大中城市交通信號控制與誘導分析

（浙江省機電設計研究院有限公司，浙江 杭州 310002）

大中城市交通信號控制與誘導分析

童 煒

（浙江省機電設計研究院有限公司，浙江 杭州 310002）

交通網絡是組成城市的重要結構，其組成及其復雜，包括車、人以及路和周遭環境，這種高度復雜的特性以及大規模性和不確定性即城市交通網絡系統特性。另外復雜的交通環境致使交通模型也隨之復雜化，并且交通車流以及交通事故的突發等狀況對大中城市的交通網設計提出了更高的要求，在大中城市交通信號控制以及誘導中，全局優化性成為了設計的關鍵，文章便著重就此類問題進行了探討。

交通網絡；信號；控制；誘導

1 實時的交通數據收集

城市交通網絡控制的主要目的便是提高道路交通的可靠性，這就需要交通信息傳輸網絡鎖傳輸的數據具有及時性、可靠性以及實時性。這些通過車載自組網絡可以有效的解決，通過移動交通車實時進行交通流信息的采集。另外一些車輛也可以自己進行交通信息采集裝置的設置。在這一網絡中，通信節點為車輛。這些車輛可以是任何的車輛，而基站可以是政府管理業可以是運營商管理，因而具有一定的靈活性。

車輛是處于移動狀態中的節點，不但速度相對較快，其位置也會相對較為靈活，因而相較于傳統的交通控制網絡，車載自組織網絡在速度、通訊、以及持續性上具有一定的優勢，不但速度高，相鄰車輛之間的通訊連接時長較短，并且還具有持續移動的特性，這種動態特性使得該網絡具有更高的效率。另外，在道路網絡的控制下，車載無線傳感器的拓撲結構可變性也相對較高，且信息的采集、傳輸會沿著交通網絡進行，因而在設計的過程中，必須將這種移動特性以及拓抖變化考慮在內。

該網絡結構還具有一大特點，那邊是大規模性。在大中城市交通網絡中，該網絡由上百萬的車輛組成，但是節點間的數據通訊卻只能局限在某些地區，因而通訊網絡又被分隔為不同的區域。但是即便是在局部，車輛在某段路中仍舊可以作為網絡節點，這樣網絡中就會產生數據冗余，怎樣才能夠解決信息的冗余問題，是當前該網絡建設中亟待解決的問題。另外針對交通信號控制網絡中的大規模網絡，網絡最需要進行考慮的問題之一便是如何均衡分配流量。總之，研究人員對于車載自組織網絡還需要進一步研究，以此解決以下難題。

（1）高速變化性。拓撲結構具有的該特性是由于車輛在行駛過程中具有高速特征，并且車輛間也在進行相對運動，因而就造成了在固定的道路交通網絡中，拓撲結構一直處在頻繁的變化之中。

（2）網絡分隔頻繁。車輛在城市交通網中不斷的在移動變化，因而車載自組織網絡也處在變化中，而不斷的被分隔組合，這就使得網絡被分成了多個部分。

（3）短時有效性。由于交通流在不斷的改變，因而網絡路徑的有效性相對較短。這也是由于拓撲結構的快速變化所致，很多路由就會出現在使用前便失效的現象。

（4）數據傳輸分配問題以及系統冗余過大的問題。同一時間地點會出現同時出現數十輛采集車傳輸的交通流信息的現象，但是信息的來源渠道會有所差異。

2 優化控制

控制城市交通網絡，首先需要對城市交通網絡進行智能化控制，這是目前所建設的智能交通工程的主要目的，而對交通信號的控制是城市智能交通的前提條件，通過網絡化的管理系統完成城市交通信號的控制。由于城市交通是環境、道路以及車流和人流的集成體，具有高度復雜性，且在交通系統運行的過程中還存在不確定性以及動態性等特點，這種分布式的大規模網絡結構致使交通信號控制具有相當大的挑戰。城市交通路口信號裝態的控制，以及對信號進行配時等措施可以對城市交通延誤現象予以控制，并且通過這種路口交通信號的控制調整可以有效提高交通系統運行效率，因而針對城市交通擁堵，交通信號控制成為了最為有效的方式。

交通信號燈最初僅僅采用了固定配時的方式進行控制，屬于自動控制，通過這種方式在最初時作用顯著，因為那時的交通流量相對較小。但是隨著城市的發展，交通流量的增大，以及交通流隨機性的增強，這種單一固定的控制方式已經無法適應城市的發展。而多時段的靈活配時方案成為了當前適用最為廣泛的方式，并卻帶了固定配時控制器。

另外，現代化的交通控制系統還需要針對混合型的交通模型進行精確的理論分析，以便保證對道路交通的了解，使得控制結果更加的可靠。同時,城市交通網絡具有的隨機不確定性也增加了交通信號控制的難度,如何增強交通信號控制系統的自適應能力,是智能交通網絡研究的又一個難點。

3 滿足演示約束

從本質上來看,交通流是短時非定常流動,城市交通網絡的動態交通配流是以時刻變化的交通需求為對象進行交通流的動態分配。所以,動態的分析交通流的形成、傳播和消失的機理是必需的。對短時非定常的城市交通流進行實時的動態分析,才能對城市交通網絡中的各種各樣隨機產生的城市交通流現象進行更精確、更廣泛地描述,這是對交通需求和交通網絡進行動態分析的重要部分。對于實時的交通流分析,實際路段出行阻抗函數描述的準確性,起著極其關鍵的作用。考慮當前路段的流量-時間函數關系,結合當前路段車流的流入流出來準確描述出行阻抗,是交通誘導所需要解決的最基礎的問題。總的來說,交通管理者的目的是：（1）最小化整個交通網中總的車輛行駛時間；（2）最小化每個車輛出行費用；（3）最小化平均擁擠程度；（4）最小化整個城市交通網絡的總延誤時間等。

由上所述可以看出,大規模路網的交通流分配問題可轉變為優化問題來分析求解。隨著研究的深入,最優控制的理論和數學規劃已經日趨成熟,部分模型的計算’和分析也變得日趨容易,但存在的最大不足是對于大規模網絡缺少求解的有效一般性算法,其最優求解過程通常是一個NP難問題。

因此，在現代城市交通管理中，智能化管理手段已經成為了時代主流，也成為了交通信號的控制系統以及誘導系統之間的基礎組成，在對交通控制影響進行深入考慮的同時，對交通管理進行優化，協調統一誘導與控制兩大系統。因而城市交通流誘導工作中最為重點的內容便是如何才能夠在誘導工作和控制工作之間形成協調統一的狀態，如何精確的有效的對運行信號進行控制，同時也能夠滿足用戶出行需要。這些還需要交通部門的工作人員進一步予以研究。

[1]譚裕安，翦俊.城市道路交通流實時數據質量控制技術[J].現代交通技術，2009（01）.

[2]馬壽峰，李艷君，賀國光.城市交通控制與誘導協調模式的系統分析[J].管理科學學報，2003（03）.

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