一種多相位感應控制的配時(shí)方案設計

摘要：感應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(dòng)較大的交叉口的信號控制。本文針對經(jīng)典的感應控制所存在的效率不高等局限性，研究了感應控制的主要控制參數，給出了配時(shí)的推薦計算方法，分析了相序對感應控制的控制效果的影響，提出了一種變相序的多相位感應控制算法。本文所提算法在仿真平臺進(jìn)行了實(shí)驗，實(shí)驗結果證明比經(jīng)典的感應控制方法所產(chǎn)生的車(chē)輛的平均延誤要低，同時(shí)，算法簡(jiǎn)單易行，實(shí)用性較強。
關(guān)鍵詞：感應控制；配時(shí)；變相序；仿真

0 引言
近年來(lái)，道路交通量急劇增加，城市道路問(wèn)題已經(jīng)成為現代城市迫切需要解決的重要問(wèn)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(dòng)較大的路口，宜采用感應控制。
經(jīng)典的感應控制采用車(chē)來(lái)即延時(shí)的策略，根據經(jīng)驗設定固定的初始綠燈時(shí)間、單位綠燈延長(cháng)時(shí)間、最大綠燈時(shí)間等參數，控制策略單一，很難適應動(dòng)態(tài)的交通流狀況。為了達到比較理想的控制效果，一些學(xué)者對感應控制的配時(shí)進(jìn)行了深入研究，翟潤平等就對延時(shí)策略進(jìn)行了改進(jìn)，通過(guò)計算綠時(shí)有效利用率來(lái)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(gè)控制參數和控制的復雜度；王殿海等提出了一種可變單位綠燈延時(shí)的時(shí)間模型，考慮到了城市路段車(chē)流到達規律和駕駛員心理特性，比傳統的固定單位綠燈延時(shí)有所改進(jìn)，但是在降低車(chē)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(shí)的計算方法進(jìn)行了比較，得到了一種減少車(chē)輛平均延誤的單位綠燈延時(shí)的計算方法，但是其計算參數過(guò)多，計算復雜，實(shí)用性不強。上述研究皆對感應控制的部分配時(shí)參數進(jìn)行了研究，但都采用固定周期、固定相序的方式。文獻均考慮到了相序對交叉口通行能力的影響，對不同的交叉口采用不同的相序方案，但是沒(méi)有考慮交叉口的車(chē)流量變化對相序的影響；沈國江等提出了一種交通流模型，根據排隊長(cháng)度的變化，采用模糊推理對相序轉換時(shí)刻、相序的選擇進(jìn)行了優(yōu)化，由于采用了八相位方案，算法復雜度較高，調節參數多，實(shí)時(shí)性和可靠性得不到保證，并且增加了綠燈損失時(shí)間；樊曉平等結合了模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )控制的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現了交叉口多相位的、相序可變的交通流控制，但是該方法對信號機系統的配置要求比較高，較難推廣應用。
本文對交通感應控制中的信號配時(shí)進(jìn)行了研究，提出一種動(dòng)態(tài)相序的多相位感應控制算法，分析了初始綠燈時(shí)間、單位綠燈延長(cháng)時(shí)間、最小和最大綠燈時(shí)間等對感應控制的影響，并給出了上述參數配時(shí)的計箕方法。本文所提算法簡(jiǎn)單實(shí)用，計算復雜度低，對系統配置要求不高，仿真結果表明，本文的方法較經(jīng)典感應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 感應控制原理概述
感應控制是通過(guò)車(chē)輛檢測器檢測到的車(chē)輛到達情況，動(dòng)態(tài)調整各相位的配時(shí)以適應交通變化的一種實(shí)時(shí)控制方式，是一種典型的反饋控制過(guò)程，適用于交通流量不大但波動(dòng)較大的交叉口控制。
傳統的感應控制方式可分為半感應控制和全感應控制。在半感應控制中，檢測器只安裝在次干道上，主干道維持綠燈狀態(tài)，當次干道檢測到有車(chē)到達并且主干道最小綠時(shí)已經(jīng)結束時(shí)，更換信號相位；而全感應控制中，主從干道無(wú)法明顯地區分，交叉口的所有進(jìn)口道上都安裝檢測器，其工作方式為：當某一信號相位開(kāi)始啟亮綠燈時(shí)，則預設一個(gè)“初始綠燈時(shí)間”，當初始綠燈時(shí)間結束時(shí)，再增加一個(gè)預置的時(shí)間間隔(一般為一個(gè)單位綠燈延長(cháng)時(shí)間)，在此時(shí)間間隔內，若沒(méi)有后續車(chē)輛到達，則立即更換相位；若檢測器檢測到有后續車(chē)輛到達，則每檢測到一輛車(chē)，就從檢測到車(chē)輛的時(shí)刻起，相位綠燈延長(cháng)一個(gè)預置的“單位綠燈延長(cháng)時(shí)間”，綠燈可一直延長(cháng)到一個(gè)預置的“最大綠燈時(shí)間”，當相位綠燈時(shí)間延長(cháng)到最大值時(shí)，則強制切換相位。
感應信號控制的三個(gè)基本參數分別為：最小綠燈時(shí)間、單位綠燈延長(cháng)時(shí)間、最大綠燈時(shí)間。而檢測器的埋設位置、相位相序的選擇也對感應控制的控制效果有重要的影響。

2 感應控制主要參數的配時(shí)計算方法
本文主要研究單個(gè)交叉口的四相位全感應控制方法。為了達到較好的控制效果，就必須對感應控制的主要參數進(jìn)行合理的配時(shí)，如圖1所示，圖中箭頭表示該相位允許通過(guò)的車(chē)流方向，規定所有右轉車(chē)輛可自由通行?？紤]到車(chē)流的動(dòng)態(tài)變化，設計出一種動(dòng)態(tài)相序的控制算法，并對初始綠燈時(shí)間、綠燈延長(cháng)時(shí)間、最小和最大綠燈時(shí)間給出了計算方法。