信号机交叉口单点自适应控制设计

陈冰

摘要：在低峰小流量的交通状况下，进行感应控制最大限度的降低通过平交路口的车辆停车次数，减少路口因空放而引起的相位时间损失；在平峰欠饱和的交通状况下进行单点自适应控制对配时方案的不合理进行小步长修正；在高峰饱和的交通状况下，通过大周期的固定周期配时最大限度的发挥道路的通行能力；当交通流达到过饱和拥堵状况，通过人工干预可以对交通流进行快速疏导。

关键词：单交叉口；自适应；控制中心

中图分类号：TP273+.2 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）11-0022-01

1 系统构成

在特定的交通状态下合理使用单点自适应控制策略，能够大大最大限度减少车辆停等发挥道路的通行能力。自适应控制系统由交通流量采集设备、交通信号控制机、中心控制软件三部分组成。通过交通流数据采集、交通数据分析、交通配时优化、交通控制信号输出等四个流程，形成一个完整的闭环系统，最终实现交通信号配时优化。

准确的交通流量检测为合理的交通信号控制提供数据基础。本方案采取战略检测、感应检测相结合的检测方式。战略检测器设置于关键交叉口的各方向临近路段，可以有效检测路段流量、速度、时间占有率等参数，为交叉口各进口放行交通状态的判别、预测提供依据。根据战略检测器的流量数据，中心控制软件可以根据交叉口各进口的交通量计算出交叉口当前的饱和度，指导信号机选择合理的控制方式。感应检测器设置于交叉口靠近停车线位置，主要在信号机实施感应、自适应等控制方式时起到车辆到达触发的作用；同时由于感应检测器布设在距离停车线不远的进口道处，在此处交叉口已经进行了渠化处理，车辆不能随意换道，可以准确的检测直行、左转和右转车辆的流量及比例，也为自适应控制模式下绿灯时间的合理分配提供依据。

2 控制策略

2.1 交通组织方案

受到道路通行能力的限制，交通流量与占有率之间会一定的对应关系，中心控制软件的“交通分析模块”利用战略检测器实时采集的交通流数据，通过这种对应关系评判当前的交通状况、对配时进行调整。根据流量-占有率曲线的特性，系统将交叉口各方向的交通状态评判为低峰、平峰、高峰、拥堵四个等级，同时对信号机配时作出相应指导。低峰：使用感应控制方式，该控制方式可以在保证安全的前提下，使单个车辆快速通过路口，有效减少停车等待时间。平峰：使用自适应的交通信号控制方式。这种控制方式可以在保证安全的前提下，通过对当前交通流状态的分析，确定各个方向交通流对路权的需求，合理调整配时方案，达到对路权的合理分配。高峰：使用大周期定时式交通信号控制方式及上下游协调控制方式（如上游限流）。增大周期可以有效的降低黄灯、全红以及车辆启动时间在单位时间的比率。拥堵：使用预案式人工干预的方式，建立起疏导通道，在临时降低或牺牲某些方向的通行能力的情况下，引导车流按指定方向前进，到达缓解交通压力的目的。

2.2 单点定自适应控制

在路网负荷由低峰向饱和变化时，有一段上升过渡期（饱和度在0.3-0.8之间），在这段时间里交叉口车流量明显增大，且在各个小时段、各个方向上变化不均匀、没有规律。在这种中等饱和度状态下通过单点自适应控制方式合理调整配时方案，可以有效的利用绿灯时间，增大路口通行能力，减少绿灯时间浪费。信号机的自适应算法特点是多层次、抑制扰动。整个自适应控制分为感应式调整、预估性优化两个阶段。感应式调整是在针对暂时的交通需求变化，对当前信号周期的绿信比、周期长度作出立即调整；预估性优化是根据一段时间内对交通需求的统计分析，对后续信号周期采用的小步距的方式调整各阶段绿灯时长，优化间隔通常在10-15分钟。通过这种方式即能应对突发性交通需求、又能适应规律性的交通变化，同时也能够抑制突发性交通需求带来的数据扰动。

