城鎮(zhèn)智能交通信號的控制系統(tǒng)設(shè)計論文

　　摘要：智能交通信號控制系統(tǒng)可以提高城市交通狀況和整體管理水平，該文研究了城鎮(zhèn)交通智能交通信號控制系統(tǒng)建設(shè)，以臺州玉環(huán)智能交通信號控制系統(tǒng)建設(shè)為例，闡述了該系統(tǒng)的主要特點、總體結(jié)構(gòu)、運行模式、智能控制機制等。

　　關(guān)鍵詞：智能交通；交通信號控制；控制機制

　　1引言

　　交通對城市的發(fā)展具有重要作用，交通信號控制系統(tǒng)是解決城市交通問題的關(guān)鍵，如何建立基于現(xiàn)代電子信息技術(shù)面向交通運輸?shù)闹悄芑�管理系統(tǒng)，是縮短城市道路交通延誤、降低交通事故、減少環(huán)境污染和燃油消耗的有效手段之一。要進(jìn)行一體化的交通綜合管理，交通信號控制系統(tǒng)正是實現(xiàn)城市交通智能化管理與控制的重要組成部分。隨著城市機動車出行率的大幅度提高，形成復(fù)雜多變的交通環(huán)境，這對交通信號控制的適應(yīng)性、智能化提出了更高的要求。本文結(jié)合臺州玉環(huán)交通樞紐工程智能交通管理系統(tǒng)的建設(shè)實踐，系統(tǒng)探討了智能交通信號控制系統(tǒng)的設(shè)計方案。

　　2系統(tǒng)概述

　　不同于其他智能交通系統(tǒng)常用的預(yù)先設(shè)定固定時間交通控制方案，本文提出的交通信號控制系統(tǒng)采用有效自適應(yīng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)算法包括交通自適應(yīng)控制算法、感應(yīng)控制算法、行人二次過街算法等。自適應(yīng)控制算法能夠根據(jù)車輛檢測器收集的信息，比如車流量、時間占有率和車輛速度，實時調(diào)整路口信號機信號配時參數(shù)，即周期、相位差和綠信比。即交通自適應(yīng)控制算法是基于路口信號機的實際的控制參數(shù)做小而頻繁的優(yōu)化，形成適合于實際交通狀況的控制方案，以滿足路口交通控制的需求。系統(tǒng)主要特點表現(xiàn)為：先進(jìn)性、成熟性、實用性、可靠性、兼容性。

　　3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　交通信號控制系統(tǒng)共分為三級：中心控制、區(qū)域控制、路口控制。結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。1)中心控制要完成交通信號控制中心系統(tǒng)內(nèi)的通信，完成對交通數(shù)據(jù)的采集和優(yōu)化計算。實現(xiàn)中心控制與綜合管理軟件的通信，接收及執(zhí)行管理軟件的管理和控制指令，同時向管理軟件發(fā)送相關(guān)交通狀況信息。交通控制系統(tǒng)的操作人員與本系統(tǒng)的交互接口。存儲交通控制系統(tǒng)的所有數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的安全可靠。2)區(qū)域控制負(fù)責(zé)控制子區(qū)范圍內(nèi)各路口交通流量采集、實時狀態(tài)采集、統(tǒng)計查詢?nèi)蝿?wù)、信號機事件采集、交通數(shù)據(jù)預(yù)測任務(wù)、控制子區(qū)系統(tǒng)優(yōu)化、信號機自動對時。正常情況下，信號系統(tǒng)由中心進(jìn)行交通優(yōu)化控制。當(dāng)控制中心與區(qū)域控制之間的通信鏈路發(fā)生故障時，相應(yīng)的區(qū)域控制機將取代中心對本轄區(qū)內(nèi)的信號機進(jìn)行優(yōu)化控制，避免通信故障引起全系統(tǒng)范圍的優(yōu)化降級。3)路口控制主要包括信號機、車輛檢測設(shè)備（線圈檢測器等）等。路口交通信號機及檢測器采集路口各檢測器提供的實時交通數(shù)據(jù)并加以初步分析整理，通過通信網(wǎng)絡(luò)傳送到上層控制機，用以調(diào)整配時方案；接收上層控制機的指令，控制本路口各個信號燈的燈色變換；在實施自適應(yīng)控制時，根據(jù)本路口的交通需求，自主地控制各入口信號燈的.燈色變換。信號機與信號控制系統(tǒng)采用國標(biāo)通信協(xié)議�？刂浦行膬�(nèi)部的所有機器以局域網(wǎng)形式相連，采用的協(xié)議為TCP/IP。中心控制機安裝中心控制服務(wù)、數(shù)據(jù)處理服務(wù)、優(yōu)化和預(yù)測服務(wù)、遠(yuǎn)程通訊服務(wù)、平臺接口服務(wù)。并可選安裝GPS接口服務(wù)、CCTV接口服務(wù)、交通誘導(dǎo)接口。實現(xiàn)整個信號系統(tǒng)的通訊、實時數(shù)據(jù)處理、監(jiān)視、控制和數(shù)據(jù)存儲。

