刘辰迪
中国城市建设研究院有限公司 北京 100120
摘要：在当今城市的发展进程中，道路交通信号系统有着极其重要的地位与作用，是城市道路运输发展的必要部分。如今，科学技术发展日新月异，汽车技术的进步对信号系统也提出了更深层次的发展要求。对此，如何正视城市道路交通信号系统的内涵与问题，探究出动态优化策略，已经成为当前我国城市化建设亟待面临的问题。
关键词：城市道路交通；交通信号系统；系统动态优化
引言：
现如今，城市道路交通借科技之力，进行智慧管控，改变依靠路口警力指挥、单点作战的传统方式。利用大数据，进行实时交通感知和分析，精准优化信控方案，确保整体管控、整体流量流向的一个均衡优化，对整体的流向进行多级调节。信号灯配时优化，是一场提升交通管理效能的革命。因为流量总在变化，所以信号灯配时方案排查调优工作只有进行时，没有完成时。在我国交通系统发展非常迅速，但也带来了一些无可避免的问题。在所有问题中，信号系统故障较为常见。所以，提高信号系统运行安全性是确保城市道路交通系统安全稳定运行的基础。
1 城市道路交通信号系统现状
随着我国道路交通系统的日益发展完善，城市道路在保证城市社会经济正常活动的方面起到了越来越重要的作用，以城市主干道、城市快速路为代表的道路交通犹如人体动脉血管发挥的作用，直接影响着干线道路周边大范围路网的交通运行状态。目前，提高城市道路交通运行效率最有效的办法是对交通信号进行协调优化控制，使其尽量保证道路交通流的连续性和通畅性，但由于我国各大城市道路所在路网与次干线之间大部分是平交路口，因此在对道路进行交通信号协调优化时，必须考虑次干线交通运行状态以及周边路网的交通需求和交通流时空分布。常见的城市道路交通信号优化控制研究思路是根据道路周边交通环境条件，对所有交叉口进行统一分组考虑，对沿线交通信号系统控制策略采取以联动形式为特征的系统控制方案。这种交通信号系统控制思路从整体形式上符合干线信号协调控制的思路和要求，但实际运行操作过程是以相邻两个交叉口之间的个体交通流为研究目标，缺失干线信号协调控制核心问题的研究和运用。具体表现在干线交通流出现上游通畅下游堵塞；干线信号红灯下车辆排队长度是否与实际道路交通情况相适应；干线绿灯亮起时交叉口滞留车辆消散所占用时间与信号周期是否相协调。由此可见，城市道路干线交通信号协调优化控制问题研究应当从基于过程的研究导向转变为基于问题的研究导向，这样才能符合交通运行实际状况。
2 基于红绿灯模型的干线交通信号协调优化控制关键问题研究
在城市交通管理工作中，对城市道路进行交通信号优化协调控制是目前最为常见的方式。通常意义上来讲，城市道路连续交叉口之间的交通流运行过程，表象上遇到的红灯越少，停车次数越少，这条道路的通畅程度越好、运行效率越高，也就是所谓的“绿波带”信号控制思路。但是实际情况是城市道路交通流从不饱和的某一个时刻起，这种“绿波带”信号控制效果逐步呈现出衰减的现象，而且衰减程度随信号周期推移和交通流密度增加越来越大，造成这种现象既有宏观的交通流量增加，车辆在道路的空间和时间占有率增加的原因，也有微观的个体车辆运行过程急减速、左转弯车流引起交通冲突、突发交通事件影响交通流稳定状态的原因。因此，要实现道路信号协调控制应当放眼道路整体，以整体交通流为研究目标按交叉口顺序系统分析道路信号协调关键问题，确定系统信号周期、车辆排队长度、车流消散耗时之间的关联性，采取科学合理、与实际交通运行状态高度拟合的信号协调控制方案。对于道路信号协调优化控制而言，其最主要的功能和作用是在时间上对交通流进行合理分配，使道路车辆和交叉口其它车辆根据所设的相位在信号周期内最大限度的利用通行时间，提高信号周期的时间占用率和交叉口的空间占用率。
