城市智能交通控制系統研究與設計

引言
根據中國目前的交通現狀及面臨的問題說明交通控制在經濟發展及城市化進程中的重大作用，并提出發展智能交通系統的重要目的和現實意義。智能交通系統是一個涉及面廣、綜合各種高新技術的研究領域。以下重點介紹智能交通系統分類及基于多智能體的城市交通控制系統設計。

1 國內城市交通現狀及面臨的問題
我國城市交通現狀是：城市交通基礎設施建設速度跟不上迅速增長的交通需求；常規公共交通萎縮；出租車和私人小汽車迅速增加；軌道交通開始起步；交通管理技術水平低。以上問題導致交通擁擠、交通事故、環境污染、以及能源問題將會日趨嚴重。
面臨的問題是：車型種類繁雜、混合交通嚴重；自行車等非機動車數量驚人；城市布局和交通不相適應；出行方式單一、沒有選擇余地；步行困難、事故多發。

2 城市交通控制的目的和意義
隨著社會經濟的發展、城市化進程的加快和機動車輛的迅猛增加，城市交通問題日益嚴重。城市交通擁擠不僅造成交通事故頻發、車輛延誤增大，而且進一步帶來能源浪費和環境污染的加劇，由此引起的不良社會后果更是難以估計。目前，城市交通問題已成為全球經濟發展的瓶頸，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范約束下，應用先進的技術手段，采用合適的運作方式來確保公共和私人運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在以下幾個方面：
(1)減少交通事故，增加交通安全。通過實施交通控制，可以把發生沖突的交通流從時間和空間上進行分離，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，可以對交通流進行有效的引導與調度，使城市交通流保持在一種平穩的運行狀態，從而避免或減緩交通擁擠，縮短在路車輛的交通延誤，提高交通運輸的整體效益。
(3)減少環境污染，降低能源消耗。實施良好的交通控制，可以減少在路車輛的停車次數，保持車輛在較佳的狀態下運行，大大減少尾氣排放和能源消耗。

3 城市交通控制系統的分類
城市道路交通控制系統可以從不同的角度進行分類，這里分別從空間關系、控制方式上對城市道路交通控制系統簡單分類。
3．1 按空間關系劃分
從空間關系上可以把城市交通系統分劃為單交叉口控制(點控制)、交通干線的協調控制(線控制)和區域交叉口的網絡控制(面控制)三種形式。
(1)單個交叉口的點控制
單個交叉口的點控制是一種最基本的控制方式。孤立交叉口點控制的控制參數是信號周期和綠信比，控制的目標一般是車輛延誤和交叉口的通行能力。在理想的情況下，希望總延誤時間最小和交叉口的通行能力得到最大的利用。由于點控制的設備簡單、投資省、維護方便，至今仍是應用較多的一種信號控制方式。從技術上講，它又分為離線點控制和在線點控制兩種形式。前者采用定時信號配時技術，目前仍然是其他控制方式的配時基礎；后者是交通響應控制或車輛感應控制，它是根據交叉口各個人口交通流的實際分布情況，合理分配綠燈時間到各個相位，從而滿足交通需求。
(2)干線交通的協調控制
城市路網中的交通干線承擔著很重的交通負荷，保證干線的交通暢通對改善一個地區甚至一個城市的交通狀況往往起著至關重要的作用。在城市交通路網中，有時交叉口相距很近，兩個相鄰的交叉口之間的距離通常不足以使一小隊車流在有限時間內完全疏散。單個交叉口分別設置單點信號控制時，車輛經常遇到紅燈，時停時開，行車不暢，環境污染嚴重。為了減少車輛在各個交叉口的停車次數，特別是當干線的車輛比較暢通時，相鄰交叉口之間的控制方案宜采用相互協調的控制策略。最初協調信號計時的方法是基于綠波的概念，相鄰交叉口執行相同的信號控制周期，主干線相位的綠燈開啟時刻錯開一定的時間，交叉口的次干線在一定程度上服從主干線的交通。
當一列車隊在具有許多交叉口的一條干線上行駛時，協調控制使得車輛在通過干線交叉口時總是在綠燈開始時到達，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間和能源消耗。干線交通協調控制的控制參數是周期長度。綠信比和相位差，控制的目標一般是車輛的平均延誤和停車次數。干線信號協調控制方法的設計流程圖如圖1所示。