智能交通燈系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)

PAGEPAGE19智能交通燈系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)摘要隨著我國經(jīng)濟(jì)水平的高速發(fā)展,人民的消費(fèi)水平不斷提高,在道路上行駛的各種機(jī)動車輛不斷增多,這給城市交通帶來了巨大壓力。傳統(tǒng)的單交叉口交通信號控制一般采用定時控制方案,這種方案最主要的缺點(diǎn)在于,當(dāng)車流量變化較大時,時常會因?yàn)榉判胁缓侠韺?dǎo)致交通阻塞。為此,研制一套根據(jù)車流量自動控制交通燈時長的智能交通控制系統(tǒng)是很有意義的。本文從整個城市的交通出發(fā)，結(jié)合程序設(shè)計(jì)思想建立了適于計(jì)算機(jī)仿真區(qū)域控制的路網(wǎng)模型。從系統(tǒng)的角度闡述了未來交通中保存交叉口定時相位控制的必要性，并以面向?qū)ο蠓抡婕夹g(shù)刻畫交叉口交通燈信號控制；在分析車輛在路網(wǎng)中的行為特征的基礎(chǔ)上，提出了二級驅(qū)動仿真方案，使得車輛在路網(wǎng)中的行為得以合理的抽象；以JBuilder9.0為開發(fā)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)仿真軟件的內(nèi)核。系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的最大特色在于：設(shè)計(jì)開發(fā)的系統(tǒng)內(nèi)核將為應(yīng)用層提供一個穩(wěn)定的且易于擴(kuò)展的仿真平臺。并且提出了一套適用于所有時間段,適用于所有交通路口的紅、綠燈配時自動調(diào)節(jié)方案,該方案能根據(jù)自動獲取的車流量數(shù)據(jù)通過分析和處理,獲取最優(yōu)化的配時比例和周期。對改善城市交通擁堵的現(xiàn)狀具有一定的實(shí)用價值。關(guān)鍵詞：交通燈控制，智能交通系統(tǒng)，兩級驅(qū)動，仿真

AbstractWiththerapiddevelopmentoftheeconomyinournation,people’sstandardsofconsumptionraisedremarkably,thevehiclesontheroadsgrowsmoreandmore,thatbringshugepressuretothecities’transportation.Traditionally,timingcontrolisadoptedinthesingle-crossingcontroloftrafficsignals.Thedisadvantageofthisschemeisthattrafficjamsarefrequentlycausedbyunreasonablethrough.Soitisveryimportanttodevelopasystem,whichcancontrolthetrafficeffectivelybythetrafficflow.Inthispaper,adigitalimagetechnologyusedforIntelligentTransportationSystem(ITS)isdiscussedindetails,includingvehiclemeasurement,vehicleflowstatisticsubsystem,signalcontrolsubsystemandtakingimagesubsystemviolatingtheregulations.Anautomaticcontrolschemeisproposed,whichcanbeappliedforanytimeperiodandanycrossing.Ithasasignificantvaluefortheimprovementofthestatusofthecitytransportation.Keywords:trafficsignallampcontrol,IntelligentTransportationSystem,Two-LevelDriving,Simulation

