交通控制作用

交通控制對于組織、指揮和控制交通流的流向、流量、流速、維護交通秩序等均有重要的作用，從時間上將相互沖突的交通流予以分離，使其在不同時間通過，以保證行車安全，同時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，降低了汽車尾氣對環(huán)境的污染。

城市交通控制的研究起源較早。

1868年英國倫敦燃汽信號燈的問世，標志著城市交通信號使用的開始。

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

1917年，美國鹽湖城開始使用聯(lián)動式信號系統(tǒng)，將六個路口作為一個系統(tǒng)，用人工手動法控制。

1918年初，紐約街頭出現(xiàn)了新的人工手動紅黃綠三色信號燈，同現(xiàn)在的信號機甚為相似。

1922年，美國休斯頓在大街上使用第一臺自動交通信號機，是城市交通自動控制信號機的開始。

1926年美國的Chicago市采用了交通燈控制方案，每個交叉口設(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、有效性并減少了對環(huán)境的影響。

20世紀30年代，美國、英國產(chǎn)生了氣動橡皮管式的車輛感應(yīng)信號控制器，用以檢測交通流量，調(diào)整綠燈時間長短。

20世紀70年代中期，北京制成了感應(yīng)式交通信號控制器。

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

現(xiàn)代信息技術(shù)、電子技術(shù)、自動控制技術(shù)及計算機技術(shù)的發(fā)展使以信號燈為主體的交通控制手段迅速發(fā)展，交通信號機由手動到自動，交通信號由固定周期到可變周期，系統(tǒng)控制方式由點控、線控到面控，進而發(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型計算機的集中協(xié)調(diào)感應(yīng)控制信號系統(tǒng)。之后，美國、英國、前聯(lián)邦德國、日本、澳大利亞等國家相繼建成計算機區(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80年代初，全世界建有交通管制中心的城市有300多個。各國廣泛使用最具代表性城市道路交通控制系統(tǒng)有英國道路研究所的TRANSYT、SCOOT系統(tǒng)和澳大利亞開發(fā)的SCATS系統(tǒng)。

近年來，英國、澳大利亞、歐洲和美國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，用小型計算機進行集中控制。

目前國內(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。國內(nèi)城市尤其是大城市引進的交通系統(tǒng)大部分為進口的SCOOT和SCATS系統(tǒng)。由于我國交通流是混合交通流，和國外的交通流大不相同，國外的交通控制系統(tǒng)在國內(nèi)的使用效果不盡人意。與國外相比，我國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。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。國內(nèi)的城市交通主要由各種機動車、非機動車和行人構(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、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重。表現(xiàn)為路網(wǎng)通行能力明顯低于設(shè)計要求并且波動性大、出行時間難以預(yù)測、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。

(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。當交叉口車流量較小時，宜采用優(yōu)先規(guī)則控制，因為此時優(yōu)先規(guī)則控制下的車輛延誤小于信號控制下的車輛延誤;當交叉口車流量較大時，宜采用信號控制，因為此時信號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

(1)以交通限制為主的控制

(2)以交通信號為主的控制

(3)以傳遞情報信息為主的控制

(1)單點控制

(2)干線控制

(3)區(qū)域控制

(1)單點定時控制

(2)單點感應(yīng)控制

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

(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)檢測到的有關(guān)道路交通信息，并基于預(yù)測模型預(yù)測到的未來交通需求，從系統(tǒng)信號配時方案庫中選擇相應(yīng)的優(yōu)化方案，或?qū)崟r計算產(chǎn)生相應(yīng)的優(yōu)化控制方案實現(xiàn)交通自動控制。

(1)人工優(yōu)化技術(shù)

(2)脫機優(yōu)化技術(shù)

(3)聯(lián)機優(yōu)化技術(shù)

交通信號控制系統(tǒng)是利用道路交叉口設(shè)立的交通燈信號對沖突交通流從時間上進行優(yōu)化分配的裝置。基本參數(shù)如下:

1) 交通信號燈:機動車與非機動車信號燈通常有三種顏色，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) 綠燈時間G:一個相位綠燈信號保持不變的時間。

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

4) 周期C:信號燈的各種燈色輪流顯示一次所需要的時間。

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

6) 全紅時間:在交通信號進行轉(zhuǎn)換期間，為交通安全而設(shè)立的所有交通信號為紅燈的過渡時間。

7) 綠信比λ:一個相位信號有效綠燈時長與周期時長之比。

8) 相位差offest:相鄰路口同一相位綠燈(或紅燈)起始時間之差。

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

10) 通行能力ca:在現(xiàn)行信號控制下，單位時間內(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。

單個交叉口獨立控制方式是一種最基本的控制方式。又分為離線點控制和在線點控制。

離線點控制采用定時信號配時技術(shù)，它的基本原理是將綠燈時間分成有限的具有固定順序的時間段(相位)，不同的交通流將根據(jù)固定綠燈時間和順序依次獲得各自的通行權(quán)。離線點控制特別適合于交通量小的交叉口，其信號配時方案是根據(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，只有一種配時方案，信號燈一天24小時內(nèi)都執(zhí)行同一種方案。而變周期控制方案則將一天24小時分成不同的時間段，根據(jù)不同時間段內(nèi)交通流量的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，為交通信號機設(shè)置相應(yīng)的信號配時方案。由于在不同的時段信號配時不同，特別對于象上下班高峰期，其配時方案與其相對應(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，實際應(yīng)用也較多。

在線點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)交叉口各個入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。

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，兩個相鄰的交叉口之間的距離通常不足以使一隊車流完全疏散。當交叉口分別設(shè)置單點信號控制時，車輛經(jīng)常遇到紅燈，時停時開，行車不暢，油耗增加，環(huán)境污染嚴重。為了減少車輛在各個交叉口的停車次數(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)信號計時的方法是基于綠波概念，即相鄰交叉口執(zhí)行相同的信號周期，主干道上各交叉口同一相位的綠燈開啟錯開一定時間，交叉口的次干道在一定程度上服從主干道的交通。當一列車隊在具有許多交叉口的一條主干道上行駛時，協(xié)調(diào)控制使得車輛在通過干道交叉口時總是能在綠燈相位內(nèi)到達，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間。

然而在復雜的城市交通網(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)化分配每一個交叉口各相位的綠燈時間，每一個交叉口周期的起始時間和周期時間。由于TRANSTY通過一列車隊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，綠波會導致?lián)頂D以及交叉口的阻塞，同時主干道交通信號控制方法實際上犧牲了次干道上的交通流的利益。區(qū)域交通信號控制的控制對象是城市或某個區(qū)域中所有交叉口的交通信號。計算機、自動控制和車輛檢測技術(shù)的發(fā)展使這種技術(shù)成為可能。因為它需要將交通流數(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，上位機根據(jù)網(wǎng)上交通量的實時變化情況，以區(qū)域內(nèi)所有車輛通過這些交叉口時所產(chǎn)生的總損失(包括延誤、停車次數(shù)、油耗等)最小為目標，按一定時間步距不斷調(diào)整正在執(zhí)行的配時方案。這種方式實現(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)運行效率。

目前，國外的典型城市控制系統(tǒng)有英國的TRANSYT和SCOOT、澳大利亞的SCATS、德國的Siemens等，國內(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)控制還是動態(tài)自適應(yīng)控制，控制算法采用模糊數(shù)學還是神經(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交通流的影響，更不考慮交通誘導系統(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的雙重影響，其隨機性變小、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雜。