城市智能交通控制系統研究與設計

引言
根據中國目前的交通現狀及面臨的問(wèn)題說(shuō)明交通控制在經(jīng)濟發(fā)展及城市化進(jìn)程中的重大作用，并提出發(fā)展智能交通系統的重要目的和現實(shí)意義。智能交通系統是一個(gè)涉及面廣、綜合各種高新技術(shù)的研究領(lǐng)域。以下重點(diǎn)介紹智能交通系統分類(lèi)及基于多智能體的城市交通控制系統設計。

1 國內城市交通現狀及面臨的問(wèn)題
我國城市交通現狀是：城市交通基礎設施建設速度跟不上迅速增長(cháng)的交通需求；常規公共交通萎縮；出租車(chē)和私人小汽車(chē)迅速增加；軌道交通開(kāi)始起步；交通管理技術(shù)水平低。以上問(wèn)題導致交通擁擠、交通事故、環(huán)境污染、以及能源問(wèn)題將會(huì )日趨嚴重。
面臨的問(wèn)題是：車(chē)型種類(lèi)繁雜、混合交通嚴重；自行車(chē)等非機動(dòng)車(chē)數量驚人；城市布局和交通不相適應；出行方式單一、沒(méi)有選擇余地；步行困難、事故多發(fā)。

2 城市交通控制的目的和意義
隨著(zhù)社會(huì )經(jīng)濟的發(fā)展、城市化進(jìn)程的加快和機動(dòng)車(chē)輛的迅猛增加，城市交通問(wèn)題日益嚴重。城市交通擁擠不僅造成交通事故頻發(fā)、車(chē)輛延誤增大，而且進(jìn)一步帶來(lái)能源浪費和環(huán)境污染的加劇，由此引起的不良社會(huì )后果更是難以估計。目前，城市交通問(wèn)題已成為全球經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸，是全球性的“城市病”之一。交通控制的目的是要在確定的行政規范約束下，應用先進(jìn)的技術(shù)手段，采用合適的運作方式來(lái)確保公共和私人運輸方式具有最佳的交通條件。具體來(lái)說(shuō)，交通控制的目的表現在以下幾個(gè)方面：
(1)減少交通事故，增加交通安全。通過(guò)實(shí)施交通控制，可以把發(fā)生沖突的交通流從時(shí)間和空間上進(jìn)行分離，從而減少交通事故，增加交通安全。
(2)緩和交通擁擠，提高交通效益。合理的交通控制，可以對交通流進(jìn)行有效的引導與調度，使城市交通流保持在一種平穩的運行狀態(tài)，從而避免或減緩交通擁擠，縮短在路車(chē)輛的交通延誤，提高交通運輸的整體效益。
(3)減少環(huán)境污染，降低能源消耗。實(shí)施良好的交通控制，可以減少在路車(chē)輛的停車(chē)次數，保持車(chē)輛在較佳的狀態(tài)下運行，大大減少尾氣排放和能源消耗。

3 城市交通控制系統的分類(lèi)
城市道路交通控制系統可以從不同的角度進(jìn)行分類(lèi)，這里分別從空間關(guān)系、控制方式上對城市道路交通控制系統簡(jiǎn)單分類(lèi)。
3．1 按空間關(guān)系劃分
從空間關(guān)系上可以把城市交通系統分劃為單交叉口控制(點(diǎn)控制)、交通干線(xiàn)的協(xié)調控制(線(xiàn)控制)和區域交叉口的網(wǎng)絡(luò )控制(面控制)三種形式。
(1)單個(gè)交叉口的點(diǎn)控制
單個(gè)交叉口的點(diǎn)控制是一種最基本的控制方式。孤立交叉口點(diǎn)控制的控制參數是信號周期和綠信比，控制的目標一般是車(chē)輛延誤和交叉口的通行能力。在理想的情況下，希望總延誤時(shí)間最小和交叉口的通行能力得到最大的利用。由于點(diǎn)控制的設備簡(jiǎn)單、投資省、維護方便，至今仍是應用較多的一種信號控制方式。從技術(shù)上講，它又分為離線(xiàn)點(diǎn)控制和在線(xiàn)點(diǎn)控制兩種形式。前者采用定時(shí)信號配時(shí)技術(shù)，目前仍然是其他控制方式的配時(shí)基礎；后者是交通響應控制或車(chē)輛感應控制，它是根據交叉口各個(gè)人口交通流的實(shí)際分布情況，合理分配綠燈時(shí)間到各個(gè)相位，從而滿(mǎn)足交通需求。
(2)干線(xiàn)交通的協(xié)調控制
城市路網(wǎng)中的交通干線(xiàn)承擔著(zhù)很重的交通負荷，保證干線(xiàn)的交通暢通對改善一個(gè)地區甚至一個(gè)城市的交通狀況往往起著(zhù)至關(guān)重要的作用。在城市交通路網(wǎng)中，有時(shí)交叉口相距很近，兩個(gè)相鄰的交叉口之間的距離通常不足以使一小隊車(chē)流在有限時(shí)間內完全疏散。單個(gè)交叉口分別設置單點(diǎn)信號控制時(shí)，車(chē)輛經(jīng)常遇到紅燈，時(shí)停時(shí)開(kāi)，行車(chē)不暢，環(huán)境污染嚴重。為了減少車(chē)輛在各個(gè)交叉口的停車(chē)次數，特別是當干線(xiàn)的車(chē)輛比較暢通時(shí)，相鄰交叉口之間的控制方案宜采用相互協(xié)調的控制策略。最初協(xié)調信號計時(shí)的方法是基于綠波的概念，相鄰交叉口執行相同的信號控制周期，主干線(xiàn)相位的綠燈開(kāi)啟時(shí)刻錯開(kāi)一定的時(shí)間，交叉口的次干線(xiàn)在一定程度上服從主干線(xiàn)的交通。
當一列車(chē)隊在具有許多交叉口的一條干線(xiàn)上行駛時(shí)，協(xié)調控制使得車(chē)輛在通過(guò)干線(xiàn)交叉口時(shí)總是在綠燈開(kāi)始時(shí)到達，因而無(wú)需停車(chē)即可通過(guò)交叉口，形成一條交通流的綠波帶。綠波控制能有效提高車(chē)輛行駛速度和道路通行能力，確保道路暢通，減少車(chē)輛在行駛過(guò)程中的延誤時(shí)間和能源消耗。干線(xiàn)交通協(xié)調控制的控制參數是周期長(cháng)度。綠信比和相位差，控制的目標一般是車(chē)輛的平均延誤和停車(chē)次數。干線(xiàn)信號協(xié)調控制方法的設計流程圖如圖1所示。