目錄1緒論 11.1引言 11.2城市交通燈信號控制系統(tǒng)仿真概述 21.3交通信號控制系統(tǒng) 21.3.1城市交通信號控制的基本概念 21.3.2信號燈控制形式 32仿真建模 52.1車輛行為分析 52.1.1車輛產(chǎn)生和消亡模型 52.1.2更換車道 62.1.3跟車模型 72.2兩級驅(qū)動建模 72.2.1路段類型驅(qū)動 72.2.2路段決策位置驅(qū)動 92.2.3兩個驅(qū)動級別綜合 103智能交通燈控制原理 123.1控制模式 123.1.1自動綠燈時長方案 133.2.2固定周期方案 133.3計(jì)算機(jī)仿真 144仿真軟件界面說明 165結(jié)論和展望 17參考文獻(xiàn) 181緒論1.1引言隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，如何解決城市交通問題已經(jīng)成為城市可持續(xù)發(fā)展的一個重要課題，城市道路交通管理工作也面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。1995年的《北京宣言：中國城市交通發(fā)展戰(zhàn)略》為中國城市交通的發(fā)展指明了方向：交通的目的是實(shí)現(xiàn)人和物的移動，而不是車輛的移動[1]。而這樣的戰(zhàn)略目標(biāo)只有通過政策法規(guī)和嚴(yán)格的管理才有可能實(shí)現(xiàn)。當(dāng)前，交通道路及設(shè)施需求長期持續(xù)增長，交通供給一直短缺，供需矛盾突出；受財力制約，交通基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)速度難以適應(yīng)交通需求增長的要求；汽車進(jìn)人家庭，使得本來就緊張的城市交通面臨著更大的困難；由于城市人口，特別是流動人口急劇膨脹，使交通出行量大幅度增長；城市居民出行方式結(jié)構(gòu)不合理，公共交通呈萎縮狀態(tài)；機(jī)動車大幅度增長，與非機(jī)動車混行，加劇了城市交通的緊張；城市交通的綜合治理有待于進(jìn)一步加強(qiáng)；交通環(huán)境問題日趨嚴(yán)重。①交通基礎(chǔ)設(shè)施供應(yīng)嚴(yán)重不足，不能滿足交通發(fā)展的需求隨著車輛保有量的高速增長，道路負(fù)荷增加，尤其在發(fā)展較快的城市交通基礎(chǔ)設(shè)施，包括汽車及自行車行駛的道路、人行道、人行橫道等都嚴(yán)重不足。以北京市為例，機(jī)動車已于2003年8月初突破了200萬輛，預(yù)測到2010年，這個數(shù)字將有可能達(dá)到380萬，其中家用轎車為280萬，平均每個家庭擁有汽車0.53輛，而2015年機(jī)動車保有量將達(dá)到500萬——600萬輛之間，雖然與發(fā)達(dá)國家同等規(guī)模的城市相比機(jī)動車總量少得多，但高峰時其機(jī)動車的平均時速只有十幾公里，交通擁堵現(xiàn)象十分嚴(yán)重，給居民出行帶來了極大不便。②交通管理水平低，交通需求管理不善隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國交通擁堵的頻率和時間明顯增加，導(dǎo)致車輛運(yùn)動速度降低，加速、減速、怠速頻繁，運(yùn)行工況惡化。研究調(diào)查表明，北京與廣州市區(qū)的平均車速僅在23km/h左右，機(jī)動車低速運(yùn)行時間加長；而在早晚的高峰期，北京市區(qū)道路平均車速不足20km/h。