　　4區(qū)域控制機制

　　1)系統(tǒng)軟件具備對燈控路口進(jìn)行子區(qū)劃分的功能，交通應(yīng)用軟件能控制800個子區(qū)，每個子區(qū)5～10個路口，每個子區(qū)都有數(shù)字編碼。子區(qū)劃分的原則：相鄰路口之間距離較近（一般在500米以下）；交叉口的小時流量規(guī)模相近；路口的飽和度相近；路口的交通狀況類似；路段中間分支較少且不存在交通源。2)系統(tǒng)能夠按照定周期方案運行，定周期方案包括下列內(nèi)容：子區(qū)數(shù)；路口編號；定周期方案數(shù)；周期時長s；綠信比數(shù)值；相位差；最大綠燈時間；最小綠燈時間；間隔時間；除了上述內(nèi)容外，系統(tǒng)的定周期方案還包括：相位參數(shù)；相位相序；通道表，即相位與信號燈組的對應(yīng)關(guān)系表；時段表，每天不同時段執(zhí)行不同的控制方案；方案調(diào)度表，一年中每天執(zhí)行不同的時段方案。3)信號機與控制中心通信正常的情況下，系統(tǒng)能夠通過客戶端修改控制參數(shù)，并更新數(shù)據(jù)庫中定周期方案，包括正在運行的方案的周期長度，綠信比和相位差。這種方案的更新和修改不影響路口信號機的運行。4)系統(tǒng)控制的每個路口的定周期方案為108個，能夠通過調(diào)度表和人工選擇調(diào)用，實現(xiàn)路口的合理控制。系統(tǒng)控制的每個路口定周期方案的輸入都是獨立的，相互不干擾，這樣有利于用戶為每個路口的設(shè)置不同的周期長度、綠信比和相位差。

