信號機交叉口單點自適應控制設計

陳冰

摘要：在低峰小流量的交通狀況下，進行感應控制最大限度的降低通過平交路口的車輛停車次數，減少路口因空放而引起的相位時間損失；在平峰欠飽和的交通狀況下進行單點自適應控制對配時方案的不合理進行小步長修正；在高峰飽和的交通狀況下，通過大周期的固定周期配時最大限度的發揮道路的通行能力；當交通流達到過飽和擁堵狀況，通過人工干預可以對交通流進行快速疏導。

關鍵詞：單交叉口；自適應；控制中心

中圖分類號：TP273+.2 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）11-0022-01

1 系統構成

在特定的交通狀態下合理使用單點自適應控制策略，能夠大大最大限度減少車輛停等發揮道路的通行能力。自適應控制系統由交通流量采集設備、交通信號控制機、中心控制軟件三部分組成。通過交通流數據采集、交通數據分析、交通配時優化、交通控制信號輸出等四個流程，形成一個完整的閉環系統，最終實現交通信號配時優化。

準確的交通流量檢測為合理的交通信號控制提供數據基礎。本方案采取戰略檢測、感應檢測相結合的檢測方式。戰略檢測器設置于關鍵交叉口的各方向臨近路段，可以有效檢測路段流量、速度、時間占有率等參數，為交叉口各進口放行交通狀態的判別、預測提供依據。根據戰略檢測器的流量數據，中心控制軟件可以根據交叉口各進口的交通量計算出交叉口當前的飽和度，指導信號機選擇合理的控制方式。感應檢測器設置于交叉口靠近停車線位置，主要在信號機實施感應、自適應等控制方式時起到車輛到達觸發的作用；同時由于感應檢測器布設在距離停車線不遠的進口道處，在此處交叉口已經進行了渠化處理，車輛不能隨意換道，可以準確的檢測直行、左轉和右轉車輛的流量及比例，也為自適應控制模式下綠燈時間的合理分配提供依據。

2 控制策略

2.1 交通組織方案

受到道路通行能力的限制，交通流量與占有率之間會一定的對應關系，中心控制軟件的“交通分析模塊”利用戰略檢測器實時采集的交通流數據，通過這種對應關系評判當前的交通狀況、對配時進行調整。根據流量-占有率曲線的特性，系統將交叉口各方向的交通狀態評判為低峰、平峰、高峰、擁堵四個等級，同時對信號機配時作出相應指導。低峰：使用感應控制方式，該控制方式可以在保證安全的前提下，使單個車輛快速通過路口，有效減少停車等待時間。平峰：使用自適應的交通信號控制方式。這種控制方式可以在保證安全的前提下，通過對當前交通流狀態的分析，確定各個方向交通流對路權的需求，合理調整配時方案，達到對路權的合理分配。高峰：使用大周期定時式交通信號控制方式及上下游協調控制方式（如上游限流）。增大周期可以有效的降低黃燈、全紅以及車輛啟動時間在單位時間的比率。擁堵：使用預案式人工干預的方式，建立起疏導通道，在臨時降低或犧牲某些方向的通行能力的情況下，引導車流按指定方向前進，到達緩解交通壓力的目的。

2.2 單點定自適應控制

在路網負荷由低峰向飽和變化時，有一段上升過渡期（飽和度在0.3-0.8之間），在這段時間里交叉口車流量明顯增大，且在各個小時段、各個方向上變化不均勻、沒有規律。在這種中等飽和度狀態下通過單點自適應控制方式合理調整配時方案，可以有效的利用綠燈時間，增大路口通行能力，減少綠燈時間浪費。信號機的自適應算法特點是多層次、抑制擾動。整個自適應控制分為感應式調整、預估性優化兩個階段。感應式調整是在針對暫時的交通需求變化，對當前信號周期的綠信比、周期長度作出立即調整；預估性優化是根據一段時間內對交通需求的統計分析，對后續信號周期采用的小步距的方式調整各階段綠燈時長，優化間隔通常在10-15分鐘。通過這種方式即能應對突發性交通需求、又能適應規律性的交通變化，同時也能夠抑制突發性交通需求帶來的數據擾動。