=3\*GB3③城市交通網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜城市網(wǎng)絡(luò)很復(fù)雜，交通的運(yùn)行很復(fù)雜，產(chǎn)生交通問題的因素也很復(fù)雜，相應(yīng)制定的城市交通管理方案往往由多個管理策略、管理措施組合而成，任何一個建設(shè)或管理措施的實(shí)施都會引起整個城市路網(wǎng)上交通運(yùn)行情況的改變。如將一條路的某個路段改為單行道或單雙號通行、將交叉口的類型改變（無控制改為信號控制）、將某路段改為公交專用道、打通某條路或拓寬某條路等，都會引起整個城市80%～90%以上的主要道路交通流量和車速的改變。1.2城市交通燈信號控制系統(tǒng)仿真概述交通仿真是智能交通的一個研究領(lǐng)域，交通仿真軟件對推動交通理論的成熟和發(fā)展起著重要作用[2]。理論研究通常以一定的假設(shè)為前提，這些假設(shè)條件在虛擬的軟件上可以任意設(shè)置，并能很快觀測到假設(shè)條件下的交通系統(tǒng)將體現(xiàn)出的情況，而在真實(shí)的交通路網(wǎng)上，作用于環(huán)境的假設(shè)條件的實(shí)現(xiàn)非常難，要獲得控制方案的效果，需要花費(fèi)很長的時間，這給交通理論的研究造成了嚴(yán)重的阻礙。關(guān)于交通理論有很多，交叉口交通燈信號控制交叉口在城市路網(wǎng)中不可或缺，傳統(tǒng)的信號控制在未來城市智能交通控制中的角色仍然具有不可替代的部分[3]。平面交叉口是道路通行能力的瓶頸，也是交通阻塞及事故的多發(fā)地，對交叉口施行科學(xué)的管理與控制是交通控制工程的重要課題，因此，城市交叉口信號控制系統(tǒng)仿真軟件的開發(fā)是智能交通基礎(chǔ)研究必不可少的環(huán)節(jié)。隨著電子、通訊和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展及交通車輛的管理規(guī)范，我們對城市各種交通信息的獲取將更精確，系統(tǒng)的優(yōu)化實(shí)時準(zhǔn)確性將更高，對交叉口信號控制的優(yōu)化仿真也能更準(zhǔn)確。1.3交通信號控制系統(tǒng)城市道路交通信號控制是現(xiàn)代城市交通管理的一個極其重要的方面，其管理與控制的優(yōu)劣將直接影響城市道路交通擁堵或疏通的效果[4]。然而城市主干道交通暢通化又是道路管理的重心。因此搞好城市干道交通信號控制是城市交通暢通化措施的重點(diǎn)。與此同時，還要考慮到信號控制系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的整合，使系統(tǒng)具有可擴(kuò)展性、開放性，最大限度的發(fā)揮交通控制系統(tǒng)的作用。1.3.1城市交通信號控制的基本概念交通信號控制是利用交通信號，對道路上運(yùn)行的車輛和行人進(jìn)行指揮和疏導(dǎo)。所謂交通信號則是指交通管理部門根據(jù)國家有關(guān)法律規(guī)定，在道路上向車輛和行人發(fā)出通行、停止或?？康木哂蟹尚ЯΦ男畔ⅰ＝煌ㄐ盘栕詣涌刂剖墙煌刂频闹匾M成部分，是交通管理科學(xué)化的一種有效手段。交通信號控制的基本參數(shù)包括：周期、相位、綠信比(相位綠信比，或交通流綠信比)。①周期周期是指信號燈的紅綠黃燈輪流顯示一次所需要的時間，也即三色燈顯示時間之和，是信號交通的關(guān)鍵控制參數(shù)。一般信號燈的最短周期不少于36秒，否則就不能保證幾個方向的車輛順利通過交叉口，最長周期一般不超過120秒，否則，可能引起等待司機(jī)的煩躁或誤認(rèn)為燈色控制已經(jīng)失靈。②相位相位是對于一個路口多方向交通流而言，一個交通流方向(一個綠燈信號)稱為一相。一組互不沖突的交通流即可構(gòu)成為一個相位?