交通控制

(1)交叉路口的交通控制

無論是優(yōu)先規(guī)則控制，還是信號(hào)控制，交叉口的車輛延誤均隨著交叉口交通流量的增大而增加。當(dāng)交叉口車流量較小時(shí)，宜采用優(yōu)先規(guī)則控制，因?yàn)榇藭r(shí)優(yōu)先規(guī)則控制下的車輛延誤小于信號(hào)控制下的車輛延誤;當(dāng)交叉口車流量較大時(shí)，宜采用信號(hào)控制，因?yàn)榇藭r(shí)信號(hào)控制下的車輛延誤小于停車讓路控制下的車輛延誤。

(2)道路網(wǎng)絡(luò)交通控制

(3)路段交通控制

(4)高速道路交通控制

城市交通控制的研究起源較早。

1868年英國(guó)倫敦燃汽信號(hào)燈的問世，標(biāo)志著城市交通信號(hào)使用的開始。

1913年，在美國(guó)俄亥俄州的Cleveland市出現(xiàn)了世界上最早的交通信號(hào)控制。

1917年，美國(guó)鹽湖城開始使用聯(lián)動(dòng)式信號(hào)系統(tǒng)，將六個(gè)路口作為一個(gè)系統(tǒng)，用人工手動(dòng)法控制。

1918年初，紐約街頭出現(xiàn)了新的人工手動(dòng)紅黃綠三色信號(hào)燈，同現(xiàn)在的信號(hào)機(jī)甚為相似。

1922年，美國(guó)休斯頓在大街上使用第一臺(tái)自動(dòng)交通信號(hào)機(jī)，是城市交通自動(dòng)控制信號(hào)機(jī)的開始。

1926年美國(guó)的Chicago市采用了交通燈控制方案，每個(gè)交叉口設(shè)有唯一的交通燈。此后，交通控制技術(shù)和相關(guān)控制算法得到迅速發(fā)展和改善，提高了交通控制的安全性、有效性并減少了對(duì)環(huán)境的影響。

20世紀(jì)30年代，美國(guó)、英國(guó)產(chǎn)生了氣動(dòng)橡皮管式的車輛感應(yīng)信號(hào)控制器，用以檢測(cè)交通流量，調(diào)整綠燈時(shí)間長(zhǎng)短。

20世紀(jì)70年代中期，北京制成了感應(yīng)式交通信號(hào)控制器。

20世紀(jì)80年代，北京、上海等大城市先后研制成功微機(jī)化的信號(hào)控制機(jī)和干線協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。

現(xiàn)代信息技術(shù)、電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展使以信號(hào)燈為主體的交通控制手段迅速發(fā)展，交通信號(hào)機(jī)由手動(dòng)到自動(dòng)，交通信號(hào)由固定周期到可變周期，系統(tǒng)控制方式由點(diǎn)控、線控到面控，進(jìn)而發(fā)展為智能交通控制系統(tǒng)。

1963年加拿大多倫多市建立了一套使用IBM650型計(jì)算機(jī)的集中協(xié)調(diào)感應(yīng)控制信號(hào)系統(tǒng)。之后，美國(guó)、英國(guó)、前聯(lián)邦德國(guó)、日本、澳大利亞等國(guó)家相繼建成計(jì)算機(jī)區(qū)域交通控制系統(tǒng)，這種系統(tǒng)一般還配備交通監(jiān)視系統(tǒng)組成交通管理中心。

直到20世紀(jì)80年代初，全世界建有交通管制中心的城市有300多個(gè)。各國(guó)廣泛使用最具代表性城市道路交通控制系統(tǒng)有英國(guó)道路研究所的TRANSYT、SCOOT系統(tǒng)和澳大利亞開發(fā)的SCATS系統(tǒng)。

近年來，英國(guó)、澳大利亞、歐洲和美國(guó)均在某些城市建立了交通控制系統(tǒng)。在這些系統(tǒng)中，大部分都在各路口附近安裝有磁性環(huán)路檢測(cè)器，并由各路口的控制裝置或工作人員將交通控制參數(shù)通過電話線、電纜、閉路電視線等通訊網(wǎng)絡(luò)輸入微處理器，用小型計(jì)算機(jī)進(jìn)行集中控制。