对于道路连续的交叉口而言，上游交叉口在绿灯亮起后交通流以饱和的运行状态大体上按照车辆排队次序驶向下游交叉口，如果以整体道路交通流运行状态为研究目标，合理计算消除由于上游红灯亮起车辆排队造成的延误和绿灯亮起时车辆排队消散造成的时间延误，使道路车流尽可能达到无需停车、超车形成稳定交通流的运行状态，这样就系统全面的兼顾考虑到了上下游交通流是否一直通畅、红灯下车辆排队长度是否与实际道路交通情况是否向拟合、绿灯亮起时滞留排队车辆消散时间是否会引起道路信号协调控制效果衰变等关键问题。
3 城市道路交通信号动态优化策略
3.1 自适应控制
3.1.1 优化模式
该系统根据由RayTV集成机收集的横截面流量数据，计算与交叉路口的交通需求相匹配的信号控制参数。该系统分为三种优化模式：绿色字符比例优化，周期优化以及绿色字符比例和周期优化[2]。此外，为避免由于异常检测数据而导致计算结果发生过多变化，通过对绿色信号比率的变化范围，周期的变化范围，相位的最大绿色和最小绿色进行限制，从而提高了系统计算的容错性。
3.1.2 优化逻辑
1）计算一组交叉口车道中每个车道的等效交通量。2）计算泳道组中每个泳道的等效直接饱和流量。3）计算泳道组中每个泳道的流速。4）确定主要交通流量和流量之和是否超过实际饱和极限[3]。如果主要交通流量之和为0.9或更小，请输入步骤5）以计算信号周期，如果主要交通流量之和为0.9，则将信号周期设置为最大值并继续执行步骤6）以分配绿色信号时间。5）计算信号周期。计算公式如下：其中L是周期中的总损失时间，Y是主要交通流量之和。C=（1.5L+5）/（1-Y）。6）分配绿色时间。
3.2 防溢控制
3.2.1 优化模式
如果交叉路口过饱和且未及时控制，则车辆通常会等到上游交叉路口，导致车辆溢出。当十字路口的等待长度达到危险值时，系统激活防溢控制，溢流十字路口（以下称为“关键交叉口”）增加了绿色指示时间，下游交叉口对应于车道，从而减少了绿色指示时间[4]。增加。尽快疏散等候在交叉路口的车辆，以控制车辆的到达并减少与上游交叉路口的坡道相对应的绿灯时间。
3.2.2 优化逻辑
为每个斜坡段设置等待长度安全值q1和危险值q2，并根据实时检测等待长度q执行不同的控制策略。情况1：q1≥q，保持或恢复到原始控制模式操作；情况2：q2＞q＞q1，如果未打开防溢控件，则继续运行原始控制方案。根据当前的工作方式，如果启用了防溢出控制，则关键交叉口上相应步骤的绿灯时间将增加，相关交叉口上相关步骤的绿灯时间将改变（上游将减少绿灯时间，下游将是绿灯时间情况3：q2≤q，防溢控制打开，按键穿越的相应步绿色指示时间增加，相关穿越的相关步绿色时间改变（上游减少绿色时间，下游增大绿灯）。在关键时间段T0运行此方案。如果队列长度的检测值始终为q2≤q，则绿灯会继续增加时间，并且更改的大小等于常规优化参数的单个绿色信号比率更改。
结束语：
综上，信号系统对整个城市道路交通系统的运行非常重要，只有深刻了解信号系统运行过程中所存在的安全问题，才能有针对性地采取解决措施，确保信号系统的可靠性、稳定性和安全性，提升整个城市道路交通系统的运行水平。
参考文献：
[1]汤旻安,董海龙,程海鹏.基于人工鱼群的五岔路口交通信号优化控制[J].控制工程,2019,26(07):1284-1290.
[2]蔡延光,黄柏亮,蔡颢,黄何列,戚远航.公交优先交通信号优化控制的动态自适应混沌粒子群优化算法[J].东莞理工学院学报,2017,24(05):32-39.
[3]李亚军.基于在线仿真的城市大范围路网主动式信号优化控制技术研究[J].警察技术,2017(05):91-94.
[4]赵小方,吴文祥.基于动态网络加载的交通信号配时优化[J].微型机与应用,2016,35(11):4-7.