中，選取飽和流量作為衡量交通釋放能力的參數指標。該指標的含義是單位時間內通過某一路口的最大交通流量。通過對大數據技術的應用，有關人員能夠及時獲取城市道路的飽和流量，進而判斷綠色信號控制狀態下車輛通行狀況。該指標與城市道路交通條件和車輛狀況存在密切關系，一般可通過獲取現場數據得到。通常情況下，針對車道飽和流量的監控十分困難，因此，本文構建了一種合理的計算方法，對飽和流量的值進行預測，將其作為交通信號控制的有效途徑。通過對飽和流量模型的使用，還可以幫助相關人員及時獲取道路交通擁堵數據信息，為交通指揮決策提供參考。

關于城市車道飽和流量的計算，曾有研究人員做了大量的試驗研究，參考其試驗研究成果，對交通信號車道飽和流量影響最大的因素是車道寬度，車道飽和流量與飽和流量、車道寬度之間存在一定的線性關系，即：

式（1）中：Qs為車道飽和流量（pcu/h）；b為進口車道寬度（m）。

通過大數據對比，發現我國車道飽和流量比國外低25%，我國城市道路交通信號的智能化控制水平也低于發達國家。鑒于此，在城市道路的交通控制中，我國特別重視大數據技術的應用，通過引入大數據技術驅動措施，能夠為道路交通指揮提供數據參考，使城市交通擁堵狀況得以緩解。上述技術場景的實現與大數據技術驅動存在聯系，為提升智能交通信號控制水平，有關學者參考了國外車道飽和流量模型，在此基礎上，結合國內交通道路流量數據對模型作出優化，所得交通流量飽和度模型如公式（2）所示：

式（2）中：Qs為車道飽和流量（pcu/h）；b為車道寬度（m）。經過模型計算所得不同車道寬度下的車道飽和流量，見表1。

表1 車道寬度和車道飽和流量對應關系表（參考值）

2.3 信號配時的流程與實現

基于大數據技術實現交通信號智能化控制是未來交通指揮場景發展的主要形式。通過優化配時軟件，也能夠及時獲取交通信號燈狀態數據，為城市道路的智慧指揮調度提供數據參考，需要優化的配時模塊主要有相位、信號和配時模板[4]。首先是對相位的確認；其次是交通信號通常有紅、綠、黃三種配色，每個配色相位的配時存在明顯差異，這主要是由車道飽和流量決定的。為了更好地提升信號配時效率，簡化配時流程，有關人員需要獲取各個周期、各個相位紅燈、綠燈和黃燈的時間長度數據。

關于城市道路智能交通信號配時的具體流程分析如下：

使用大數據技術識別相位時，在每個相位點中輸入信號燈組編號，每點擊一次信號燈組編號，系統會自動生成點擊事件，將相關參數傳到前端。此時，系統界面會顯示該燈組監控區域內所有進口車道的實測交通流量和車道飽和流量信息。考慮到該模型未能剔除混合車道流量數據，因此在具體設計與實現環節，也需要將混合車道的流量信息納入智能交通控制系統中。此外，有關人員也需要注意將左轉和右轉的車輛納入模型統計中，由此獲取更加精準化的交通流量數據[5]。建議使用表1中的車道飽和流量數據，可以作為參考值，也可以鍵入實測值。但是，由于實測投入的人力和物力資源較大，并且存在較大隨機性，本文研究使用了車道飽和流量的參考值數據，模型如圖1所示。

圖1 交叉口車輛流量檢測示意圖

如圖1所示，在每條車道相關位置處均設計2個檢測器，其中一個用于檢測停車線位置；另一個處于距離停車線內側90～150m處，二者之間的差值可作為該車道交通信號控制區域內的車輛排隊長度。關于車輛道路交通信號的控制方法為四相位控制，即南北直行、東西直行、東向南轉向、西向北轉向。根據實際交通指揮經驗，系統設計的每個交通相位的信號控制時間不能過短，避免出現每個相位綠燈時間不足，造成交通擁堵不良事件發生[6]。在交通信號控制方法的智能化設計中，方案給出的綠燈相位時間為25～40s。在上述時間段內，通過大數據技術，系統會自動配時，由此明顯提升了交通信號控制可靠性，并為城市交通指揮的智能化、科學化提供保障。

大數據技術應用背景下，對城市交通信號控制方法進行智能化改造成為道路交通指揮領域改革的主要方向。通過對大數據技術的應用，有關人員可以分析和處理交通數據，并將其與歷史數據進行對比，通過采取智能算法和車道飽和流量模型，可以實現對交通信號的智能化場景控制，據此升級道路交通管控方案，為城市車輛的順暢通行貢獻力量。

3 結語

綜上所述，大數據技術在城市道路交通領域的應用，使城市道路交通系統管理的智能化得以提升，交通管理與控制的智能化是未來城市道路交通發展的主要趨勢。本文選取城市道路智能交通信號的控制方法作為研究切入點，對城市道路單個交叉口、多交叉口以及指定區域內的車輛流量信號控制方法做出說明。研究結果指出，采取Agent代理程序方案、優化目前車道飽和流量計算方式、使用可靠的信號配時措施，可以更好地提升城市交通信號控制方法應用的智能化水平，促進城市交通領域的現代化與數字化發展。