西安市道路十字交叉口交通擁堵研究

【摘要】城市交通擁擠問題的一個原因是十字交叉口紅綠燈控制不合理造成。城市道路交通的隨機性、復雜性和不確定性較強，傳統使用的控制理論和控制方式已達不到滿意的控制效果，改善交通狀況需要對路口交通狀況進行調查和分析，構建數學模型，改善路口通行能力。

【關鍵詞】十字交叉口；交通信號；模糊控制；智能控制系統

一、十字交叉口控制的研究現狀

國外的交通信號控制系統比較典型的有英國交通與道路研究所研制的TRANSYT系統和澳大利亞研發的SCATS系統等。英國的TRANSYT系統是目前最成功，澳大利亞的SCATS系統的控制格局選用分層模型，結構和控制方法很容易改變。我國研究起步較晚，目前主要采用的控制系統融合了各種控制系統，與外國研發的相比，性能差，亟需完善。

二、西安市交叉路口交通狀況調查與現狀分析

西安市十字交叉口眾多，以位于經開區的文景路與鳳城七路十字交叉路口為例進行研究。作為一條主要道路，交通流中車型混雜，而交叉口采用的是定時控制方式，不夠靈活。該交叉口高峰期各方向直行車流量都非常大，選用模糊智能控制方法應該能起到有效的作用。本文對該交叉口進行結合模糊控制的控制策略的研究。通過設計模糊控制器，根據實時釆集的車流量數據信息，通過模糊邏輯運算，實時響應交通流變化，轉換信號燈控制時間。

三、十字交叉口交通信號模糊控制器設計

模糊控制理論是建立在嚴格數學基礎之上的用于描述和處理人類模糊語言的理論，為計算機識別模糊語言做了準備。模糊控制器根據當前綠燈時的排隊車輛，在綠燈時間即將結束時做出延長綠燈時間或者轉換相位的決策。模糊控制器結構如下圖所示：

交叉口信號配時應該由實際車流量來確定，因此模糊控制的思路是基于當前綠燈相位的車輛排隊數，然后推理出綠燈延時。在當前相位的車輛排隊數較后繼相位偏多時，可考慮適當延長綠燈時間，反之則盡早轉換相位。具體步驟如下：

首先初始化，根據實際情況，確定車道最大排隊車輛數Qmax，最小綠燈時間Tmin，最大綠燈時間Tmax，最大綠燈延時時間Tmax-Tmin，累計綠燈時間Tt；然后賦予初始相位最小綠燈時間Tmin；在綠燈時間即將結束時，通過線圈檢測本相位車輛排隊數及下一相位車輛排隊數；將兩個車輛排隊數作為模糊控制器的輸入，得到當前相位的綠燈延時時間DT（Tt=Tmin+DT）。當DT不為0時，如果0Tmax-Tmin，則延長綠燈時間DT=Tmax-Tt并返回step3；當DT為0時，執行下一步；進行換相位控制，返回Step3并賦予最小綠燈時間Tmin。

基于以上的模糊算法設計，進行具體的算法設計。首先進行模糊化，高斯型隸屬度函數曲線形狀平緩，控制特性也較平緩，穩定性好，是描述模糊子集合的合理形式。

采用的隸屬度函數，其計算如式1所示。

經過模糊推理得到模糊子集，需要轉變成精確的控制量。根據以上過程，可得到在不同綠燈相位和紅燈相位的排隊車輛數控制下的綠燈延時時間值，列舉部分如表2所示。由表2可知，當綠燈相位排隊車輛數QG較大，紅燈相位排隊車輛數QR較小時，表明當前綠燈相位的車輛較擁擠，需要適當延長綠燈時間；當綠燈相位排隊車輛數QG較小，紅燈相位排隊車輛數QR較大時，表明后繼相位的等待車輛數較多，需要減少等待時間。

總結

針對十字交叉口的具體情況和交通流使用模糊控制策略對解決十字交叉口的擁堵問題有一定的改善作用，但是由于城市交通的復雜性，隸屬度函數不好確定，這個問題有待解決。

參考文獻

[1]陳虹.《城市路口交通信號的自適應模糊控制策略研究》.信息工程及控制，西南交大學.2010.

作者簡介

戴豐澤，男、籍貫新疆烏魯木齊，出生年月1994年2月，研究方向：交通運輸。