信号实时动态优化调整机制探索

信号实时动态优化调整机制探索

赵景春杨培建李景鹏

济南市公安局交通警察支队

摘要：本文基于已广泛应用的信号控制系统，提出了一种信号实时动态优化调整系统，该系统以固定配时参数实时选择机制为基础，通过信号动态优化调整机制和自主学习机制能够更好的适应实时变化的交通状况，为信号控制领域提供了一条新思路、新方法。

关键词:信号；实时动态优化；调整机制

1研究背景及现状分析

1.1研究背景

最近几十年来，针对现有交通问题世界各国都提出了各种各样的解决方法，但是都没有从根本上解决好交通问题。随着科学技术的进步，利用通信、计算机、智能控制等手段，通过综合控制，充分发挥道路的通行能力，成为解决交通问题的一种最佳选择。我国城市路段上交叉口的控制方式大多还主要是定时控制，由于路段上各个交叉口的交通量是实时变化的，这种定时控制方式并不能很好的适应变化，所以也就无法从根本上解决交通问题。

1.2国内外研究现状

国外有三种典型的交通信号控制系统

（1）TRANSYT系统，它是最成功的固定配时协调控制系统，已被世界上400多个城市所采用，证明其产生的社会经济效益很显著。但也存在着许多不足。第一，计算量很大，在大城市中这一问题尤为突出；第二，周期时长不进行优化，事实上很难获得整体最优的配时方案；第三，因其离线优化，需大量的路网几何尺寸和交通流数据，在城市发展较快时，为保证可信度往往不得不花费大量时间、人力、财力重新采集数据再优化，制定新方案。

（2）SCATS系统，是一种实时配时（参数）方案选择的自适应控制系统。SCATS系统充分体现了计算机网络技术的突出优点，结构易于更改、改变，控制方案较为容易变换。然而SCATS系统有几个明显不足：第一，SCATS实为一种方案选择系统，限制了配时参数的优化程度；第二，选择相位差方案时，无车流实时信息反馈，可靠性低。

（3）SCOOT系统，是一种对实时交通状况进行模拟的自适应控制系统。SCOOT系统有一个灵活、准确的实时交通模型，不仅用于制订配时方案，还可以提供各种交通信息；SCOOT的不足是：第一，相位不能自动增减，相序不能自动改变；第二，饱和流率的校核未自动化，使现场安装调试时相当繁琐。

2现有系统优缺点分析

目前，我国许多大中城市都已经引进了国外的交通自适应控制系统，由于软、硬件系统都是从国外引进的，在国内使用纯粹这些控制系统，有如下一些问题：

（1）不能进行二次开发

从国外引进的系统不允许我们进一步开发，这就限制了针对国内特殊交通流状况，例如混和交通流进行交通信号控制系统软件的二次开发改进，由国外引进的自适应交通控制系统不能与国内其他ITS子系统进行信息共享，不能二次开发，在开发、维护过程中还需要支付高额的费用聘请国外专家，这就造成了极大的资金损失。

（2）引进系统价格昂贵

从价格上看，目前由国外引进的自适应交通控制系统核心部分的价格都在400万人民币左右，购置费用过高，大大降低了性价格比。

面向中国城市交通情况，开发研究实时自适应协调控制系统，成为我国城市交通控制系统发展的必由之路，这就要求我们在充分借鉴国内外研究成果的基础上，结合我国实际交通状况，开发一套具有我国自主知识产权的、可以与现有系统兼容的、可扩展性强的城市交通信号控制系统。

3信号实时动态优化调整系统研究

本文以TRANSYT系统为基础，SCOOT系统为核心，SCATS系统为辅助。提出了一种切实可行的信号实时动态优化调整系统，其本质是一种自适应系统。该系统由参数实时选择机制，实时交通信号模拟机制和自主学习机制，三大机制构成。