　　5自適應(yīng)協(xié)調(diào)控制機制

　　1)系統(tǒng)為自適應(yīng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)算法包括交通自適應(yīng)控制算法、感應(yīng)控制算法、行人二次過街算法等。自適應(yīng)控制算法能夠根據(jù)車輛檢測器收集的信息，比如車流量、時間占有率和車輛速度，實時調(diào)整路口信號機信號配時參數(shù)，即周期、相位差和綠信比。即交通自適應(yīng)控制算法是基于路口信號機的實際的控制參數(shù)做小而頻繁的優(yōu)化，形成適合于實際交通狀況的控制方案，以滿足路口交通控制的需求。2)最大限度提高交通信號網(wǎng)絡(luò)的效率，并將配時方案的維護(hù)工作減少到最少。系統(tǒng)采用的是自適應(yīng)交通信號控制系統(tǒng)，系統(tǒng)的自適應(yīng)控制算法說明如下：系統(tǒng)軟件的算法是：根據(jù)區(qū)域?qū)崟r檢測的交通信息：包括交通流量（PCU）、車輛時間占有率、車輛速度（m/s）等，利用交通信號控制優(yōu)化模型：周期時長優(yōu)化模型、綠信比優(yōu)化模型和相位差優(yōu)化模型，以減少車輛延誤、停車次數(shù)為目標(biāo)，對交通信號控制三元素：周期時長、綠信比和相位差進(jìn)行優(yōu)化，從而得到區(qū)域優(yōu)化控制方案。3)系統(tǒng)的算法是實時自適應(yīng)控制算法，根據(jù)路口的交通信息實時調(diào)整控制區(qū)域內(nèi)信號機的控制方案。系統(tǒng)不是一種方案選擇式的控制系統(tǒng)，方案選擇系統(tǒng)是根據(jù)當(dāng)前檢測的交通信息與預(yù)先設(shè)定的方案進(jìn)行匹配，選擇設(shè)定的配時方案。4)系統(tǒng)的算法能夠臺州玉環(huán)街道網(wǎng)絡(luò)地理特點，合理的劃分子區(qū)，最大成都的實現(xiàn)整個區(qū)域的自適應(yīng)協(xié)調(diào)控制，以實現(xiàn)均衡區(qū)域交通流，減少停車次數(shù)、車輛延誤及環(huán)境污，系統(tǒng)子區(qū)劃分的原則為：相鄰路口之間距離較近；交叉口的小時流量規(guī)模類似；路口的交通狀況相似；路口的飽和度接近；路段中間分支較少。

　　6交通信號控制的運行模式

　　系統(tǒng)除了能夠?qū)崿F(xiàn)區(qū)域自適應(yīng)協(xié)調(diào)控制外，還能實現(xiàn)區(qū)域控制、線協(xié)調(diào)控制和單點控制等等。利用各種新技術(shù)，為交通管理者的使用和決策提供更多、更靈活的手段。系統(tǒng)可以在以下的模式下運行：聯(lián)機模式是完全自適應(yīng)控制，實現(xiàn)完全實時的交通響應(yīng)運行；系統(tǒng)也可以獨立模式運行，此時可做車感控制或定時控制；當(dāng)出現(xiàn)通信中斷等故障時，系統(tǒng)能夠降級為無電纜線協(xié)調(diào)控制方式或進(jìn)一步降級為單點優(yōu)化控制、單點全感應(yīng)控制方式、單點半感應(yīng)控制方式、多時段定時控制、黃閃控制和關(guān)燈控制。

　　7結(jié)束語

　　城鎮(zhèn)交通信號控制統(tǒng)是智能交通領(lǐng)域的一項重要研究內(nèi)容，它可以與其他智能交通系統(tǒng)有機結(jié)合，實現(xiàn)城市交通的數(shù)字化、信息化、智能化管理。本文提出基于自適應(yīng)控制算法的交通信號控制系統(tǒng)，可以有效應(yīng)對臺州玉環(huán)交通的實時變化，提高交通流動的控制效率。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]宋輝,鄭國旋,嚴(yán)萍.深圳市智能交通信號控制系統(tǒng)[J].中國公共安全:智能交通,2023(8).

　　[2]曾娜等.城市交通樞紐智能信號控制系統(tǒng)設(shè)計[J].信息與電腦,2023(5).

　　[3]黃晶晶,陶元芳.智能交通信號控制調(diào)控策略探討[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化,2023(5).

　　[4]薛連斌.城市智能交通信號控制系統(tǒng)分析[J].中國新通信,2023(9).

　　[5]任曉莉.基于無線傳感器網(wǎng)的智能交通信號控制設(shè)計[J].電子設(shè)計工程,2023(7).

　　[6]周浩.交通燈智能配時模型算法的研究[D].昆明理工大學(xué),2023.

　　[7]孫愛娜.城市路網(wǎng)交叉口檢測器布設(shè)優(yōu)化方法研究[D].大連海事大學(xué),2023.