城市智能交通控制系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)

引言
根據(jù)中國目前的交通現(xiàn)狀及面臨的問題說明交通控制在經(jīng)濟(jì)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(tǒng)的重要目的和現(xiàn)實(shí)意義。智能交通系統(tǒng)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(tǒng)分類及基于多智能體的城市交通控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

1 國內(nèi)城市交通現(xiàn)狀及面臨的問題
我國城市交通現(xiàn)狀是：城市交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)速度跟不上迅速增長的交通需求；常規(guī)公共交通萎縮；出租車和私人小汽車迅速增加；軌道交通開始起步；交通管理技術(shù)水平低。以上問題導(dǎo)致交通擁擠、交通事故、環(huán)境污染、以及能源問題將會(huì)日趨嚴(yán)重。
面臨的問題是：車型種類繁雜、混合交通嚴(yán)重；自行車等非機(jī)動(dòng)車數(shù)量驚人；城市布局和交通不相適應(yīng)；出行方式單一、沒有選擇余地；步行困難、事故多發(fā)。

2 城市交通控制的目的和意義
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、城市化進(jìn)程的加快和機(jī)動(dòng)車輛的迅猛增加，城市交通問題日益嚴(yán)重。城市交通擁擠不僅造成交通事故頻發(fā)、車輛延誤增大，而且進(jìn)一步帶來能源浪費(fèi)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(jì)。目前，城市交通問題已成為全球經(jīng)濟(jì)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(guī)范約束下，應(yīng)用先進(jìn)的技術(shù)手段，采用合適的運(yùn)作方式來確保公共和私人運(yùn)輸方式具有最佳的交通條件。具體來說，交通控制的目的表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
(1)減少交通事故，增加交通安全。通過實(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(duì)交通流進(jìn)行有效的引導(dǎo)與調(diào)度，使城市交通流保持在一種平穩(wěn)的運(yùn)行狀態(tài)，從而避免或減緩交通擁擠，縮短在路車輛的交通延誤，提高交通運(yùn)輸?shù)恼w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，可以減少在路車輛的停車次數(shù)，保持車輛在較佳的狀態(tài)下運(yùn)行，大大減少尾氣排放和能源消耗。

3 城市交通控制系統(tǒng)的分類
城市道路交通控制系統(tǒng)可以從不同的角度進(jìn)行分類，這里分別從空間關(guān)系、控制方式上對(duì)城市道路交通控制系統(tǒng)簡單分類。
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(tǒng)分劃為單交叉口控制(點(diǎn)控制)、交通干線的協(xié)調(diào)控制(線控制)和區(qū)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(shù)是信號(hào)周期和綠信比，控制的目標(biāo)一般是車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(shè)備簡單、投資省、維護(hù)方便，至今仍是應(yīng)用較多的一種信號(hào)控制方式。從技術(shù)上講，它又分為離線點(diǎn)控制和在線點(diǎn)控制兩種形式。前者采用定時(shí)信號(hào)配時(shí)技術(shù)，目前仍然是其他控制方式的配時(shí)基礎(chǔ)；后者是交通響應(yīng)控制或車輛感應(yīng)控制，它是根據(jù)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，從而滿足交通需求。
(2)干線交通的協(xié)調(diào)控制
城市路網(wǎng)中的交通干線承擔(dān)著很重的交通負(fù)荷，保證干線的交通暢通對(duì)改善一個(gè)地區(qū)甚至一個(gè)城市的交通狀況往往起著至關(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(duì)車流在有限時(shí)間內(nèi)完全疏散。單個(gè)交叉口分別設(shè)置單點(diǎn)信號(hào)控制時(shí)，車輛經(jīng)常遇到紅燈，時(shí)停時(shí)開，行車不暢，環(huán)境污染嚴(yán)重。為了減少車輛在各個(gè)交叉口的停車次數(shù)，特別是當(dāng)干線的車輛比較暢通時(shí)，相鄰交叉口之間的控制方案宜采用相互協(xié)調(diào)的控制策略。最初協(xié)調(diào)信號(hào)計(jì)時(shí)的方法是基于綠波的概念，相鄰交叉口執(zhí)行相同的信號(hào)控制周期，主干線相位的綠燈開啟時(shí)刻錯(cuò)開一定的時(shí)間，交叉口的次干線在一定程度上服從主干線的交通。
當(dāng)一列車隊(duì)在具有許多交叉口的一條干線上行駛時(shí)，協(xié)調(diào)控制使得車輛在通過干線交叉口時(shí)總是在綠燈開始時(shí)到達(dá)，因而無需停車即可通過交叉口，形成一條交通流的綠波帶。綠波控制能有效提高車輛行駛速度和道路通行能力，確保道路暢通，減少車輛在行駛過程中的延誤時(shí)間和能源消耗。干線交通協(xié)調(diào)控制的控制參數(shù)是周期長度。綠信比和相位差，控制的目標(biāo)一般是車輛的平均延誤和停車次數(shù)。干線信號(hào)協(xié)調(diào)控制方法的設(shè)計(jì)流程圖如圖1所示。