目前國(guó)內(nèi)已有一些自主開發(fā)的城市交通控制與管理系統(tǒng)，但在整體性能比國(guó)外同類系統(tǒng)仍有較大差距，只在一些中小城市得到一些應(yīng)用。國(guó)內(nèi)城市尤其是大城市引進(jìn)的交通系統(tǒng)大部分為進(jìn)口的SCOOT和SCATS系統(tǒng)。由于我國(guó)交通流是混合交通流，和國(guó)外的交通流大不相同，國(guó)外的交通控制系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)的使用效果不盡人意。與國(guó)外相比，我國(guó)目前交通狀況還比較落后，主要表現(xiàn)在:

(1)城市道路結(jié)構(gòu)不合理，大多數(shù)城市道路空間結(jié)構(gòu)屬平面交通狀態(tài)，形成"人車混行，快慢車混駛"的特點(diǎn)。主、次干道和支線比例失調(diào)，銜接關(guān)系紊亂，使干線道路難以發(fā)揮其功能。就道路面積來說，國(guó)內(nèi)的城市道路面積率低于世界上同等規(guī)模大城市。

(2)交通出行結(jié)構(gòu)失衡。國(guó)內(nèi)的城市交通主要由各種機(jī)動(dòng)車、非機(jī)動(dòng)車和行人構(gòu)成，形成特殊的三元混合交通結(jié)構(gòu)。

(3)交通管理技術(shù)水平低，交通事故頻繁。目前中國(guó)城市交通的問題呈現(xiàn)兩類典型現(xiàn)象:管理不力、秩序混亂;沒有科學(xué)、合理、有效的城市交通監(jiān)控系統(tǒng)。由此帶來的后果日趨嚴(yán)重。表現(xiàn)為路網(wǎng)通行能力明顯低于設(shè)計(jì)要求并且波動(dòng)性大、出行時(shí)間難以預(yù)測(cè)、高發(fā)交通事故、交通環(huán)境惡化、出行者容易疲勞等。

(1)不同類型立體交叉規(guī)劃時(shí)的占用土地和通行能力估算;

(2)按交通量和事故情況選擇;

(3)不同管理方式、不同等級(jí)相交道路，不同形式的平交路口通行能力不同;

(4)按相交道路性質(zhì)、類型選擇;

(5)其他因素。

單個(gè)交叉口獨(dú)立控制方式是一種最基本的控制方式。又分為離線點(diǎn)控制和在線點(diǎn)控制。

離線點(diǎn)控制采用定時(shí)信號(hào)配時(shí)技術(shù)，它的基本原理是將綠燈時(shí)間分成有限的具有固定順序的時(shí)間段(相位)，不同的交通流將根據(jù)固定綠燈時(shí)間和順序依次獲得各自的通行權(quán)。離線點(diǎn)控制特別適合于交通量小的交叉口，其信號(hào)配時(shí)方案是根據(jù)典型狀況的歷史交通數(shù)據(jù)制訂的，它又分為定周期控制方案與變周期控制方案。在定周期控制方案中，只有一種配時(shí)方案，信號(hào)燈一天24小時(shí)內(nèi)都執(zhí)行同一種方案。而變周期控制方案則將一天24小時(shí)分成不同的時(shí)間段，根據(jù)不同時(shí)間段內(nèi)交通流量的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，為交通信號(hào)機(jī)設(shè)置相應(yīng)的信號(hào)配時(shí)方案。由于在不同的時(shí)段信號(hào)配時(shí)不同，特別對(duì)于象上下班高峰期，其配時(shí)方案與其相對(duì)應(yīng)，因此可有效疏散交通流，盡可能地避免或減少交通擁擠。比定周期控制方案具有更大的靈活和適用性，實(shí)際應(yīng)用也較多。

在線點(diǎn)控制方案是指交通響應(yīng)控制(或車輛感應(yīng)控制)。它是根據(jù)交叉口各個(gè)入口交通流的實(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。