；蛘哒f相位信號是指一個信號周期內(nèi)的信號控制狀態(tài)，表示在道路交叉口給予某些方向的車輛或行人以通行權(quán)的時序。而相位差則是相鄰路口同一相位起始時間之差。例如一條東西走向的大街上有兩個相鄰的交叉路口，交通信號周期相等，它們同一相位(例如東西直行綠燈)起始時間之差就是該兩路口東西直行的相位差。③綠信比綠信比是一個相位信號有效綠燈時間長度與周期之比。設(shè)綠燈時間為G，周期長度為，則綠信比g為:g=G/綠信比的大小對于疏散交通流和減少路口總等待時間有著舉足輕重的作用。通過合理地分配各車流方向的綠燈時間(綠信比)，可使各方向上阻車次數(shù)、等待時間減至最少。1.3.2信號燈控制形式信號燈控制的方式分為三種：定時控制、車輛感應(yīng)式控制、優(yōu)化控制[5]。①定時控制：根據(jù)交叉路口一定時間的交通t預(yù)先確定所有的控制參數(shù)，即周期、相位、綠信比，人為設(shè)置方案(配時參數(shù))。在定時控制中，又可以分為定周期控制與變周期控制[6]。在定周期控制中，信號控制系統(tǒng)只能執(zhí)行一種配時方案，信號燈一天24小時按照相同的周期執(zhí)行同一方案。在變周期控制中，24小時分成多個時間段，每一個時間段執(zhí)行不同的方案。由交通警察根據(jù)當(dāng)時交通實(shí)況編制方案表的切換時間，或每天由時鐘自動選擇、切換。這種控制方式的優(yōu)點(diǎn)在于：實(shí)時性好，但方案的好壞取決于系統(tǒng)管理者事先的判斷能力。②車輛感應(yīng)式控制：根據(jù)交通路口的交通量需求變換信號燈色，沒有固定的周期和綠信比。車輛感應(yīng)控制使用感應(yīng)式控制機(jī)，通過埋設(shè)和懸掛在交叉路口的車輛檢測器獲得車輛信息，完成信號變換。這種控制分為半感應(yīng)控制和全感應(yīng)控制[7]。半感應(yīng)控制方式：主干道一直開綠燈，副干道一直開紅燈。副干道有車輛要通過時，車輛檢測器發(fā)出信息，副干道的紅燈變?yōu)榫G燈，主干道相應(yīng)變?yōu)榧t燈，副干道車輛通過后，紅燈恢復(fù)原狀態(tài)。這種控制方式的缺點(diǎn)在于：副干道有連續(xù)車輛通過時，易造成主干道車輛阻塞。全感應(yīng)控制方式：四個方向上都設(shè)置車輛檢測器，一般主干道經(jīng)常綠燈，副干道經(jīng)常紅燈，當(dāng)副干道有車而主干道無車時，副干道才變?yōu)榫G燈，主干道變?yōu)榧t燈。副干道車輛通過交通路口后，副干道恢復(fù)紅燈，主干道恢復(fù)綠燈。這種控制方式的缺點(diǎn)是：當(dāng)主干道連續(xù)通車時，易造成副干道車輛阻塞。③優(yōu)化控制：系統(tǒng)根據(jù)檢測器送來的信息，實(shí)時產(chǎn)生出對某種性能指標(biāo)來說是最佳的配時方案，付諸實(shí)施。各個參數(shù)隨著變化的交通量自動調(diào)節(jié)[8]。這種控制方式是由于計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展到一定的水平而產(chǎn)生的控制方式。(a)南直行及向左轉(zhuǎn)，東部和北部向右轉(zhuǎn)(b)西直行及向左轉(zhuǎn)，東部和北部右轉(zhuǎn)(a)北直行及向左轉(zhuǎn)，西部和南部向右轉(zhuǎn)(b)東直行及向左轉(zhuǎn)，西部和北部右轉(zhuǎn)圖1.1路口行駛模型這種控制方式的交通信號機(jī)將檢測到的交通數(shù)據(jù)實(shí)時地通過通信網(wǎng)傳至上位機(jī)，上位機(jī)根據(jù)路網(wǎng)上交通量的變化情況，不斷調(diào)整配時方案。