非单一因素影响下的交通信号控制方法分析

　　摘要：目前我国的交通信号控制特点多为单点信号控制，主线信号控制、区域信号控制不足；本文对交叉路口相位信号控制进行了研究，对各种情况下交叉口的车辆平均通行量作了综合分析。提出针对各个状况下的交通控制方法，并结合具体实例进行模拟仿真，得出了相关结果，而且进行了分析，研究的结果对实际应用有重要的参考价值。
　　关键词：非单一因素；交通信号；控制方法分析
　　引言
　　执行交通组织策略和交通控制是缓解交通压力的一种方法，在交通控制中，交叉口的信号控制十分重要。交叉口是车辆，行人聚集、转向和疏散的必经之地，居于城市交通网的核心位置。交叉口的通行能力控制着道路整条线路的通行能力，而且交叉口决定了城市路网的总容量。交叉口信号控制具备良好的可实施性，并且耗时短。我国近年来在信号控制方面的研究以及实践中交通信号控制的应用己经取得了长足的进步，城市交通效率相对提高，交通事故率比例逐年降低。如何建立一个精准有效的信号控制系统对于城市交通的管理有重要的意义。
　　1.交通信号基本概念与控制方法
　　1.1基本概念
　　交通信号控制系统是通过路边装置或设备，如交通信号灯、固定或可变信息标志板等，向驾驶员或行人显示控制信息，来达到对交通流进行时间分离和控制的目的。交通信号控制的基本原理，是以在道路上运行的车辆或行人为主体，通过事先人工调查或实时自动检测的方法，了解其变化规律或实时状态，在其基础上选取适当的控制方案(或控制参数)或联机生成控制方案(或控制参数)来控制信号的变化，去满足交通的需求。
　　2.2信号控制基本要素
　　相位是指交通节点单元在某个方向上的交通流(或几个方向上的交通流的组合)同时得到的通行权的时间带。当不同的交通流被合成在同一车道，那么他们必须在同一个相位被同时放行，然而如果它们分离在不同的车道，它们可以被陆续地放行。
　　周期对交通控制而言，信号灯从起始相位到终止相位所经历的时间称为一个信号周期。对于一个有效的信号控制，周期要足够长以至于适合所有相位上的关键交通流，但是不能太长。
　　绿信比周期确定后，根据相位的关键交通流量将可用的绿灯时间分配给每一相位，绿信比是指一个相位的有效绿灯时长与周期之长的比值。
　　绿灯时长实际绿灯时长是某一相位绿灯的实际显示时间，计算公式如下。但是由于绿灯起亮时，驾驶员有个反应时间，然后才能发动汽车，加速行驶汽车。随着车队的头几辆车的通过停车线，后面的车才以较高的流量通过停车线(通常认为是饱和流量)。
　　
　　其中：—有效绿灯持续时间；—实际绿灯持续时间—绿灯以后的补偿时间；—绿灯之前损失的时间。
　　饱和流量饱和流量作为一个基本的和宏观性的交通流指标，反应了信号交叉日处车流之间内在的特性
　　2.3通行能力
　　对于信号交叉口的通行能力，一般都是针对交叉口的某条引道而言的，对于某一引道的通行能力可以理解为在一定的交通条件、车道条件、信号控制条件下，引道上单位时间内通过的最大交通量。由于交叉口很少发生所有引道上在同一时刻达到饱和的情况，所以交叉口单个流向车流以一定效率通过交叉口的能力往往要比整个交叉口的通行能力更加重要。
　　2.4交通信号的控制方式
　　按照控制规模的大小，交通信号控制可以分为单交叉口控制、干线控制和网络控制。从单交叉口定时控制系统到网络范围的自适应控制系统，交通信号有许多不同级别的控制类型。具体概念此处也不多作说明。文章主要针对控制操作简要描述信号控制的不同方式。
　　2.5信号控制的评价指标
　　常用的交通信号控制评价指标由以下几种：延误时间、排队长度、通行量和停车次数等，相关概念这里就不多介绍了。
　　2.实例设计的仿真设计
　　为了有效地验证交通信号控制算法的优劣，使用实际中的信号交叉口和现场统计的数据进行仿真。选择某市明光桥附近一交叉口为对象，该交叉口为常见的十字交叉口，四路段均有左转弯交通流。道路状况如图1所示，选择一天的上午7点到晚19点为仿真时间段，真实数据如图2所示，各个方向上的转弯概率如图表1。
　　
　　图1路口道路渠化图2实时统计流量
　　表1转弯概率统计表
　　转弯概率（%） EAST WEST NORTH SOUTH
　　左转 15 16 3 12
　　直行 75 78 54 56
　　右转 10 6 43 32
　　3.结果分析
　　为了更直观地表达计算结果，每一个周期为一个小时，从13:00—19:00，可以分为7个仿真周期，在每一个仿真周期里，通过比较路口4个方向的平均延误来表明提出算法的先进行。图3为多因素模糊控制算法的平均延误，图4为普通模糊控制算法的平均延误。
　　从图3和图4中可以看出，在每一仿真计算周期，作者提出的方法与普通模糊控制相比，其改进效果并不明显，平均延误时间并没有明显改善。在天气恶劣条件下，当对向交通流不均衡比较频繁且满足相位优化条件时，仿真结果的差别较明显，特别是在峰期的时候，延误时间降低了12.49%，明显加快了车辆通过该路口的速度。
　　
　　图3多因素模糊控制算法的平均延误图4普通模糊控制算法的平均延误
　　结语
　　本文针对单个交叉口提出了基于多因素的信号优化控制算法。针对实际交通流的特点，并考虑行人和非机动车的需要，本文提出了一种基于多因素的模糊逻辑单交叉口信号控制算法，信号控制系统有两个模糊控制器组成即相位选择模糊控制器和相位转换模糊控制器。相位选择模糊控制器考虑了红灯等待车辆的最大排队长度，使之能够实时地响应交叉口所有路段交通流的动态变化，提高系统的鲁棒性能；考虑实际驾驶员和行人的心理，在保持原相位不变的前提下，模糊相位优化控制器将在绿灯延时的时间内根据交通流状态确定是否对当前相位进行优化。通过仿真证明，相位或相序的优化能够有效地提高交通信号绿灯时间利用率，从而增加了交叉口的通行量。
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