主干道交叉口的交通控制是一種線控方式。在城市道路網(wǎng)中，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隊(duì)車流完全疏散。當(dāng)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，油耗增加，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)，特別是希望干道上的車輛比較暢通，人們研究了干道相鄰交叉口協(xié)調(diào)控制策略。最初協(xié)調(diào)信號(hào)計(jì)時(shí)的方法是基于綠波概念，即相鄰交叉口執(zhí)行相同的信號(hào)周期，主干道上各交叉口同一相位的綠燈開啟錯(cuò)開一定時(shí)間，交叉口的次干道在一定程度上服從主干道的交通。當(dāng)一列車隊(duì)在具有許多交叉口的一條主干道上行駛時(shí)，協(xié)調(diào)控制使得車輛在通過干道交叉口時(shí)總是能在綠燈相位內(nèi)到達(dá)，因而無須停車通過交叉口。這樣能提高車輛行車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。

然而在復(fù)雜的城市交通網(wǎng)絡(luò)中，通常不能將所有道路設(shè)置成綠波。1969年研制的TRANSTY軟件包優(yōu)化分配每一個(gè)交叉口各相位的綠燈時(shí)間，每一個(gè)交叉口周期的起始時(shí)間和周期時(shí)間。由于TRANSTY通過一列車隊(duì)疏散模型考慮了相鄰交叉口的疏散程度，因此考慮了協(xié)調(diào)的需要。

在交通密度大的情況下，綠波會(huì)導(dǎo)致?lián)頂D以及交叉口的阻塞，同時(shí)主干道交通信號(hào)控制方法實(shí)際上犧牲了次干道上的交通流的利益。區(qū)域交通信號(hào)控制的控制對(duì)象是城市或某個(gè)區(qū)域中所有交叉口的交通信號(hào)。計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制和車輛檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展使這種技術(shù)成為可能。因?yàn)樗枰獙⒔煌鲾?shù)據(jù)收集并經(jīng)通信網(wǎng)傳到區(qū)域控制中心的上位機(jī)，上位機(jī)根據(jù)網(wǎng)上交通量的實(shí)時(shí)變化情況，以區(qū)域內(nèi)所有車輛通過這些交叉口時(shí)所產(chǎn)生的總損失(包括延誤、停車次數(shù)、油耗等)最小為目標(biāo)，按一定時(shí)間步距不斷調(diào)整正在執(zhí)行的配時(shí)方案。這種方式實(shí)現(xiàn)了區(qū)域內(nèi)交叉口之間的統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理，提高了路網(wǎng)運(yùn)行效率。

目前，國(guó)外的典型城市控制系統(tǒng)有英國(guó)的TRANSYT和SCOOT、澳大利亞的SCATS、德國(guó)的Siemens等，國(guó)內(nèi)有深圳的STC、南京的交通控制系統(tǒng)以及天津的交通控制系統(tǒng)。

現(xiàn)有的城市交通控制系統(tǒng)中，無論是單點(diǎn)控制、干線控制還是區(qū)域控制，也不論是靜態(tài)控制還是動(dòng)態(tài)自適應(yīng)控制，控制算法采用模糊數(shù)學(xué)還是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，都只考慮交通控制系統(tǒng)自身，而忽略了交通控制對(duì)交通流的影響，更不考慮交通誘導(dǎo)系統(tǒng)的影響。本質(zhì)上都是一種解決現(xiàn)有交通流通過交叉口的方法。

在智能交通系統(tǒng)中，交通控制與交通誘導(dǎo)綜合考慮，即在交通需求已知情況下，交通流受到交通控制與交通誘導(dǎo)的雙重影響，其隨機(jī)性變小、確定性增加。但在城市交通系統(tǒng)中，各交叉口的控制情況和控制方法并不相同。按控制情況可分為無控制交叉口、獨(dú)立控制交叉口、干線控制交叉口、區(qū)域控制交叉口;按控制方法可分為靜態(tài)定周期控制、靜態(tài)變周期控制、單交叉口獨(dú)立自適應(yīng)控制、主干道線性控制和區(qū)域控制。因此，城市智能交通系統(tǒng)中的交通控制問題更為復(fù)雜。

