交通信号控制方法综述

交通信号控制方法综述

王兆艳∗,乔㊀枫,孙昊琛,ALEXANDER T．Fashakin

(沈阳建筑大学,沈阳110168)

摘㊀要:如何缓解交通拥堵问题是近年来的一个热点话题,国内外一直致力于对此问题进行研究,其中对于交通信号控制方法的研究较多㊂目前常用的城市交通信号协调控制的方法为单点控制㊁干线控制和区域控制,这些交通信号控制方法经历了从手动到自动㊁固定周期到可变周期㊁无感应控制到感应控制㊁单一交叉口到关联交叉口再到区域交叉口控制的进步历程,每种方法相应可以满足不同交通系统的控制需要㊂基于国内外现有的研究成果,对单点控制㊁干线协调控制和区域协调控制方法进行了梳理,为发展智能交通,解决交通拥堵问题提供更有效的途径㊂关键词:交通信号控制;协调控制;交叉口

中图分类号:U491．4㊀㊀文献标识码:A㊀㊀文章编号:16729889(2019)03007505

采用日期:20180827

第一作者:王兆艳(1992—㊀),女,硕士,主要研究方向为城市干线交通流协调与优化控制㊂

The Survey of Traffic Signal Control Method

WANG Zhaoyan ∗,QIAO Feng,SUN Haochen,ALEXANDER T．Fashakin

(Shenyang Jianzhu University,Shenyang 110168,China)

Abstract :How to alleviate traffic congestion is a hot topic at home and abroad in recent years．And people pay more attention to traffic signal control methods．Now,the common methods of coordinated control of urban traffic signals are single-point control,trunk coordinated control and regional coordinated control．All in all,these traffic signal control methods have experienced the progress from manual to automatic,fixed to variable,non-inductive control to inductive control,single

intersection to associated intersection and regional intersection control．Each method can meet different traffic system control needs accordingly．Based on the existing research results at home and abroad,the single-point control,trunk coordinated

control and regional coordinated control methods are introduced and sorted out,and it can provide more effective means to develop the intelligent transportation and solve traffic congestion.Key words :traffic signal control;coordinated control;intersection

㊀㊀随着社会经济的快速发展,人民的生活质量普遍提高,私家车的数量也在增加,且大量人口涌入城市,导致城市交通压力增大,拥堵严重,在某种程度上制约

了城市的持续发展㊂因此,有必要缓解城市交通拥堵,提高道路通行能力㊂基于现有城市道路设施,一些学者提出了优化城市道路信号协调控制的方法㊂本文综合不同控制方法的特点,基于其控制范围,将现行控制方法归纳为单点控制㊁干线控制和区域控制[13]㊂

1㊀单点控制

城市道路的平面交叉口是交通流拥堵㊁频繁发生事故的关键地点,提高道路的通行能力可以从确保平面交叉口的畅通性和突破交叉口的通行瓶颈

出发㊂单点控制正是以平面交叉口为研究对象,在进行交通信号控制时只考虑单一交叉口,即研究仅让一个信号交叉口单独工作,它不与其他相邻交叉口建立任何连接,因此它也被称为单交叉口控制㊂对于单点控制的研究,Huang 等[4]基于伪神经网络提出了城市交通信号优化控制算法;Xu 等[5]研究设计了可变多相位交通信号控制器;廖诗琪和汪云龙[6]建立了多目标城市单点交叉口二相位信号配时优化的非线性函数模型,采用遗传算法对其进行求解;朱铭琳和陈阳舟[7]针对交通系统的动态性和随机性,提出一种信号交叉口的自适应控制模型㊂

单点控制系统主要包括三种控制模式:定时㊁感应和环形交叉口信号控制㊂定时控制是没有采

第16卷第3期2019年6月

现代交通技术

Modern Transportation Technology

Vol．16㊀No．3Jun．2019

用智能控制的交叉口主要采用的控制模式;感应控制是单点控制的主流控制模式;环形交叉口控制是为环形交叉口设计的控制模式,目前使用较少㊂单点控制是现有交通控制方法中最基本的一种,设备简单㊁维护方便,大多数城市相距较远的道路交口都采用这种控制方式,且研究基本成熟㊂1．1㊀平面交叉口类型

