一种多相位感应控制的配时方案设计

摘要：感应控制是城市交通信号控制的重要方法之一，特别适合于交通流量不大但随机波动较大的交叉口的信号控制。本文针对经典的感应控制所存在的效率不高等局限性，研究了感应控制的主要控制参数，给出了配时的推荐计算方法，分析了相序对感应控制的控制效果的影响，提出了一种变相序的多相位感应控制算法。本文所提算法在仿真平台进行了实验，实验结果证明比经典的感应控制方法所产生的车辆的平均延误要低，同时，算法简单易行，实用性较强。
关键词：感应控制；配时；变相序；仿真

0 引言
近年来，道路交通量急剧增加，城市道路问题已经成为现代城市迫切需要解决的重要问题之一，合理的控制策略能够提高交叉口的通行能力，对于一些交通流量较小，但随机波动较大的路口，宜采用感应控制。
经典的感应控制采用车来即延时的策略，根据经验设定固定的初始绿灯时间、单位绿灯延长时间、最大绿灯时间等参数，控制策略单一，很难适应动态的交通流状况。为了达到比较理想的控制效果，一些学者对感应控制的配时进行了深入研究，翟润平等就对延时策略进行了改进，通过计算绿时有效利用率来确定是否切换相位，提高了绿灯的有效利用率，但是增加了一个控制参数和控制的复杂度；王殿海等提出了一种可变单位绿灯延时的时间模型，考虑到了城市路段车流到达规律和驾驶员心理特性，比传统的固定单位绿灯延时有所改进，但是在降低车辆的平均延误上效果并不明显；邵峰等对两种单位绿灯延时的计算方法进行了比较，得到了一种减少车辆平均延误的单位绿灯延时的计算方法，但是其计算参数过多，计算复杂，实用性不强。上述研究皆对感应控制的部分配时参数进行了研究，但都采用固定周期、固定相序的方式。文献均考虑到了相序对交叉口通行能力的影响，对不同的交叉口采用不同的相序方案，但是没有考虑交叉口的车流量变化对相序的影响；沈国江等提出了一种交通流模型，根据排队长度的变化，采用模糊推理对相序转换时刻、相序的选择进行了优化，由于采用了八相位方案，算法复杂度较高，调节参数多，实时性和可靠性得不到保证，并且增加了绿灯损失时间；樊晓平等结合了模糊控制和神经网络控制的优点，实现了交叉口多相位的、相序可变的交通流控制，但是该方法对信号机系统的配置要求比较高，较难推广应用。
本文对交通感应控制中的信号配时进行了研究，提出一种动态相序的多相位感应控制算法，分析了初始绿灯时间、单位绿灯延长时间、最小和最大绿灯时间等对感应控制的影响，并给出了上述参数配时的计箕方法。本文所提算法简单实用，计算复杂度低，对系统配置要求不高，仿真结果表明，本文的方法较经典感应控制方法降低了交叉口的平均延误，是一种有效可行的方法。

1 感应控制原理概述
感应控制是通过车辆检测器检测到的车辆到达情况，动态调整各相位的配时以适应交通变化的一种实时控制方式，是一种典型的反馈控制过程，适用于交通流量不大但波动较大的交叉口控制。
传统的感应控制方式可分为半感应控制和全感应控制。在半感应控制中，检测器只安装在次干道上，主干道维持绿灯状态，当次干道检测到有车到达并且主干道最小绿时已经结束时，更换信号相位；而全感应控制中，主从干道无法明显地区分，交叉口的所有进口道上都安装检测器，其工作方式为：当某一信号相位开始启亮绿灯时，则预设一个“初始绿灯时间”，当初始绿灯时间结束时，再增加一个预置的时间间隔(一般为一个单位绿灯延长时间)，在此时间间隔内，若没有后续车辆到达，则立即更换相位；若检测器检测到有后续车辆到达，则每检测到一辆车，就从检测到车辆的时刻起，相位绿灯延长一个预置的“单位绿灯延长时间”，绿灯可一直延长到一个预置的“最大绿灯时间”，当相位绿灯时间延长到最大值时，则强制切换相位。
感应信号控制的三个基本参数分别为：最小绿灯时间、单位绿灯延长时间、最大绿灯时间。而检测器的埋设位置、相位相序的选择也对感应控制的控制效果有重要的影响。

2 感应控制主要参数的配时计算方法
本文主要研究单个交叉口的四相位全感应控制方法。为了达到较好的控制效果，就必须对感应控制的主要参数进行合理的配时，如图1所示，图中箭头表示该相位允许通过的车流方向，规定所有右转车辆可自由通行。考虑到车流的动态变化，设计出一种动态相序的控制算法，并对初始绿灯时间、绿灯延长时间、最小和最大绿灯时间给出了计算方法。