一種多相位感應(yīng)控制的配時方案設(shè)計

摘要：感應(yīng)控制是城市交通信號控制的重要方法之一，特別適合于交通流量不大但隨機波動較大的交叉口的信號控制。本文針對經(jīng)典的感應(yīng)控制所存在的效率不高等局限性，研究了感應(yīng)控制的主要控制參數(shù)，給出了配時的推薦計算方法，分析了相序?qū)Ω袘?yīng)控制的控制效果的影響，提出了一種變相序的多相位感應(yīng)控制算法。本文所提算法在仿真平臺進(jìn)行了實驗，實驗結(jié)果證明比經(jīng)典的感應(yīng)控制方法所產(chǎn)生的車輛的平均延誤要低，同時，算法簡單易行，實用性較強。
關(guān)鍵詞：感應(yīng)控制；配時；變相序；仿真

0 引言
近年來，道路交通量急劇增加，城市道路問題已經(jīng)成為現(xiàn)代城市迫切需要解決的重要問題之一，合理的控制策略能夠提高交叉口的通行能力，對于一些交通流量較小，但隨機波動較大的路口，宜采用感應(yīng)控制。
經(jīng)典的感應(yīng)控制采用車來即延時的策略，根據(jù)經(jīng)驗設(shè)定固定的初始綠燈時間、單位綠燈延長時間、最大綠燈時間等參數(shù)，控制策略單一，很難適應(yīng)動態(tài)的交通流狀況。為了達(dá)到比較理想的控制效果，一些學(xué)者對感應(yīng)控制的配時進(jìn)行了深入研究，翟潤平等就對延時策略進(jìn)行了改進(jìn)，通過計算綠時有效利用率來確定是否切換相位，提高了綠燈的有效利用率，但是增加了一個控制參數(shù)和控制的復(fù)雜度；王殿海等提出了一種可變單位綠燈延時的時間模型，考慮到了城市路段車流到達(dá)規(guī)律和駕駛員心理特性，比傳統(tǒng)的固定單位綠燈延時有所改進(jìn)，但是在降低車輛的平均延誤上效果并不明顯；邵峰等對兩種單位綠燈延時的計算方法進(jìn)行了比較，得到了一種減少車輛平均延誤的單位綠燈延時的計算方法，但是其計算參數(shù)過多，計算復(fù)雜，實用性不強。上述研究皆對感應(yīng)控制的部分配時參數(shù)進(jìn)行了研究，但都采用固定周期、固定相序的方式。文獻(xiàn)均考慮到了相序?qū)徊婵谕ㄐ心芰Φ挠绊?，對不同的交叉口采用不同的相序方案，但是沒有考慮交叉口的車流量變化對相序的影響；沈國江等提出了一種交通流模型，根據(jù)排隊長度的變化，采用模糊推理對相序轉(zhuǎn)換時刻、相序的選擇進(jìn)行了優(yōu)化，由于采用了八相位方案，算法復(fù)雜度較高，調(diào)節(jié)參數(shù)多，實時性和可靠性得不到保證，并且增加了綠燈損失時間；樊曉平等結(jié)合了模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的優(yōu)點，實現(xiàn)了交叉口多相位的、相序可變的交通流控制，但是該方法對信號機系統(tǒng)的配置要求比較高，較難推廣應(yīng)用。
本文對交通感應(yīng)控制中的信號配時進(jìn)行了研究，提出一種動態(tài)相序的多相位感應(yīng)控制算法，分析了初始綠燈時間、單位綠燈延長時間、最小和最大綠燈時間等對感應(yīng)控制的影響，并給出了上述參數(shù)配時的計箕方法。本文所提算法簡單實用，計算復(fù)雜度低，對系統(tǒng)配置要求不高，仿真結(jié)果表明，本文的方法較經(jīng)典感應(yīng)控制方法降低了交叉口的平均延誤，是一種有效可行的方法。

1 感應(yīng)控制原理概述
感應(yīng)控制是通過車輛檢測器檢測到的車輛到達(dá)情況，動態(tài)調(diào)整各相位的配時以適應(yīng)交通變化的一種實時控制方式，是一種典型的反饋控制過程，適用于交通流量不大但波動較大的交叉口控制。
傳統(tǒng)的感應(yīng)控制方式可分為半感應(yīng)控制和全感應(yīng)控制。在半感應(yīng)控制中，檢測器只安裝在次干道上，主干道維持綠燈狀態(tài)，當(dāng)次干道檢測到有車到達(dá)并且主干道最小綠時已經(jīng)結(jié)束時，更換信號相位；而全感應(yīng)控制中，主從干道無法明顯地區(qū)分，交叉口的所有進(jìn)口道上都安裝檢測器，其工作方式為：當(dāng)某一信號相位開始啟亮綠燈時，則預(yù)設(shè)一個“初始綠燈時間”，當(dāng)初始綠燈時間結(jié)束時，再增加一個預(yù)置的時間間隔(一般為一個單位綠燈延長時間)，在此時間間隔內(nèi)，若沒有后續(xù)車輛到達(dá)，則立即更換相位；若檢測器檢測到有后續(xù)車輛到達(dá)，則每檢測到一輛車，就從檢測到車輛的時刻起，相位綠燈延長一個預(yù)置的“單位綠燈延長時間”，綠燈可一直延長到一個預(yù)置的“最大綠燈時間”，當(dāng)相位綠燈時間延長到最大值時，則強制切換相位。
感應(yīng)信號控制的三個基本參數(shù)分別為：最小綠燈時間、單位綠燈延長時間、最大綠燈時間。而檢測器的埋設(shè)位置、相位相序的選擇也對感應(yīng)控制的控制效果有重要的影響。

2 感應(yīng)控制主要參數(shù)的配時計算方法
本文主要研究單個交叉口的四相位全感應(yīng)控制方法。為了達(dá)到較好的控制效果，就必須對感應(yīng)控制的主要參數(shù)進(jìn)行合理的配時，如圖1所示，圖中箭頭表示該相位允許通過的車流方向，規(guī)定所有右轉(zhuǎn)車輛可自由通行?？紤]到車流的動態(tài)變化，設(shè)計出一種動態(tài)相序的控制算法，并對初始綠燈時間、綠燈延長時間、最小和最大綠燈時間給出了計算方法。