平面交叉口自适应配时优化设计

摘要: 从自适应信号控制着手，寻找缓解交通拥堵的有效方法。自适应控制一般选择交通流量较大、交通流波动较大的交叉口，以往的感应控制存在检测器对交叉口检测信息少和对信息利用方式的简单、单调等问题。要有效解决平面交叉口的交通信号控制问题，提高交叉通信号控制效率，使交叉口具有最大的实际通行能力和最小的延误，就必须综合利用不同检测信息。论文借助于VISSIM软件，提出了新的自适应信号控制方法，对路口进行自适应信号控制设计,运用VISSIM软件对所设计的自适应信号控制进行了仿真分析。

关键词：平面交叉口， 交通拥挤自动判别方法，自适应信号控，VISSIM，交通仿真

中图分类号：C913.32 文献标识码：A 文章编号：

0 引言

解决交通问题特别是交通拥堵问题非常重要，一方面规划阶段要做好交通规划，一方面要优化城区的信号控制方式，使其从目前的定时信号控制逐步过渡到联动控制和自适应控制。所以有必要运用一定的数学算法定量分析交叉口之间的交通流关系，把提高路段车速和防止路段出现车辆过多造成的拥堵作为配时研究的主要方向，通过实时协调控制交叉口信号灯，以期获得提高两交叉口之间平均车速的一种配时，同时达到减少拥堵的效果。

1自适应配时优化模型的建立

1.1优化的指标确定

根据客观要求确定优化方案指标构成要素：

密度K，车辆到达数Ni，排队长度L，车辆分布特征估计。

1.2配时策略的确定

假设路段之间只用十字交叉口作为连接形式，通过分层优化，首先以路段为基础，研究优化路段两端信号配时情况用来达到提高路段平均车速，车流平均分布的目的；再通过交叉路口相邻的路段所形成的配时数据为依据，根据与交叉路口相邻的各个路段的实时交通量之间的关系，通过一种算法给出交叉口配时优化方案；然后把相互之间交通流相关的交叉口之间看做一个黑箱，主要考虑交通流在黑箱区域的输入和输出情况，结合前两层的配时方案，通过对总量相关的各信号交叉口实施配时方案进一步修正，达到配时区域进出总量小于通行能力，从而提高平均车速，减少拥堵。

1. 3配时方法的确定

配时策略：

STEP 1:

如果一个行车方向路段两端都是绿灯。

When 路段车辆预测将达到临界密度Kj，且超过临界密度导致拥堵出现，进口段给红灯时间Ru，出口段不变灯。

此时红绿灯时间具体算法：设路段现有密度为K0，路段预测达到临界密度Kj所用时间T0，给定进口段单位绿延时间：

STEP 2:

如果当一个路段的进口段是红灯，出口端是绿灯时

当路段内车辆密度降低到自由流密度K1（使得车辆可以保持稳定的速度v0）进口段配绿灯时延长时间，使得时间内增加的交通量能够顺利通过路段，且保持稳定速度V1。

出口端有两种选择策略:

1，当预测时无车流存在，或达到绿灯极限时间Gmax时，出口段给红灯时间R1，其时间确定依据下一个车流到达时间ts和绿信比λ1确定。

R1=ts+aλ1(a为加权因子。)

2，当预测时，没有达到绿灯极限延长时间Gmax，且预测排队车辆通过时间t1小于绿灯极限时间Gmax，出口段维持绿灯时间，维持绿灯时间由t1决定：

G=a*t1 (a为配时修正系数。)

STEP 3:

如果两端都是红灯

When段内车辆数N少于一次停车数N0，车辆N通过时间为T，进口段给绿灯时间G1，

G1=Ts+，

转到STEP 4

else

段内车辆数N> N0，出口端给红灯时间R2后变绿灯，到STEP 2.

STEP 4：

If进口段绿灯，出口段红灯

When：路段饱和度(v/c)达到一定值（0.9左右）平均车速V0

2自适应配时程序设计

2.1VISVAP简介

在Vissim中，信号控制可以设置成VAP类型，VisVAP增强了自由定义的信号控制逻辑的使用，它提供给用户一个便捷的工具，使用VAP程序语言（Vehicle Adaptive Programming），通过程序流程框图来建立和编辑程序逻辑。VisVAP中控制文件为VAP程序设计，依据RiLSA 1992(德国信号控制规范)， PUA文件为其主要的信号控制文件。

*PUA设计文件如下：

SIGNAL_GROUPS

$

K1 1

K2 2

$STAGES

$

Stage_1 K1 K2

Stage_2 K2

red K1

Stage_3 RED K1 K2

Stage_4 K1

red K2

$STARTING_STAGE

$

stage_1

$INTERSTAGE 1

length[s] :5

from stage :1

to stage :2

$

K1 -127 0

K2 2 127

$INTERSTAGE2

Length[s] :5

From Stage :2

To Stage :3

$

K1 2 127

K2 -127 0

$INTERSTAGE3

Length[s] :5

From Stage :3

To Stage :2

$

K1 2 127

K2 0 127

$INTERSTAGE4

Length[s] :5

From Stage :3

To Stage :4

$

K1 2 127

K2 2 127

$INTERSTAGE4

Length[s] :5

From Stage :4

To Stage :1

$

K1 -127 0

K2 2 127

$END

2.2对照仿真实验

运行VISSIM软件，通过对两个交叉口之间进行定时配时仿真和自适应配时仿真，比较 车辆平均行程时间、平均排队长度、平均停车次数、平均延误以及行人平均行车时间进行评价分析，用来评判自适应程序设计。

2.3仿真结果对比分析

2.3.1仿真数据分析

仿真数据对比分析

检测的主要数据是道路的平均速度，自适应控制时的平均速度比定时控制时的平均速度提高了15%左右。这是由于在自适应控制的信号设计过程中，充分考虑了主干道的交通量变化，当主干道交通量变大时，主干道得到的绿灯时间也将相应的增大。

两种配时方法仿真后经过对比，自适应控制车速波动小，车流稳定，原因是自适应配时方案控制了交叉口之间的路段进出入交通量，从而容易形成稳定车流，有利于平稳车速。

3结束语

论文对两个交叉口进行自适应信号控制优化设计，通过VISSIM仿真，验证了论文所提出的自适应信号控制方法明显优于定时控制方法，这也说明本文的设计思想是可行的。

4参考文献

[1]姜桂艳.道路交通状态判别技术与应用[M].北京：人民交通出版社，2004.9：103-160.

[2]刘智勇.智能交通控制理论及其应用[M].北京：科学出版社，2003:192-208.

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