交通燈通斷智能控制預防城市道路堵車的一種方法

王子陽

摘 要：在城市道路密集、路口眾多的背景下，基于道路現場測量系統獲取車隊尾長數據，利用Matlab軟件編制一種控制信號燈延遲通斷的計算程序，與信號裝置相配合，就可以及時調整城市路口交通燈的接通順序和時間，一定程度上達到控制車流和避免交通阻塞的目標。

關鍵詞：車隊尾長 信號燈 延遲通斷

中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）08（b）-0004-02

1 交通堵塞的成因

現代城市路網密集，大量私家車上路常常造成交通阻塞且已成為影響城市市民正常生活和工作的嚴重問題。而城市道路管理中不合理的交通燈通斷系統更使交通擁堵現象雪上加霜，例如，多數城市采用的定時同步通斷轉換自動化交通燈系統，即沿同一條街道上各路口的燈光同步切換，在一定情況下會成為交通擁堵的導火索。很多人都有這樣的經歷，在一個路口被紅燈攔下，后面路口會接二連三被紅燈攔住。這不僅僅是運氣問題，實際上和交通燈通斷控制有很大關系。假設有一隊車A在路口1等綠燈放行，欲駛向路口2，兩路口的距離為D，車輛正常行駛速度為V，第一輛車到達路口2時用時D/V，此時路口2綠燈，第一輛車通過路口2。由于車隊各車是不可能同時起動、同時加速的，而是從頭車開始，各輛車依次起動從而形成一個“起動波”，傳播速度大約為4.5 m/s（16km/h）[1]。設車隊長L，與頭車相比，最后一個車要走（L+D）路程才能到達路口2，而且它必須等候起動波傳過來時才能起動，因此末尾車要花（L/Vb+（L+D）/V）時間才能到達路口2，如果綠燈通行時間T0小于（L/Vb+（L+D）/V），這就使得車隊的尾部有可能在到達并通過路口2之前，就被下一次紅燈阻擋，車隊A發生截尾，跟過來的車隊B就有增長的趨勢，車隊B增長到一定長度，也會甩尾給車隊C，這樣車隊越積越長，進而發生交通堵塞。可見防止交通堵塞的關鍵在于及時制止過長車隊的形成，防止車隊增長的趨勢。

2 一種預防交通堵塞方法思路

目前城市路口都裝有攝像及圖像識別系統，發現某路口車隊逐漸增長，在一個綠燈通行時間內有被甩下的車隊尾巴出現，通過智能干預，及時調整交通燈的通斷順序和時間，引導疏流，就有可能制止過長車隊的形成，從而達到完全避免非反常交通堵塞的目的。假如發現上例路口2逐漸有被甩下的車隊尾巴出現，就要延遲路口2紅燈開通，即延長綠燈時間，使T≥（L/Vb+（L+D）/V），放車隊A過去，消除這個尾巴。這樣從路口1處開過來的車隊B在接近路口2時就沒有車隊A的尾巴留下，車隊B就不會增長，但延長的時間是有限制的，最長允許延長時間是車隊B的頭車剛好接上車隊A的尾車，即D/V-L/Vb-L/V=0，車隊A的長度占路口1與路口2之間的距離D的比例L/D=Vb/（V+Vb）。如果?T=D/V-L/Vb-L/V>0，則路口2還可以再延遲?T開通綠燈；如果?T=D/V-L/Vb-L/V<0，則路口2提前?T開通綠燈，提前放走積壓的車輛。如果A的前面車隊較短，則可以改變燈光順序，使路口2和路口1的綠燈同時開通。如果A的前面車隊更長一些，就必須提前接通路口2的綠燈，保證車隊A通過路口1的綠燈到達路口2之前暢通。綠燈的接通順序可由MATLAB編制程序控制，根據道路車輛圖形識別系統給出的車隊長度及測得的時速進行計算，智能操作路口1、2綠燈的延遲、同時或提前接通[2]。雙行道上、下行的交通燈同時轉換，車隊截尾較長的方向必然最有可能發生堵塞，應優先接通綠燈，因此對于雙行道要根據兩個方向的車流情況，判斷分析通斷順序。

當然，和實際情況比，這里忽略了車輛行進過程中加速和減速過程，這里V實際上是兩路口距離間車隊的平均移動速度。

3 一種預防交通堵塞方法的程序實現

設某城市有主干道m條，n條橫向街道，主干道與s條橫向街道相交后，各段主干方向街道的長度為矩陣D。各路口上被甩下的車隊尾巴長度組成的動態數據矩陣（截尾矩陣），如果在上述m條主干方向街道中有m1條雙行道，則矩陣將是一個（m+m1）×n的矩陣。根據雙行道上雙向車隊尾長的總和判定各雙行道的優先方向，只取雙行道優先方向截尾尾長，截尾矩陣化為m×n的矩陣。計算并輸出延遲矩陣?T，?T=D/V-L/Vb-L/V，從而控制交通燈通斷順序。在延遲量矩陣中，?T值為負的路口實際上就是尾巴較長的路口，需要提前?T接通綠燈，提前放走積壓的車輛，?T值為正的路口是尾巴較短的路口，可以延遲?T接通綠燈而不會造成該方向車輛堵塞。提前值?T大于T0，即可認為已經產生車輛堵塞。

以某7×4街道為例，輸入上下行車輛截尾尾長，計算的延遲時間結果如表1所示。

通過道路現場測量系統獲取車隊尾長數據，應用這個程序計算的信號燈延遲時間，與信號裝置相配合，就可以及時調整城市路口交通燈的接通順序和時間，一定程度上達到控制車流和避免交通阻塞的目標。

4 結語

現在技術獲取道路現場車隊尾長數據已經非常方便，Matlab軟件應用也非常方便，利用Matlab軟件編制的計算程序很容易實現該方案，通過控制信號燈延遲通斷，控制車流，避免交通阻塞。

參考文獻

[1] 何明高.用計算機Matlab程序實現交通燈系統的反饋式自動控制[J].廣東機械學院學報，1989，7（1）：42-55.

[2] 王燦，何淳，吳亞龍，等.智能交通燈控制系統的設計和仿真[J].重慶工商大學學報：自然科學版，2009，26（1）：84-87.