交通信号控制多关键路口优化技术

2012-06-29 15:15:59 来源：作者:赵永进袁建华评论：人

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　　资助项目：国家高技术研究发展计划（863计划课题2006AA11Z229"新一代智能化交通控制系统技术"、863计划课题2006AA11Z207"智能化交通控制系统测试与论证平台技术框架研究"）

　　专利技术：交通信号控制系统多关键路口优化技术（2007100240518）

　　一、背景技术

　　交通信号自适应控制系统可根据车辆检测器提供的实时交通信息，自动改变或调整红绿灯配时方案，对道路网络进行自适应协调控制。控制系统是以子区为基本控制单元的。子区是为获得控制路口的信号协调而将一些相关路口（可以是单个路口）组成的集合，SCATS系统的子区包含1至10个控制路口，SCOOT系统的子区包含1至数十个控制路口。为实现子区信号协调控制，子区包含的控制路口必须采用相同的红绿灯信号周期即公共周期或某些交通流量小的控制路口可采用一半的公共周期。一个子区定义且只定义一个关键路口，或预先指定，或自动选择子区内交通流量比最高的控制路口为关键路口，关键路口的最佳信号周期即是子区的公共周期，如图1所示。在自动选择情况下，由于关键路口的交通流量比最大，所以关键路口的最佳信号周期往往也是最大的，这样子区的公共周期采用的是子区内所有控制路口的最大的最佳周期，而当子区内其它控制路口按大于其最佳周期的公共周期运行时，就会引起无车空放等绿灯浪费现象，周期偏差越大，绿灯浪费就越严重，交通控制效率就越差。

　　在对道路网络和交通流已趋稳定、分布比较均衡的子区进行协调控制时，由单个关键路口确定子区信号协调控制公共周期的技术较为适用，此时子区内关键路口的最佳信号周期即公共周期只不过比其它控制路口的最佳周期或两倍的最佳周期稍大一些，其它控制路口因运行公共周期或一半的公共周期而导致的无车空放绿灯浪费程度就较轻，控制效率也较高。在对道路网络和交通流都处于迅速发展、分布不均衡的子区（我国道路交通尤其具有这个特点）进行协调控制时，由于子区内各个路口的交通状态相差较大，子区内关键路口的最佳信号周期即公共周期可能会明显大于其它控制路口的最佳周期或两倍的最佳周期，这样其它控制路口因执行公共周期或一半的公共周期而导致的无车空放绿灯浪费程度较严重，控制效率不高。

　　二、交通信号控制多关键路口优化技术

　　正在开发的新一代智能化交通控制系统采用了交通信号控制多关键路口优化技术。设想在子区内由交通流量比较高的N个控制路口构成关键路口群来共同确定子区的公共周期。在计算子区协调控制的公共周期时，每过一个时段都要对子区内所有控制路口的交通流量比进行自动排序，排名前n个控制路口入选关键路口群，交通流量比最高的控制路口是关键路口，其余n-1个流量比较高的控制路口即是准关键路口，如图2所示。综合考虑样本的代表性和计算工作量，基于下述原则来确定关键路口群的样本量：假设子区内控制路口数为N，那么样本量n=N/3取整，小数位四舍五入。

　　在进行子区协调控制时，可视实时交通需求采用不同的公共周期计算策略。如果关键路口的交通流量比达到阈值Y2 以上时，为了避免关键路口陷入局部交通瘫痪而可能导致子区整体瘫痪的不利局面发生，将关键路口的最佳周期也即子区内所有控制路口的最长周期选定为公共周期。如果关键路口的交通流量比达到阈值Y1以上、但低于阈值Y2时，子区的公共周期即C0=(Cm+(C1+C2+…+Cn-1 )/(n-1))/2（其中Cm代表关键路口的最佳周期，C1、C2、…、Cn-1分别代表准关键路口1、2、…、n-1的最佳周期）取整，小数四舍五入，通过适当降低公共周期来提高整个子区的控制效率；如果关键路口的交通流量比低于阈值Y1 时，子区的公共周期即C0=(Cm+C1+C2+…+Cn-1)/n取整，小数四舍五入，可更大程度地降低公共周期来进一步提高整个子区的控制效率。

　　三、案例分析

　　（一）条件假设

　　使用一个由8个控制路口构成的子区的协调控制案例来阐述本项技术。假定子区由控制路口A、B、C、D、E、F、G和H组成，每个控制路口都是二相位控制，交通流量比阈值Y1=0.7，阈值Y2=0.85。

　　在某二个时段，各控制路口每个相位的交通流量比如表1给出。