通過這種控制方式，容易實(shí)現(xiàn)交叉路網(wǎng)的統(tǒng)一調(diào)度和管理，上位機(jī)同時控制一個城市區(qū)域的數(shù)個或數(shù)十個路口的信號機(jī)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域中交叉口之間的統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理，提高路網(wǎng)的運(yùn)行效率。2仿真建模2.1車輛行為分析2.1.1車輛產(chǎn)生和消亡模型在現(xiàn)實(shí)生活中不存在車輛的消亡，但是在計(jì)算機(jī)仿真中，確實(shí)存在車輛的消亡，當(dāng)車輛達(dá)到目的地，就意味著車輛離開了仿真系統(tǒng)，在仿真系統(tǒng)中消亡了。仿真系統(tǒng)中，車輛產(chǎn)生地點(diǎn)是仿真區(qū)域的入口路段入口點(diǎn)，車輛的消亡地點(diǎn)是仿真區(qū)域的出口路段出口點(diǎn)。車輛產(chǎn)生和消亡的地點(diǎn)的選擇是服從一定的統(tǒng)計(jì)概率分布的，分布情況源于路網(wǎng)中實(shí)際的OD需求。OD需求表現(xiàn)為時間和空間上的需求：時間上的需求體現(xiàn)在某一車輛在第幾個時間片到來時進(jìn)入仿真區(qū)域；空間上的需求表現(xiàn)在車輛在某個時間片上將進(jìn)入仿真區(qū)域的哪個入口點(diǎn)。對現(xiàn)有系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)時，通常是統(tǒng)計(jì)多個仿真步長內(nèi)到達(dá)出口點(diǎn)的數(shù)目，這個周期叫做檢測周期，檢測周期內(nèi)，車輛的到達(dá)服從平均分布。假設(shè)仿真步長為1秒，檢測步長為5秒。那么從仿真時鐘啟動開始，每5個仿真步長作為一個統(tǒng)計(jì)周期，計(jì)算統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)車輛的到達(dá)率。根據(jù)當(dāng)前仿真時鐘步數(shù)，確定當(dāng)前步數(shù)所在的檢測周期，確定檢測周期內(nèi)每個仿真周期內(nèi)車輛到達(dá)的數(shù)目。假設(shè)當(dāng)前的仿真步數(shù)為，檢測周期為，當(dāng)前步長所在的檢測步數(shù)為，檢測周期內(nèi)進(jìn)入仿真區(qū)域的統(tǒng)計(jì)車輛數(shù)為，仿真周到達(dá)的數(shù)目為，則有：如果仿真步數(shù)內(nèi)有車輛到達(dá)仿真區(qū)域，那么接下來就需確定車輛的入口點(diǎn)。車輛的產(chǎn)生時點(diǎn)和消亡地點(diǎn)的流程圖如圖2.1所示。圖2.1車輛的產(chǎn)生時點(diǎn)和消亡地點(diǎn)的流程圖2.1.2更換車道車輛在路段上行走，除臨近交叉口的部分外，如果路段由多個車道組成，那么車輛可以在任何一個車道上行走。當(dāng)路段上交通負(fù)荷小，車輛不受前后車輛影響的情況下，駕駛員對車道的選擇是基于偏好的。但是如果交通負(fù)荷重，車輛受前后車輛影響大時，車輛將尋找交通負(fù)荷小的相鄰車道，當(dāng)相鄰車道上出現(xiàn)合適空隙時候，車輛就進(jìn)入相鄰車道上行走。從微觀上接近真實(shí)情況的角度來看，從原始車道切換到目標(biāo)車道需要一定的時間，車輛切換的軌跡是弧形的。圖2.2是微觀車輛切換車道的時空圖，車輛經(jīng)過一段時間后切換到目標(biāo)車道，在x軸上和y軸上都發(fā)生了位移。對弧形軌跡的控制相對比較困難耗時。這里采用的處理方式是，在車輛檢測到存在目標(biāo)可行車道時，車輛在直接進(jìn)入目標(biāo)車道。圖2.3是直接進(jìn)入目標(biāo)車道的示意圖。圖2.2圍觀車輛切換車道示意圖圖2.3簡化的切換車道示意圖2.1.3跟車模型簡化前提，車輛總是希望在最短時間內(nèi)到達(dá)交叉口。假設(shè)路網(wǎng)上行走的車輛的性能，尺寸都相同，并且車輛的最大速度都大于所有路段的限速，駕駛員的期望速度等于路段的限速。