城市道路由无数交叉口和干线衔接而成,平面

交叉口是交通流的汇合点和分流点,是整个道路的重要节点㊂通常平面交叉口可分为十字形㊁X 型㊁Y 型㊁T 型和多交叉型,各类交叉口具体形状如图1所示

㊂

(a)十字形

㊀

(b)X 型

㊀

(c)Y

型

(d)T 型

㊀

(e)多交叉型

图1㊀各类交叉口具体形状

1．2㊀单点控制车辆延误的计算方法

单点控制的目的就是最大限度地减少车辆经

过交叉口时的延误时间,提高道路通行能力,延误时间对于交叉口服务水平的评定十分关键㊂目前比较常见的延误计算方法有VISSIM 仿真法和HCM2000延误模型法㊂

1．2．1㊀VISSIM 仿真法VISSIM 是德国PTV 公司基于交通流系统的离

散和随机特性开发的微观模拟软件㊂该仿真软件的适用范围较广,可以对不同通行条件和交通环境下的(非)机动车㊁城市公交㊁轨道交通㊁行人㊁城市道路㊁高速路等进行仿真分析和评价㊂对于车辆延误的计算,VISSIM 仿真软件以个体车辆为单位对其进行定义㊁跟踪和记录㊂借助模型设置时间检测器,同时考虑车辆的实际行驶状态㊂车辆的行驶状态取决于车辆的位置㊁行驶速度以及速度变化率,通过模拟仿真能够较真实地重现道路实际的交通情况,可以反映出交通流的密度㊁排队长度和延误情况,等等㊂

1．2．2㊀HCM2000延误模型法美国通行能力手册(HCM2000)中的车辆延误

模型[8]为

D =d 1ˑPF +d 2+d 3(1)

d 1=

0．5c 1-g

C

()

2

1-min(1,X )g

C []

(2)

d 2=900T (1-X )

(1-X )2+

8KIX cT

[

]

(3)

式中,D 为车辆总延误,s /pcu;d 1为车辆均匀到达的均匀延误,s /pcu;d 2为车辆随机到达的增量延误,

s /pcu;d 3为车辆初始排队延误,s /pcu;PF 为信号联动修正系数,由绿信比和到达类型确定;X 为饱和度;C 为周期;c 为通行能力,pcu /h;g 为有效绿灯时间,s;T 为观察时间,h;K 为感应控制附加延误修正系数;I 为上游交叉口汇入或限流的影响修正系数㊂

该延误模型是基于美国城市交叉口交通流特征建立的,模型对实际交通状况做了一定的假设和

理想化处理,便于估算,精度较高,但对于很多重要的交通影响因素未予考虑,有时无法真实地反映实际交通状况,很难满足我国复杂的实际交通状况的需求㊂

1．3㊀平面交叉口服务水平的划分

参考HCM2000延迟模型中给出的车辆平均延

误与服务水平之间的关系[9],总结适合我国交通系统的平面交叉口服务水平划分标准如表1所示㊂

表1㊀平面交叉口服务水平划分标准

服务水平

车辆平均延误/s 交通状况描述A ɤ5

车流畅行,基本无阻

B 5．1~15．0

车流基本畅行,稍有阻碍C 15．1~30．0车流行驶正常,出现些许延误D

30．1~50．0车流勉强正常行驶,延误较大E 50．1~80．0车流处于拥挤状态,延误很大F >80．0

车流已过饱和行驶,经常拥堵

㊀㊀通常在道路交叉口通行能力研究中,人们最关注的是车流正常行驶的交通环境下的C㊁D 级服务水平,如果道路的服务水平能够达到C㊁D 级,在此基础上再进行优化,车辆延误会大大减少,交通状况会得到很大程度的改善㊂2㊀干线协调控制

2．1㊀干线协调控制研究综述

干线协调控制又称绿波控制,其原理是把相邻

交叉口连接起来协调控制,使车流在通过这些交叉口时能够尽可能多地遇到绿灯时刻,减少停车延误㊁提高通行能力㊂

㊃

67㊃现代交通技术2019年