十字路口交通道路仿真系統

王婷堯

【摘要】十字路口的交通情況相比于普通道路普遍較為復雜，而且在不斷地動態變化，所以如何處理十字路口的交通問題一直以來是交通上的重要課題，研究十字路口的交通控制方法對于降低交通事故率，提高人們日常交通效率有著重大意義。

【關鍵詞】十字路口 交通 控制

【中圖分類號】TP273.4 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）24-0295-01

近年來，交通堵塞狀況越來越頻繁，對于交通流量的監測，對于十字路口的控制，對于交通資源的合理使用成為了二十一世紀一個重要的課題，在科學技術日益發展的今天，交通工具不斷大眾化，城市公路上的私家車隨處可見，造成了十字路口交通擁堵現象，甚至發生交通事故，于此，對于城市道路交通，十字路口交通控制的改善就顯得愈發重要。

SUMO是一款開源的，連續的交通道路仿真的軟件，由德國宇航中心開發，雖然目前國內使用不多，但是仍然是一款極其適合于交通仿真研究的軟件，該軟件能夠很好的還原城市道路交通情況。

目前的十字路口交通燈控制系統多采用靜態的交通燈程序，而且為單一交通燈程序，不具有普遍性，可能導致出現交通資源的浪費，時間的浪費，因此，合理根據情況改變交通燈控制程序就顯得刻不容緩，為此，有必要進行對車輛流量的監測，以及根據情況改變交通燈程序，設計出不同的算法，適應不同的環境，本次限于時間和經濟原因，只能探索其可能性，并不能真正實現對交通燈系統完全智能動態控制。

一、交通燈程序算法

采取增加綠燈時間的方法來讓更繁忙的道路能夠充分利用道路資源，而在那些不是很繁忙的路段采用降低綠燈的時間來讓更繁忙的道路優先運輸，這是基本的思路。

這個思路比較簡單易懂，總之就是車多的路段綠燈時間長，反之綠燈時間短，紅燈時間長，可以按照流量的比例分配時間，比如如果南北向的流量是東西方向的二倍，那么南北向綠燈時間就可以設定為東西方向的二倍，而紅燈時間是二分之一。

因為道路交通狀況是時刻改變的，所以不只編寫一次程序，要根據道路情況進行程序的切換，所以要準備多種算法不斷進行切換。

這種方式屬于比較死板的方法，只通過準備一些固定的程序進行切換，為此需要對城市道路交通狀況作出各種各樣的假設，想到盡可能多的情況，或者說測量到盡可能多的數據，準備盡可能多的程序，并且不斷針對可能出現的新情況不斷增加新的交通燈程序，執行起來一定是費時費力的，實際上更好的方法就是能靈活地改變交通燈程序本身，利用別的程序調用接口根據情況改變交通燈程序本身，這種情況只憑借SUMO恐怕是很難做到的，畢竟XML不屬于執行語言，只是一種描述的方式，可以使用C，C++，JAVA等，這里因為水平有限，無法做到這么靈活，同樣無法進行大數據的整理，更不可能去做什么道路車流量監測就是了。

所以只打算做兩個交通燈程序進行切換，來表明這種方法是可以實現的，設定兩種車輛流，一種是南北方向流量大的，一種是東西方向流量大的，因為我們模擬的場景只是一個十字路口，只存在這兩種方向，所以只是設定了這兩種車流，至于比例設定的比較極端，這樣更加明顯，實際應用的時候可以根據實際情況進行調整，然后據此將紅綠燈設定，跟前邊所講述的方法一樣，該方向車輛比較多的時候就采用綠燈時間增加的方法，該方向車輛比較少的時候，采取減少綠燈延長紅燈的方法。

二、編寫交通燈程序

算法明確了之后就可以編寫交通燈程序了，根據之前的車輛的流定義文件，打算在南北方向編寫一個綠燈比較長的程序，交通燈程序同樣是一個XML文件，其中一個子元素可以認為是一個相位，一個相位指的是一個交通燈狀態，一個交通燈狀態的意思是說，在這段時間內，所有交通燈狀態按照該相位所描述分布，為了描述方便，可以進行交通燈編號，前邊建立地圖文件有提及，南北向是5個交通燈，東西方向是4個交通燈，所以一個相位的信號一般是5454，下面介紹交通燈程序各個屬性。

寫好了交通燈程序之后就是要考慮進行交通燈程序的切換了，很簡單，SUMO為我們提供了這樣的功能，將交通燈程序和切換程序放在同一個XML文件里面。

三、編寫配置文件

仿真要運行，需要編寫一個配置文件，仿真既不接受地圖文件也不接受車輛模型文件，當然更不接受交通燈程序了，所以實際運行的是一個調用這些文件的配置文件cfg格式，就像C里邊的主函數一樣，會調用其他文件所定義的各種各樣的函數，這里的配置文件就起到這個作用，將所有文件整合出來，調用執行，編寫如下配置文件，其中文件路徑要根據自己文件的實際路徑編寫。

四、結論以及展望

根據交通狀況適當地切換交通燈程序，從仿真結果來看，沒有造成大量車輛堵塞的情況，這說明合理改善交通燈程序有助于交通疏導，緩解交通堵塞，大量汽車滯留現象，這樣的方法確實有一定的可行性，但是于此同時也有很多不足，本文中只實現了一次交通燈程序的切換，如果想要將這種方法使用在實際的十字路口，已經各種各樣的路口，相信需要非常多的程序進行切換，并且需要實時監測道路上的狀況，最好是能通過網絡服務器，將道路的狀況實時上傳的服務器端，然后根據實際的情況執行不同的程序，這樣的方式首先大量的交通燈程序需要耗費大量的資源，甚至可能需要數據庫來維持，成本很高，并且使用服務器監測需要普及客戶端設備，普及設備也是需要耗費巨大成本，現實生活中已經慢慢開始對車輛進行監測，但是仍然不夠普及，這方面還需要慢慢發展。

而在本次仿真實驗中，沒能實現SUMO和網絡模擬器NS3的連接，非常遺憾，沒能實現本來基于車車通信的目的，實在是迫于時間有限以及資料的缺失，所以只是做出了這樣一個切換程序，來實現了對十字路口的一個略微靈活的控制，更進一步的控制必然需要通過其他的方式來完成。

如果能夠實現動態的交通燈程序那么是最好的，首先，我們需要監測道路的流量情況，這點在SUMO中使用dfrouter探測器工具便可以實現，并且需要將監測器的數據實時上傳服務器端，這點可以使用SUMO連接NS3或者其他網絡模擬器，使用TracI協同使用SUMO和NS3，將數據實時上傳，就可以做到隨時獲得最新的數據，然后根據數據編寫算法，動態的改變交通燈程序，或者說根據情況編寫一個動態的交通燈程序，利用python調用SUMO的api接口然后通過其他可執行語言進行交通燈算法的編寫，實現動態交通燈程序，具體方法沒有嘗試過，如果希望能夠做出真正靈活的，動態的，基于車車通信的交通燈控制程序，相信這些都是可以研究的。

并且我們希望能夠取代這樣的交通燈，通過車車通信，實時發布指令，通過私人終端通信，根據現場情況可以決定是否通過，并且決定優先級，根據優先級決定先后順序，但是這樣的方法一來終端難以普及，二來需要人們的自覺性，出現事故之后責任追究更加復雜，所以未來會如何發展還需要人們不斷努力鉆研。