（1）感應式調整階段：自適應控制開始運行的最初按照基礎配時方案放行。當階段綠燈遞減至最短綠燈時，根據關鍵相位車輛在檢測區的感應間距判斷是否進行綠燈延長，當關鍵相位車頭時距小于單位延長時間（即關鍵相位仍有持續交通需求），信號機會將階段綠燈時間增加一個“延長綠燈時間”，但每個階段累計增加的綠燈時間不能超過設定的“階段延長上限”，直至階段最大綠燈。當關鍵相位車頭時距大于單位延長綠燈（即關鍵相位無持續交通需求）、本階段增加綠燈已達到階段調整上限、階段綠燈時間已到達階段最大綠等三個條件滿足其一時，信號機會結束本階段綠燈放行將放行權交予下一階段。在階段綠燈結束時，信號機將計算并存儲本階段綠燈占有率、階段綠燈調整秒數。

（2）預估性優化階段：預估性優化是在感應式調整的基礎上進行的，主要調整依據就是感應式調整期間記錄的各周期各階段綠燈占有率、階段綠燈調整秒數，優化內容為階段基礎綠燈，優化通常間隔為10-15分鐘。優化需要設置的參數有：優化間隔（分鐘）、階段優化上限、階段遞減步長、階段最短綠。當時間到達優化間隔點時，系統會對優化間隔期間的N個周期數據按放行階段進行統計，并分析每個階段綠燈的變化趨勢作為優化的依據。判斷階段綠燈變化趨勢的依據是“階段綠燈調整秒數”、“階段綠燈占有率”兩個參數。由于系統進行感應式調整只做加秒，“階段綠燈調整秒數”直觀的反應了各放行階段流量增長的趨勢。但當流量逐漸遞減時，就需要通過“階段綠燈占用率”來評估了。“綠燈占有率”可以直觀表示出當前的階段綠燈利用率，如果綠燈占有率較低，就說明當前的階段綠燈時長過大、無車空放時間過長，需要縮短。

3 交叉口方案實施

3.1 交叉口交通狀況調查及評估

對交叉口的通行能力評估，采用HCM方法來確定。中心控制軟件利用戰略檢測器實時采集的各進口交通流數據、結合當前信號配時即可計算出當前交叉口的飽和度，從而指導信號機合理選擇控制策略及進行配時優化。

3.2 車輛檢測器建設

為保證交叉口控制方案實施有準確的數據基礎，需在交叉口安裝戰略檢測器及戰術檢測器。戰術檢測器安裝在各方向車道停車線位置，主要提供車輛壓占信息、及檢測進口道各流向的流量比例、相位綠燈占有率、車流流量等。戰略檢測器檢測數據包括車流流量，速度、時間占有率等，為整個系統的控制策略確定提供依據。依據實際檢測器數據，系統可以對路段交通狀態進行判別及預測。endprint

3.3 交叉口基本配時

建設初期建議交叉口仍采用時間表工作方式，根據交叉口全天交通流變化特點合理劃分時段，根據不同時段的交通特點采用感應、單點自適應、定周期等不同控制策略；待戰略檢測器安裝并積累一定交通數據后，建立完整的數學模型，最終實現中心控制軟件實時分析交通數據、評價交通狀況、動態調整交叉口控制策略。

4 結語

交通信號控制系統的本質是通過對路口信號燈的配時控制，解決路口不同交通狀態下對各個方向交通流的路權分配問題。本文針對實際案例進行詳細的交通特征分析，交通配時組織，具有實際應用價值與研究意義。

參考文獻

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Abstract：Under low traffic and low traffic conditions， inductive control can minimize the number of vehicle stops passing through the level crossing and reduce the time loss caused by freeway at intersections. When the peak level is less saturated， Adaptive control of the timing program unreasonable small step correction； peak traffic conditions in the saturation， through the cycle of fixed cycle time to maximize the road capacity； when the traffic flow to reach the state of over-saturated congestion， through the Human intervention can quickly divert traffic flow.

Key words：Single intersection； Adaptive； control centerendprint