淺談城市智能交通控制系統(tǒng)

彭寧

【摘 要】文章通過分析目前國內(nèi)外關(guān)于智能交通控制系統(tǒng)的相關(guān)研究，歸納了目前城市智能交通控制系統(tǒng)領(lǐng)域的研究內(nèi)容，概括了有關(guān)學(xué)者對(duì)該方面的一些研究觀點(diǎn)，總結(jié)了智能交通控制方面的具體研究成果。從中找出目前研究的不足，同時(shí)指出智能交通控制系統(tǒng)在城市建設(shè)中有待解決的主要問題，為未來智能交通控制技術(shù)的研究指明了方向。

【關(guān)鍵詞】城市智能交通;交通控制;自適應(yīng)

伴隨著我國城市化進(jìn)程的不斷加快，城市交通運(yùn)輸?shù)膲毫σ膊粩嘣龃螅@對(duì)城市基礎(chǔ)建設(shè)提出了更高的要求。為了緩解城市交通運(yùn)輸?shù)膲毫?，研制功能完善的城市智能交通控制系統(tǒng)任重而道遠(yuǎn)。在設(shè)計(jì)和建設(shè)城市智能交通控制系統(tǒng)的過程中，需要立足我國城市交通的發(fā)展現(xiàn)狀，充分發(fā)揮智能化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、人工智能技術(shù)等有效地運(yùn)用到交通服務(wù)、管理行業(yè)，建立起一套廣域范圍、多方位發(fā)揮作用的實(shí)時(shí)、高效的綜合運(yùn)輸管理體系，解決日益嚴(yán)重的交通問題。

1 研究背景

伴隨著我國城市化進(jìn)程的不斷加快及經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，國內(nèi)汽車保有量飛速增長，城市道路面臨越來越嚴(yán)重的交通擁堵等問題。以往使用的單一交通控制方式已經(jīng)不能滿足當(dāng)前城市交通的需求，智能交通控制系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，通過對(duì)交叉路口和相鄰路段的交通流量動(dòng)態(tài)變化自動(dòng)調(diào)節(jié)紅綠燈時(shí)長，最大限度地減少交叉路口通行車輛的排隊(duì)時(shí)間，提升城市交通控制系統(tǒng)的整體效率。智能交通控制系統(tǒng)符合我國目前交通控制的發(fā)展需求，有著很好的應(yīng)用和發(fā)展前景。

2 研究現(xiàn)狀

2.1 國外研究現(xiàn)狀

20世紀(jì)80年代，計(jì)算機(jī)技術(shù)得以飛速發(fā)展，自動(dòng)控制技術(shù)也得到不斷改良，城市交通控制技術(shù)的發(fā)展出現(xiàn)了新的方向，逐步由傳統(tǒng)的人為干預(yù)轉(zhuǎn)向機(jī)械智能化控制。此后，部分發(fā)達(dá)國家開始著手對(duì)智能化的交通控制系統(tǒng)進(jìn)行持續(xù)的研究，將城市交通控制加入智能交通運(yùn)輸大領(lǐng)域中，城市交通控制成為先進(jìn)交通管理系統(tǒng)的重要子系統(tǒng)。如今，各國使用較多的且最有代表性的交通控制系統(tǒng)包括澳大利亞的SCAT系統(tǒng)、英國的TRANSYT系統(tǒng)及SCOOT系統(tǒng)[1-3]等。

2.1.1 SCAT（Sydney Coordinated Adaptive Traffic Method）系統(tǒng)

SCAT系統(tǒng)使用了先進(jìn)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，呈現(xiàn)計(jì)算機(jī)分層遞階的形式，對(duì)于地區(qū)級(jí)控制采用聯(lián)機(jī)方式，而對(duì)于中央級(jí)控制則采用離線和聯(lián)機(jī)兩種模式，并且這兩種模式可以同時(shí)運(yùn)行。該系統(tǒng)使用相位差、綠信比及周期3種參數(shù)，但對(duì)于參數(shù)的選取并沒有聯(lián)系實(shí)際的交通模型，不能完全反映實(shí)時(shí)路況。SCAT系統(tǒng)組成如圖1所示。

2.1.2 TRANSYT（Traffic Network Study Tools）系統(tǒng)

TRANSYT系統(tǒng)自問世以來，隨著交通工程的實(shí)踐得到不斷的改進(jìn)和完善，到目前為止的最新版本是11版。該系統(tǒng)選取綠信比和相位差進(jìn)行靜態(tài)控制，被諸多國外城市使用，是公認(rèn)的最成功的靜態(tài)領(lǐng)域智能交通控制系統(tǒng)。但是，該系統(tǒng)在獲得整體最優(yōu)的配時(shí)方案時(shí)存在一定的困難，需要大量的交通流數(shù)據(jù)做支撐。TRANSYT方案流程圖如圖2所示。