交通信號(hào)控制系統(tǒng)是利用道路交叉口設(shè)立的交通燈信號(hào)對(duì)沖突交通流從時(shí)間上進(jìn)行優(yōu)化分配的裝置?；緟?shù)如下:

1) 交通信號(hào)燈:機(jī)動(dòng)車與非機(jī)動(dòng)車信號(hào)燈通常有三種顏色，即紅、綠、黃。紅色表示不可通行，綠色表示可以通行，黃色表示越過停車線的車輛可以繼續(xù)通行，其它不可通行。行人過街信號(hào)燈通常有兩種顏色，即紅、綠。紅色表示不可通行，綠色表示可以通行。

2) 綠燈時(shí)間G:一個(gè)相位綠燈信號(hào)保持不變的時(shí)間。

3) 相位P:是對(duì)于一個(gè)路口多方向交通流而言，一組互不沖突的交通流即可構(gòu)成為一個(gè)相位。

4) 周期C:信號(hào)燈的各種燈色輪流顯示一次所需要的時(shí)間。

5) 綠燈間隔:在一個(gè)周期內(nèi)，一個(gè)相位有效綠燈轉(zhuǎn)換為下一個(gè)有效綠燈之間的時(shí)間間隔。

6) 全紅時(shí)間:在交通信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換期間，為交通安全而設(shè)立的所有交通信號(hào)為紅燈的過渡時(shí)間。

7) 綠信比λ:一個(gè)相位信號(hào)有效綠燈時(shí)長(zhǎng)與周期時(shí)長(zhǎng)之比。

8) 相位差offest:相鄰路口同一相位綠燈(或紅燈)起始時(shí)間之差。

9) 飽和率s:在穩(wěn)定交通流情況下，一個(gè)交叉口每車道可通過的最大流量率。

10) 通行能力ca:在現(xiàn)行信號(hào)控制下，單位時(shí)間內(nèi)每車道可通過的最大車輛數(shù)。

11) 飽和度ρ:交通流率ν與通行能力的比，即流量-容量比。

交通控制對(duì)于組織、指揮和控制交通流的流向、流量、流速、維護(hù)交通秩序等均有重要的作用，從時(shí)間上將相互沖突的交通流予以分離，使其在不同時(shí)間通過，以保證行車安全，同時(shí)迫使車流有序的通過路口，提高了路口通過效率和通過能力，并且減小了噪聲，降低了汽車尾氣對(duì)環(huán)境的污染。

(1)以交通限制為主的控制

(2)以交通信號(hào)為主的控制

(3)以傳遞情報(bào)信息為主的控制

(1)單點(diǎn)控制

(2)干線控制

(3)區(qū)域控制

(1)單點(diǎn)定時(shí)控制

(2)單點(diǎn)感應(yīng)控制

感應(yīng)控制的原理是根據(jù)車輛檢測(cè)器測(cè)量的交通流數(shù)據(jù)調(diào)整相應(yīng)的綠燈時(shí)間的長(zhǎng)短和時(shí)間順序，以適應(yīng)交通流的隨機(jī)變化。

(3)干線無電纜協(xié)調(diào)控制

(4)干線有電纜協(xié)調(diào)控制

(5)區(qū)域定時(shí)協(xié)調(diào)控制

(6)區(qū)域自適應(yīng)協(xié)調(diào)控制

自適應(yīng)控制是根據(jù)檢測(cè)到的有關(guān)道路交通信息，并基于預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)到的未來交通需求，從系統(tǒng)信號(hào)配時(shí)方案庫(kù)中選擇相應(yīng)的優(yōu)化方案，或?qū)崟r(shí)計(jì)算產(chǎn)生相應(yīng)的優(yōu)化控制方案實(shí)現(xiàn)交通自動(dòng)控制。

(1)人工優(yōu)化技術(shù)

(2)脫機(jī)優(yōu)化技術(shù)

(3)聯(lián)機(jī)優(yōu)化技術(shù)