對真實(shí)車輛來說，為了省油，一般駕駛員不會選擇不停的加速和減速,而是希望盡量保持勻速行駛。如果可能，車輛一般以期望速度行駛。從仿真角度來說，也不希望每次確定當(dāng)前仿真步長相對于車輛的速度?？梢圆捎眠@樣的措施，當(dāng)檢測到車輛處于跟車行駛時，確定車輛采取的偏好跟車速度，并計(jì)算需要的仿真步長數(shù)目，初始化一個計(jì)數(shù)器count，使其等于仿真步長數(shù)。如果沒有其他外界干擾的情況下，接下來的每個仿真步長都采用此策略，并將count減1，直到count等于0。圖2.4為跟車模型決策圖。圖2.4跟車模型決策路程圖2.2兩級驅(qū)動建模2.2.1路段類型驅(qū)動在路網(wǎng)不同的路段上，車輛表現(xiàn)出不同的行為特征。車輛進(jìn)入路網(wǎng)后，車輛的行為主要有：跟車行駛、緊急跟車行駛、自由行駛及更換車。為了對車輛在路段中的行為進(jìn)行較好仿真，必須深入了解駕駛員做出決策的原因。（1）入口點(diǎn)引發(fā)的駕駛員行為車輛進(jìn)入路網(wǎng)入口路段，其行駛方向和路段是固定的，不會涉及到下一階段路段的選擇問題。（2）出口點(diǎn)引發(fā)的駕駛員行為車輛進(jìn)入路網(wǎng)的出口路段，行駛方向和路段是固定的，對下一個階段路徑的選擇問題將由外部系統(tǒng)接受處理。（3）交叉口紅綠燈的控制引發(fā)的交通行為在接近交叉口入口路段約100米內(nèi)，交通規(guī)則一般不允許超車及更換車道，車輛只能存在跟馳行為。綠燈開始后，排隊(duì)的車輛依次通過交叉口，交叉口出口路段起點(diǎn)開始的100米內(nèi)也不會出現(xiàn)更換車道的現(xiàn)象。（4）路段中部引發(fā)的駕駛員行為路段的中部不用考慮車道的轉(zhuǎn)向問題，駕駛員想要的是運(yùn)行時間最短，在這個階段會出現(xiàn)更換車道的問題。（5）臨近交叉口處200米到100之間車輛需要確定到達(dá)目的地的下一路段，這時須考慮車道的轉(zhuǎn)向問題。留在原來的車道，還是更換車道，這時可能出現(xiàn)目標(biāo)車道上的空隙很小但也必須更換的情況。可見車輛在路網(wǎng)中行駛的主要決策點(diǎn)，也稱控制點(diǎn)有：入口點(diǎn)、出口點(diǎn)、連叉口節(jié)點(diǎn)的路段起點(diǎn)100米內(nèi)、離終點(diǎn)200至100米內(nèi)、離終點(diǎn)100米內(nèi)。點(diǎn)分布在仿真區(qū)域的不同路段，路段類別標(biāo)示：Sect0：仿真區(qū)域入口路段；Sect1：仿真區(qū)域出口路段；Sect2：連接路段，連接兩個交叉口之間的路段；Sect3：交叉口內(nèi)部路段。便于描述，以下時對控制點(diǎn)的編號。控制點(diǎn)編號（CS：controlsection）：PS0：入口路段入口點(diǎn)；PS1：出口路段出口點(diǎn)；PS2：路段的其余部分；PS3：交叉口進(jìn)口路段終點(diǎn)前200米到100米之間的距離；PS4：交叉口進(jìn)口路段終點(diǎn)前100米到終點(diǎn)的距離；PS5：交叉口內(nèi)部路段；PS6：交叉口出口路段起點(diǎn)到起點(diǎn)前100米的距離。根據(jù)上面的分析，下面分別對各種類型路段進(jìn)行局域決策劃分。(1)仿真區(qū)域入口路段這是車輛產(chǎn)生的起點(diǎn)路段。當(dāng)車輛在產(chǎn)生時，除了指定其入口起始路段外，還必須具體為車輛指定一個入口車道，劃分情況如圖2.5所示。圖2.5仿真區(qū)域入口路段控制區(qū)域劃分(2)出口路段控制區(qū)域劃分劃分情況如圖2.6所示。圖2.6仿真區(qū)域出口路段控制區(qū)域劃分(3)連接路段（連接兩個交叉口之間的路段）劃分情況如圖2.7所示。