（1）感应式调整阶段：自适应控制开始运行的最初按照基础配时方案放行。当阶段绿灯递减至最短绿灯时，根据关键相位车辆在检测区的感应间距判断是否进行绿灯延长，当关键相位车头时距小于单位延长时间（即关键相位仍有持续交通需求），信号机会将阶段绿灯时间增加一个“延长绿灯时间”，但每个阶段累计增加的绿灯时间不能超过设定的“阶段延长上限”，直至阶段最大绿灯。当关键相位车头时距大于单位延长绿灯（即关键相位无持续交通需求）、本阶段增加绿灯已达到阶段调整上限、阶段绿灯时间已到达阶段最大绿等三个条件满足其一时，信号机会结束本阶段绿灯放行将放行权交予下一阶段。在阶段绿灯结束时，信号机将计算并存储本阶段绿灯占有率、阶段绿灯调整秒数。

（2）预估性优化阶段：预估性优化是在感应式调整的基础上进行的，主要调整依据就是感应式调整期间记录的各周期各阶段绿灯占有率、阶段绿灯调整秒数，优化内容为阶段基础绿灯，优化通常间隔为10-15分钟。优化需要设置的参数有：优化间隔（分钟）、阶段优化上限、阶段递减步长、阶段最短绿。当时间到达优化间隔点时，系统会对优化间隔期间的N个周期数据按放行阶段进行统计，并分析每个阶段绿灯的变化趋势作为优化的依据。判断阶段绿灯变化趋势的依据是“阶段绿灯调整秒数”、“阶段绿灯占有率”两个参数。由于系统进行感应式调整只做加秒，“阶段绿灯调整秒数”直观的反应了各放行阶段流量增长的趋势。但当流量逐渐递减时，就需要通过“阶段绿灯占用率”来评估了。“绿灯占有率”可以直观表示出当前的阶段绿灯利用率，如果绿灯占有率较低，就说明当前的阶段绿灯时长过大、无车空放时间过长，需要縮短。

3 交叉口方案实施

3.1 交叉口交通状况调查及评估

对交叉口的通行能力评估，采用HCM方法来确定。中心控制软件利用战略检测器实时采集的各进口交通流数据、结合当前信号配时即可计算出当前交叉口的饱和度，从而指导信号机合理选择控制策略及进行配时优化。

3.2 车辆检测器建设

为保证交叉口控制方案实施有准确的数据基础，需在交叉口安装战略检测器及战术检测器。战术检测器安装在各方向车道停车线位置，主要提供车辆压占信息、及检测进口道各流向的流量比例、相位绿灯占有率、车流流量等。战略检测器检测数据包括车流流量，速度、时间占有率等，为整个系统的控制策略确定提供依据。依据实际检测器数据，系统可以对路段交通状态进行判别及预测。endprint

3.3 交叉口基本配时

建设初期建议交叉口仍采用时间表工作方式，根据交叉口全天交通流变化特点合理划分时段，根据不同时段的交通特点采用感应、单点自适应、定周期等不同控制策略；待战略检测器安装并积累一定交通数据后，建立完整的数学模型，最终实现中心控制软件实时分析交通数据、评价交通状况、动态调整交叉口控制策略。

4 结语

交通信号控制系统的本质是通过对路口信号灯的配时控制，解决路口不同交通状态下对各个方向交通流的路权分配问题。本文针对实际案例进行详细的交通特征分析，交通配时组织，具有实际应用价值与研究意义。

参考文献

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[3]王殿海.交通流理论[M].北京：人民交通出版社，2002.

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Abstract：Under low traffic and low traffic conditions， inductive control can minimize the number of vehicle stops passing through the level crossing and reduce the time loss caused by freeway at intersections. When the peak level is less saturated， Adaptive control of the timing program unreasonable small step correction； peak traffic conditions in the saturation， through the cycle of fixed cycle time to maximize the road capacity； when the traffic flow to reach the state of over-saturated congestion， through the Human intervention can quickly divert traffic flow.

Key words：Single intersection； Adaptive； control centerendprint