基于云計算的“綠波帶”交通流分析

張曉祥　紀祥龍　祁華菊　陳伍　任香粉　石爽

摘要：隨著目前我國汽車保有量的持續不斷增加，我國公路的通行能力有著巨大的壓力。尤其是大城市中的市區部分以及較為繁華的地區。該項目提出一種建立在兩中心區的一條快速通道“綠波帶”，這樣可以極大的為人們出行節約時間，緩解交通壓力。

關鍵詞：綠波帶;交通流;云計算

中圖分類號： TP311? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）06-0218-02

1 國內外研究背景

國內研究情況：我國的綠波帶不僅在的理論分析方面取得了一定的成果，而且也在實際中多有應用，并且取得了一定的成功經驗。隨著一系列綠波帶相關技術在我國大城市中的實踐運用。例如，上海市得益于同濟大學等高校的地理區位優勢在信號控制這一方面始終占據領導地位，其在綜合利用自適應系統控制、聯動控制、固定信號配時這三種主流的模式相結合的方式下，能夠最大限度地適應市區各個不同區域的交通狀況條件，能夠有效地改善該區域的交通狀況緩解交通壓力。而北京最早在2004年就已經對全市各個區域1000多個道路交叉口的相應路口的交通信號實現了交通信號的控制，其逐漸發展成為由簡單的單個交叉路口的信號控制逐漸擴展到對全市主干線的交通信號協調控制的全方位覆蓋。與此同時，在去全國各特大型城市都在不同程度的采用了綠波帶相關技術，都有效地緩解了當地的交通壓力。由此而知，綠波帶及其相關技術在交通流優化方面起著至關重要的作用。

國外研究情況：在綠波帶技術發展的早期，其研究人員為了獲得最大的綠波帶寬，展開了大量而廣泛的技術驗證，其中由Little等人在研究中首次提出了最大綠波帶法（MAXBAND），該最大綠波帶法通過優先確定交通信號控制系統中的相位從而再去確定其最大的綠波帶寬度，在綜合利用相鄰交叉路口間距、交通信號綠信比、交通信號周期等參數進行混合整數線性規劃算法以此來調整整個交通干線各個交叉路口的相位差從而使得該路段的綠波帶寬度達到最大。而在Little的研究基礎上，MGartnerN.H等人又進一步提出了名為MULTIBAND的改進型的復合式綠波控制方法，該復合式綠波控制方法更進一步的添加了諸如車輛隊列消散時間、車流差異性、車輛左轉等因素作為參數以此來去適應不同類型的交通狀況與需求。當然，不同的研究人員以自己的專業知識和頭腦所采取了不同的切入點和結合各個學科領域內的不同理論輔助入手，從而使得現如今的交通信號控制理論的發展愈發豐富和豐滿，Cheng、Tian與Thomas等人就分別以模糊邏輯、系統分區技術與博弈論等理論工具切入設計出來了模糊控制系統、信號配時與協調控制并行算法等。

從國內外對綠波帶的研究來看，未來綠波帶必定是發展的大勢所趨。在未來解決人們的出行需求與道路最大運力之間的矛盾中起到十分重要的作用，并且國內外的綠波帶主要適用于主要的大城市，并未全面的推廣，因此如今對加強對綠波帶的完善建設使用其未來的市場是非常巨大的。

2 系統工作的原理

互聯網、云計算等相關技術覆蓋范圍及廣，涉及了計算機網絡、互聯通信、信息收集、信息轉換、信息傳遞、傳感器、多網融合等眾多技術領域。整個互聯網與云計算架構分為四層 ：

（1）輸出層主要是將在整個系統中所能夠采集的信號發射出來， 通過所測車流的輛數據通過無線傳播或者電信號等各種方式將信息傳送出來。

（2）接收層主要是解決信號數據的獲取問題，傳感器與處理層兩個方面。該層主要通過傳感器、控制器等對數據進行收集通過互聯網進行轉換過后形成我們所需要的信號。其關鍵技術是檢測技術、轉換技術以及距離上的通信不被干擾的技術。

