广州大学城交通信号主动控制方法分析

邱志兴，陈贵宽

（广州大学 土木工程学院，广东 广州 510006）

广州大学城内路网密集，设置有信号灯的交叉口数量较多，由于两信号灯交叉口之间的距离较短，导致车辆在行使过程中会频繁停车，不仅引起交通拥塞，增加二氧化碳排放，还会增加油耗并影响驾驶员心情。国内外有学者应用实时监测并进行联机共享和分析的方法来获取信号灯状态的问题进行了研究。但对非联机预测交叉口状态进行主动控制的问题上研究的并不多。本文通过对大学城内的信号灯情况进行实际调查分析，研究并掌握信号灯灯色转换时刻变化的规律，建立数学模型，拟合出未来某一时刻信号灯周期的时刻状态，从而达到主动控制的目的。

1 大学城的信号灯分布情况

广州大学城第一期工程位于小谷围岛，面积约为20km2，岛内交通以内环、中环、外环3条环形线路以及12条放射线组成，形成开放式路网。通过实地调查发现，目前，岛内设有信号灯的交叉口多达46处，其中，内环路有4 处，中环路24 处，外环路14处，内环路与中环路之间有4 处，中环路设置的信号灯交叉口间的平均距离约0.41km。

2 大学城的信号灯时刻变化规律分析

2.1 数据调查与分析

应用人工调查法，对大学城内每一个信号灯进行调查，得出每个信号灯的信号周期和随机抽样的时刻状态。并且对部分信号灯进行连续同时间段观测，调查数据和分析结果如表1所示。

应用递归方法进行数据处理，可以得到时间与信号灯时间的关系图。现以第二列（EW－直绿，东西方向，直行绿灯时刻数据）为例进行数据分析，得到如图1所示的散点图以及趋势线，其误差分析如表2所示。由表2可知，线性相关系数为R＝0.999，标准误差Q＝1.23002E－05，说明了信号灯灯色转换时刻与日期间的线性相关性较好。

表1 其中一信号灯灯色转换时刻实际调查数据

图1 散点图及趋势线

表2 回归分析数据

2.2 建立信号灯灯色变化时刻与日期间关系的数学模型

由上述数据得到每天同一时间范围内所测得的信号灯灯色转换时刻与日期间呈高度的线性相关关系，建立回归方程，如下式

基于上述原理，可以标定不同方向的参数值。因此，可以建立交叉口的信号灯时刻状态回归方程，如式（2）

3 建立查询信号灯周期状态的预测公式

根据该交叉口信号灯周期情况，以及各个方向间的信号灯灯色转换规律，将不同方向的信号灯灯色转换时刻与基准信号灯灯色转换时刻关联。建立某一时刻信号灯周期剩余时间查询公式

式中：TL为周期余时间，s；T为信号灯周期，s；Y为信号灯灯色转换时刻；O为时间起算点；Mod（）为求余函数；Sec（）为返回整数秒函数。

4 精度验证

在2012－04－10中9：30：00～18：30：00 时间段内，以3个信号灯交叉口的实际数据调查与计算结果进行对比验证。通过对比得出根据方程计算的数据与实际调查数据间的偏离差，如表3所示。可见，预测数据与实际数据间的偏离较小，精度满足目前主动控制的要求。

表3 实际调查数据与计算结果对比

5 结束语

由实际调查的数据表明，在调查范围内，信号灯灯色转换时刻并非固定不变，并且每天的变化量不一致。因此，要获取未来某一时刻的信号灯周期剩余时间就需要掌握它的变化规律。以上的数据处理过程运用了时间序列分析与统计学的方法，得出一个信号灯灯色转换时刻的预测公式。然后根据信号周期时间的剩余（TL）以及红灯／绿灯的时长，运用计算机程序来进一步对信号灯所处的灯色状态进行判断与利用。该模型的局限性在于不能自动调整和校正精度，只能根据历史数据来进行预测。下一步的研究是建立具有自动调整功能的更精确的预测方程。

［1］黄火婴，李文翎，苏丽仪.简析广州大学城交通［J］.城市公共交通，2010（4）：49－53.

［2］Baldessari R.，Bodekker B.，Brakemeier A.，et al.Car to Car Communication Consortium Manifesto，2007.

［3］Audi AG.Audi Travolution Project［EB／OL］.［2012－05－12］.http：／／www.audi.com／com／brand／en／tools／news／pool／2010／06／audi＿travolution＿.html.

［4］Peter Koonce，Lee Rodegerdts，Lee Kevin，Shaun Quayle，Scott Beaird，Cade Braud，Jim Bonneson，Phil Tarnoff，and Tom Urbanik.Traffic Signal Timing Manual［M］.U.S.Department of Transportation，2008.

［5］Emmanouil Koukoumidis，Li－Shiuan Peh，and Margaret Mortonosi.SignalGuru：Leveraging mobile Phones for collaborative traffic signal schedule advisory［M］.In MobiSys，2011.

［6］尹应梅.广州大学城交通现状调查分析与对策［J］.交通与运输，2009（7）：117－120.

［7］王建军.严宝杰 交通调查与分析［M］.北京：人民交通出版社，2008.