2.1.3 SCOOT（Split Cyele and Offset Optimization Technique）系統(tǒng)

SCOOT系統(tǒng)通過利用實(shí)時(shí)聯(lián)機(jī)的動(dòng)態(tài)控制方式，對(duì)綠信比、周期及相位差3鐘參數(shù)進(jìn)行控制，該系統(tǒng)相對(duì)TRANSYT系統(tǒng)有更大的優(yōu)勢(shì)，但是SCOOT系統(tǒng)的相位不能自動(dòng)調(diào)整，實(shí)地調(diào)整工作相當(dāng)煩瑣等問題也需要改善。SCOOT系統(tǒng)工作流程圖如圖3所示。

2.2 我國智能交通控制系統(tǒng)的發(fā)展

2.2.1 我國城市交通控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

近年來，我國城鄉(xiāng)建設(shè)步伐迅速、人口不斷增多、道路車流量增幅巨大，目前國內(nèi)道路網(wǎng)設(shè)計(jì)已無法滿足近年來快速增長的交通需求。各級(jí)交通管理部門通過自主研究新的技術(shù)，并且積極從國外引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，目前已經(jīng)逐漸替代了原來單一的交通控制方式，諸多先進(jìn)控制技術(shù)不斷應(yīng)用到新的交通控制系統(tǒng)建設(shè)中。

在道路交通信號(hào)控制方面，王長君等人介紹了21世紀(jì)初國內(nèi)有關(guān)信號(hào)控制技術(shù)的研究，通過研究表明了在實(shí)際使用效果上，單向協(xié)調(diào)的效果較好，雙向協(xié)調(diào)的效果則不理想[4]。楊文臣等人基于模型交通控制、智能計(jì)算交通控制和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)交通控制3個(gè)方面綜述交通信號(hào)自適應(yīng)控制方法應(yīng)用研究的現(xiàn)狀，分析其技術(shù)特征和差異，探討在交通數(shù)據(jù)豐富的環(huán)境下，3類自適應(yīng)控制建模方法的關(guān)鍵問題和技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)[5]。唐少虎等人對(duì)城市道路交通信號(hào)控制方案對(duì)降雨條件下道路交通運(yùn)行參數(shù)特性欠缺考慮，尚未形成完善的降雨情景下城市道路交通信號(hào)控制方法的問題進(jìn)行研究[6]。王嘉文等人研究了雙相位信號(hào)控制交叉口人車交互時(shí)的避讓行為，通過研究提出了避讓率的概念[7];建立了考慮避讓率的交通參與者總延誤估計(jì)模型，對(duì)不同避讓率下的行人專用相位設(shè)置效果進(jìn)行靈敏度分析，針對(duì)不同城市區(qū)域分別給出設(shè)置條件。

在智能交通控制平臺(tái)設(shè)計(jì)方面，張立立等人針對(duì)傳統(tǒng)城市道路交通信號(hào)控制仿真存在的諸多問題，通過重構(gòu)開源交通仿真引擎和信號(hào)控制設(shè)備軟件、硬件框架，設(shè)計(jì)和開發(fā)了基于場(chǎng)景驅(qū)動(dòng)的交通信號(hào)控制一體化仿真平臺(tái)，并研究了其仿真效果[8]。通過對(duì)仿真結(jié)果的分析可以得出，基于場(chǎng)景驅(qū)動(dòng)的交通信號(hào)控制一體化仿真平臺(tái)的仿真規(guī)模大、實(shí)時(shí)性能良好、性能穩(wěn)定、運(yùn)行可靠，可用于需要大規(guī)模實(shí)時(shí)性仿真的城市交通信號(hào)控制，解決了傳統(tǒng)城市道路交通信號(hào)控制仿真出現(xiàn)的一些問題，對(duì)道路交通的仿真有很好的實(shí)際應(yīng)用效果。

