基于合理配時評估的交叉口信號燈管理系統

張曉云 崔明銳 王磊 孫立鵬

摘要：交通信號燈在城市交通管理中起著重要的作用。隨著城市迅速的發展，市區交通狀況日益嚴峻，對交通信號燈配時系統提出了更高的要求。傳統的交通配時系統主要關注一個特定路口的幾何形態，孤立考慮單個路口的配時問題，缺乏區域解決問題的理念。本文以GIS技術為依托，利用廣州市天河區道路交通流量作為實踐數據，建立一個區域性的信號燈配時系統。該系統能對區域中交叉口進行配時，對現有的方案以及計算得出的方案進行評估并存儲交通數據，并以可視化的方法呈現配時結果供用戶分析。

關鍵詞：交叉口;信號燈配時;地理信息系統

引言

傳統的交叉口配時系統，一般利用道路的幾何平面數據與交通流量信息為輸入信息，雖然這類系統能夠針對一個交叉口進行十分詳盡精確的配置，并提供一些基本的模擬功能。但是往往只注重了局部、對路口與路口之間、路口與地理事物之間的聯系多有忽略，缺乏整體性和系統性考慮問題，也導致交通配時模型中難以反映實際交通狀況，整體配時效果不明顯。

1.系統設計原理

系統最核心要解決一下若干個問題：

（1）根據一個交叉口的車流量，進行交通信號燈配時。并根據廣州市天河區的實際狀況，對這種配時方法進行修正。

（2）根據配時方案，對當前路口的交通狀況進行評估。

（3）根據各個路口的評估方案，對區域整體的交通狀況進行評估

本系統采用如下的指標來評估一個配時方案的優劣：

道路通行能力（CAP）：CAP為在一定紅綠燈配時方案之下道路的通行能力。由于加入了紅綠燈，在信號控制交叉口，車輛只能夠在有效綠燈時間內通過停車線。所以反映一個道路進口的某個方向的通行能力需要用CAP來表示。CAP=該方向的綠信比乘以飽和流量。

飽和率：如果以網絡流的觀點來觀察車流，交通燈口就相當于一個控制網絡流量的節點，定時把流往其他方向輸送。飽和率就是網絡流圖邊上的飽和百分比（實際流量/最大流量）。在實際交通數據中，飽和率有可能大于1，說明此時道路十分擁擠。可以認為飽和率是在有信號燈的前提下的流量比。

平均每周停車次數：一個配時周期之中，車輛在信號燈前面停下來的次數。用于反映交通口的通行順暢情況。

排隊長度：用于評估在交通口之前各個轉向的車輛排隊的長度。

延誤：延誤是由于信號設置，一輛車在交叉路口可能耽誤的時間的數學期望值，單位為秒。本模型中算出來的是理論值，可能會與實際情況有所出入。

2.系統總體設計

本系統是基于.NET 的Win32的單機應用程序。在Windows 7下，基于ArcEngine組件，使用Visual Studio 2008開發平臺，結合C#語言與.NET Framework 3.5進行開發。系統采用Access作為Geodatabase的載體，使用ArcEngine的相關數據庫函數與ADO.NET對數據庫進行操作。

3.數據庫設計

系統數據庫主要由兩部分組成，一部分是交通信息數據庫，主要存貯天河區的道路、交叉口和行人點等幾何信息及其屬性。一部分是配時數據庫模塊，存儲交叉口的配時方案，配時方案的評價信息。以及一些預定義的相位組合方案。

本系統的數據庫使用Access MDB格式的Geodatabase進行存儲。

4.功能模塊實現

4.1 交通數據瀏覽

在本系統中，用戶能夠以幾何形式查看整個天河區的交通路網信息。用戶可以通過屬性查詢幾何數據，也可以通過在地圖上點選要素，來查看要素屬性，實現GIS的最基本功能，使用戶對整個區域的交通狀況有一個基本的了解。

4.2 交通數據管理

用戶能夠對每個道路的信息進行修改。例如，為路口增加一個進口方向，改變該方向的屬性（例如行人過街信息，車流量，車道配置等等）。此外，軟件會對用戶給出的數據進行檢驗。如果用戶輸入過大的車流量數據，或者沒有輸入數據，那么系統會提示用戶數據有誤，在用戶修正數據之前不會保存數據。

4.3配時與方案評價模塊

根據用戶給出的交通流量信息，加上行人影響點對交通路口的影響，根據現有配時算法以及本系統所作的若干修正，進行配時。

4.4配時方案管理

用戶可以根據時段，對天河區整個路網的所有十字路口進行配時。并會返回各個路口的配時結果，成功、缺失數據或者失敗。可以選擇把所有的配時方案保存在數據庫之中，或把數據庫中所有的配時方案刪除。

4.5總體交通狀況分析

系統能夠分時段地匯總天河區整個區域的交通狀況，把交叉口配時中最重要的指標延誤的分布反映到地圖之中。并提供基于延誤的匯總功能，使用餅狀圖顯示各種服務水平的路口占所有路口的百分比，在列表框之中顯示數量。讓用戶對整個區域的交通狀況有一個了解。

用戶可以在地圖上查看某個路口四個進口道的交通流量，來了解整個路網交通壓力。每次用戶需要查看車流量和流量比之前，系統會對交通數據進行匯總，存貯到數據庫之中，然后在地圖上使用一個小組件顯示。

5.結束語

綜上所述，本系統彌補了傳統配時系統的不足。傳統的配時系統只能夠針對一個路口進行配時，關注的僅僅是一個路口的車流量以及該路口的幾何形態對信號燈配時的影響。而本系統不僅僅關注這些因素，還額外考慮到其他地理因素。在本系統中主要考慮的是行人影響點對交通配時的影響。傳統的配時系統僅僅具有配時功能。其分析功能也僅僅局限于展現一些交通參數。而本系統則是結合了GIS，把配時方案的分析參數以地圖的形式展示在用戶面前。

本系統軟件使用標準的Windows界面表達視圖，組件位置安排合理，簡潔大方，簡便易用。本系統對計算機軟硬件要求不高，易于推廣。此外，在軟件編碼設計之中，界面中相當一部分的組件是應用控件數組生成的，使界面的編碼工作量大大減輕，可維護性得到提高。以GIS技術為依靠，本系統不僅能夠為自動區域交叉口信號燈進行統一配時、分析，還實現了交通配時信號數據的存儲管理。因此，本系統對輔助交通行業專業用戶解決實際交通問題有一定的實際意義。

參考文獻：

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