3.1系统工作原理

（1）配时参数实时选择机制，在系统投入运行后，执行一套配时参数与交通量等级的对照关系。即针对不同等级的交通量，选择响应最佳配时参数组合，将这套事先拟定的配时参数与交通量对应组合关系储存在中央计算机中。中央控制计算机则通过设在路口的车辆检测器提供的车流参数，自动选择合适配时参数，并把所选定的配时参数组合，传输到实时交通信号模拟机制中。

（2）实时交通信号模拟机制，配时参数实时选择机制传输的参数与实际交通流参数进行对比，然后进行仿真验证，根据仿真反馈的信息，对所选择的参数作优化调整，为了避免控制方案的不正常波动，各项交通信号配时参数的优化调整均频繁和小步距地进行。因此，它可以保证控制区域内的路网交通流在任何时段都在最佳配时方案控制下运行。

（3）自主学习机制，系统优化参数时，多次具有类似性的参数优化结果，自动储存在中心计算机，作为基础固定配时方案参数的一部分组成，为配时参数实时选择机制提供强大的数据支持，使系统更加智能化。

3.2系统工作流程

系统本身具有数套，具有代表性的固定配时方案的参数（例如早高峰、平峰、晚高峰），作为确定配时方案参数的基础。通过安装在上游路口出口处的车辆检测器采集到的实时交通信息，即检测路网上所有每一股交通流的动态情况（例如车流量、速度、时间占有率、排队长度等），通过数据传输系统把信息传递给中心计算机进行二次信息提取并存储，作为联机交通模型的输入数据。系统由配时参数实时选择机制和实时交通信号模拟机制两部分构成。配时参数实时选择机制对输入的实时交通数据进行联机分析，获取系统配时参数优化所需的车流量、速度、时间占有率、排队长度等信息以及其他一些可供系统分析所需信息。用提取的信息与系统本身具有的配时方案参数进行信息对比，模拟仿真，并根据仿真所反馈的信息，决定是否对现行配时参数进行调整和如何调整，调整后的配时方案参数再次通过仿真机制进行检验验证，最后所确定的配时参数汇总为一套配时方案，通过数据传输系统传递给信号机，信号机将根据最新收到的配时方案来控制路网上的信号灯的运行。

4本系统优缺点分析

4.1系统优点

系统能对交通状况的变化做出迅速的反应，并且两次通过交通仿真软件进行验证，且验证后接收仿真反馈信息，并进行相应的参数优化，使它们执行的控制方案能够最大程度的适应实时交通状况的客观需求。在系统中，由于配时参数是经过多次小步距调整累积而成的，这中间偶尔有几次错误的车辆检测器交通检测信息并不影响优化过程的总趋势。并且本系统通过检测出的交通流实时变化具有反馈调节机制，通过反馈能够有效的调节周期及相位的时长。当反馈信息积累到一定程度时，系统可改变自身的相序对实际交通流进行适应，以达到配时方案的最优化。系统具有的学习机制能够储存多次类似的优化结果，为配时参数实时选择机制提供强大的数据支持，使系统更加智能化。

4.2系统缺点

本系统最终还是没有打破原本系统的框架，只是在原本系统上进行的优化组合，并没有带来本质上的变革，还需要进一步的改进与研究。并且系统的准确性、稳定性还需要进一步的验证。

5论文展望

虽然本系统结合了多个系统的优点，但其本身还具有许多不足之处，还需要结合大量的实际运用案例进行改进与优化。信号实时动态优化调整机制的研究任重而道远，本系统仅迈出探索的一步。希望信号实时动态优化调整机制，能够为解决日益严峻的交通问题做出自己贡献。

参考文献：

[1]陈林《一种配时参数实时选择城市信号控制系统关键技术研究》.吉林大学[D].2006.

[2]于昊坤《道路交通干线协调控制信号配时方法研究及应用》.东南大学[D].2015.

[3]霍连秀《基于多智能体的信号配时方法研究》.山东理工大学[D].2013.