龍瓊等人針對(duì)當(dāng)前城市舉辦大型活動(dòng)時(shí)市區(qū)內(nèi)部區(qū)域交通控制問題，提出了面向大型社會(huì)活動(dòng)的個(gè)性化區(qū)域交通控制方法，以解決大型活動(dòng)下的區(qū)域交通控制問題[9]。徐恩炷等人針對(duì)城市智能交通信號(hào)控制領(lǐng)域存在的控制效果差、算法收斂速度慢等問題，提出了一種基于異步優(yōu)勢(shì)行動(dòng)者—評(píng)論者算法的深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)的城市智能交通控制算法。該方法不僅解決了多個(gè)交通路口之間的協(xié)作問題及強(qiáng)化學(xué)習(xí)狀態(tài)空間的表達(dá)，并且有效控制方案的時(shí)間得到了降低，有效地提高了城市交通路網(wǎng)中路口的通行效率[10]。

2.2.2 我國集團(tuán)控制系統(tǒng)的發(fā)展思路

我國交通控制系統(tǒng)的發(fā)展，有必要打破傳統(tǒng)信號(hào)控制的研究方法，要有迎難而上的精神?？刂萍夹g(shù)的研究可以借助現(xiàn)代科技逐漸向智能化方向發(fā)展;控制模式要從靜態(tài)轉(zhuǎn)型向動(dòng)態(tài)發(fā)展，按照我國實(shí)際情況調(diào)整發(fā)展方向，使之適應(yīng)我國的交通控制系統(tǒng)。具體的研究發(fā)展思路如下：研發(fā)城市交通智能控制總控系統(tǒng);研制公交優(yōu)先的城鄉(xiāng)交通控制系統(tǒng);研制混合交通流的信號(hào)控制模擬評(píng)價(jià)系統(tǒng);研制信號(hào)控制管理信息平臺(tái);不斷提升信號(hào)機(jī)智能化水平。

3 個(gè)人評(píng)述

國內(nèi)有關(guān)智能交通控制系統(tǒng)的研究主要集中在信號(hào)控制、智能平臺(tái)設(shè)計(jì)優(yōu)化及符合城市自身屬性發(fā)展建設(shè)方面，研究方法主要有以下幾種：基于模型交通控制、基于智能計(jì)算交通控制及基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)交通控制3個(gè)方面的交通信號(hào)自適應(yīng)控制方法;基于智能交通系統(tǒng)（ITS）的人工智能技術(shù)（AI）;設(shè)計(jì)各類智能交通控制系;等等。從目前所有關(guān)于智能交通控制方面的研究內(nèi)容來看，多數(shù)研究是局部的、個(gè)案的、針對(duì)理論或理想環(huán)境下研討問題，有關(guān)實(shí)地應(yīng)用到交通控制的研究文獻(xiàn)較少，特別是智能交通控制平臺(tái)設(shè)計(jì)完成后后期系統(tǒng)的優(yōu)化與完善方面的研究缺乏，而針對(duì)研制功能完善的符合我國目前發(fā)展趨勢(shì)的智能交通控制系統(tǒng)研究具有重要的意義，需要相關(guān)學(xué)者深入探索。

4 發(fā)展展望

在分析國內(nèi)外城市交通控制系統(tǒng)后，結(jié)合我國國情，筆者提出未來我國道路智能交通控制系統(tǒng)應(yīng)具有如下功能。

（1）智能化。隨著信息時(shí)代的來臨，道路交通控制系統(tǒng)不僅要對(duì)交通流量進(jìn)行相應(yīng)的引導(dǎo)，還要具備引導(dǎo)車輛獲取實(shí)時(shí)道路交通信息等功能。

（2）多模式化。根據(jù)不同區(qū)域的實(shí)時(shí)交通狀況，以交叉口最大通行能力和最短延誤時(shí)間作為選擇不同系統(tǒng)的參考標(biāo)準(zhǔn)。

（3）最佳化。在建立了交通路網(wǎng)的動(dòng)態(tài)交通分配模型后，可以在一定的地理范圍內(nèi)調(diào)整交叉口的控制參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)交通流的動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)控制。

（4）規(guī)整化。在我國尚未建立起完整的道路交通控制體系之時(shí)，有必要根據(jù)道路狀況和交通流量制訂多種交通引導(dǎo)和道路使用計(jì)劃，使交通和道路更加有序。

5 總結(jié)

國內(nèi)智能交通控制系統(tǒng)的研究起步相對(duì)較晚，隨著國家一系列良好政策的實(shí)施，我國交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模逐漸擴(kuò)大。我國的交通運(yùn)輸部門和相關(guān)研究人員要不斷研究和采用新技術(shù)，學(xué)習(xí)更先進(jìn)的理論知識(shí)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)學(xué)科的綜合應(yīng)用，促進(jìn)城市智能交通系統(tǒng)的不斷完善與發(fā)展。

參 考 文 獻(xiàn)

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