（3）處理層主要解決信號的傳輸問題，通過如今較為常用的相關軟件對信號進行傳輸。并且在傳輸過程中通過云計算便對傳輸的信號進行分類管理，在傳輸過程中保持未定高效地傳播。其中較為關鍵的技術有WiFi、M2M、RIDF等相關技術用來進行數據的轉換傳輸。

（4）終端主要是將數據分析得到的最終結果通過電信號的方式與手機App進行連接，能夠將最終得到的結果傳送給車主，在第一時間得到道路上的情況，并且能夠通過綠波帶相關參數的變化做出相應的改變，能夠有效地避免長時間的堵車現象，實現綠波。

3 針對典型路段進行原始數據記錄與處理

圖3所示，綠波帶速度是車輛行駛軌跡的余切值，表示在干道上行駛車輛能夠順利通行各交叉口的平均速度，在大量收集的車流量數據后針對各個時間段的車流量進行分類。

當車流處于高峰期時，通過自組傳感器將相關數據傳送給計算機通過云計算得出合理的算法分布，用來控制交通信號燈的周期時長。確定綠波信號后，將相關的處理數據通過信號的形式發送到手機App，能夠讓車主第一時間得到相關信息。從而引導車輛進行疏散，減輕擁堵的區域和程度。做到實現交通的最優化，做到全線都為綠波帶。

當車流為平峰期時，通過自組傳感器將相關數據傳送給計算機通過云計算得出合理算法，判斷是否啟用綠波行駛，當滿足條件時發出綠波信號，反之則以道路自身的交通飽和流量來進行對車輛的運載。

當車輛流通為低峰期時，依據道路自身的交通能力便能夠完成車輛的行駛全過程。

4 應用前景

當前隨著我國汽車保有量的急劇增加，我國的交通壓力也不斷增加。根據近幾年我國經濟的發展狀況來看，我國的汽車數量還將持續增加。目前我國針對小汽車方面還沒有做到普及，這將進一步加大我國道路的交通壓力。因此如何能夠快捷迅速地減輕道路上的行車壓力是十分緊迫的，并且對于道路的修建都有明確的指令，因此想要道路的相關參數是不可行的。

因此我們只能對道路進行更加合理的規劃，傳統方面對道路的規劃是采用在道路上分派交通警察對道路進行管理以及對各個路口加入交通信號燈對來往的車輛進行制約。但是隨著近些年來的發展，這些方法都顯得無能為力，近幾年有人開始對交通信號燈的相關參數進行改變以達到高效利用道路的作用，并且也已經取得了一定的成績。但是對一個路口進行交通信號燈的優化配時對于整個道路的行駛并不會起太大的作用。因此我們采用針對某一路段的多個交叉路口進行交通燈的優化配時，這樣能夠讓行駛在這一路段的車輛能夠在經過每個路口時都會出現綠燈，形成一條綠波帶。

當然這一技術也已經出現并逐漸開始推廣，但是僅僅改變一條路的交通狀態也不能從本質上改變一個城市的交通狀況。因此我們團隊準備根據歷年來對于合肥市各個交叉路口的每天車流量圖通過云計算進行分析，計算出在何時何地的平均車流量及交通情況。然后將所分析得到數據傳送給計算機處理器，對其進行數據處理，建設整個城市的交通最大綠波帶圖。能夠實現交通擁堵嚴重地區的全線綠波狀態，針對擁堵狀態較輕地區采取針對高峰期進行綠波帶控制。通過對各個路段的系統分析得出不同路段、不同擁堵情況的綠波存在狀態，這一技術主要通過互聯網以及云計算等的具體技術進行支持。這樣便在很大程度上改善了城市的交通情況。并且這一模式可以推廣到全國各個地區都是適用的。

5 結論

建立一種可以適應不同道路級別的綠波帶， 通過交通流模型分析，以流量為參考要素的信號控制系統，改善道路的通行效率。

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【通聯編輯：李雅琪】