圖2.7仿真區(qū)域連接路段控制區(qū)域劃分車輛進(jìn)入路段后，由于綠燈放行時下游交通處于疏散狀態(tài)，開始的一段時間內(nèi)車輛處于跟車行駛狀態(tài)；一段路程后，車輛開始疏散，也就是在ps2決策路段上行走時出現(xiàn)更換車道的現(xiàn)象；當(dāng)車輛臨近交叉口一段距離時，即處于ps3決策區(qū)間時，需選擇下一路段，根據(jù)下一路段來確定車輛應(yīng)處于當(dāng)前路段的哪個車道，如果不是車輛所在的車道，則需強(qiáng)制更換車道；進(jìn)入ps4，車輛將不再更換車道。(4)交叉口內(nèi)部路段進(jìn)入交叉口后，車輛按照事先設(shè)定的交叉口路段跟車行駛，直到進(jìn)入目標(biāo)車道。在該路段上，需要處理的是跟車軌跡，不用考慮更換車道的問題。2.2.2路段決策位置驅(qū)動PS0：入口路段的入口點(diǎn)在此決策點(diǎn)，將產(chǎn)生運(yùn)行車輛的模型：選擇將要進(jìn)入的區(qū)域入口路段的入口車道，并按照概率表隨機(jī)選擇一個仿真區(qū)域出口路段，車輛從此刻開始進(jìn)入仿真區(qū)域容器，同時也進(jìn)入所選擇入口路段的車道容器。PS1：出口路段的出口點(diǎn)；將使用車輛消亡模型：當(dāng)位于仿真區(qū)域路網(wǎng)的出口路段的出口點(diǎn)時，在本仿真周期內(nèi)車輛將離開仿真區(qū)域，本周期末將從仿真區(qū)域容器中刪除，并從所在出口路段的車道容器中刪除。PS2：路段的其余部分在此路段內(nèi)，將綜合使用跟車模型和自由更換車道模型。一般來說，這個區(qū)域的長度比較大：入口路段的入口點(diǎn)到臨近交叉口前200米的范圍內(nèi)，中間路段除PS3和PS4的部分。PS3：交叉口進(jìn)口路段終點(diǎn)前200米到100米之間的距離由于前方路面將接近交叉口，將不允許更換車道，車輛需做一些準(zhǔn)備工作：確定下一路段，根據(jù)將要進(jìn)入的下一路段確定需更換的目標(biāo)車道，檢測更換的可能性，將車輛更換到目標(biāo)車道上去。PS4：交叉口進(jìn)口路段終點(diǎn)前100米到終點(diǎn)的距離受交通燈啟動的控制，在臨近交叉口處，車輛將運(yùn)行臨近交叉口模型，后面車輛將采取跟車行駛模型。對臨近交叉口的第一輛車，需確定將在本仿真周期通過停車線進(jìn)入交叉口，還是在停車處等待綠燈。對將進(jìn)入交叉口的車輛，需要根據(jù)下一路段各車道自由度選擇下一車道，以此確定將進(jìn)入的交叉口內(nèi)部路段。PS5：交叉口內(nèi)部路段交叉口內(nèi)部通常距離比較短，空間緊張，車輛在這個路段內(nèi)的行為比較簡單，不會出現(xiàn)更換車道的情況，采用跟馳模型即可，車輛軌跡的控制比較復(fù)雜。PS6：交叉口出口路段起點(diǎn)到起點(diǎn)前100米的距離受交通燈信號的控制，綠燈到來時，紅燈時間內(nèi)形成的車隊(duì)將消散，進(jìn)入交叉口出口路段。這個區(qū)域相當(dāng)于消散緩沖區(qū)域，車輛在這個區(qū)域內(nèi)運(yùn)行跟馳模型。2.2.3兩個驅(qū)動級別綜合車輛軌跡驅(qū)動是依靠仿真時鐘（步長）推動的。在每個仿真步長開始時，檢測車輛的環(huán)境參數(shù)，以此確定車輛在這個仿真步長內(nèi)的速度，進(jìn)而確定車輛在本步長內(nèi)將要到達(dá)的位置。當(dāng)對車輛的一切工作完成后，車輛的仿真步數(shù)向前推動一個。車輛在不同路段的不同區(qū)域有不同的行為；以此為依據(jù)，提出兩級驅(qū)動法驅(qū)動：第一級驅(qū)動為路段類型驅(qū)動，第二級為路段決策位置驅(qū)動；圖2.8為兩級驅(qū)動法主流程圖。仿真步長開始時，即檢測車輛位置所在的路段類別，后檢測車輛位置屬于路段上的那么決策區(qū)間。圖2.8車輛仿真兩級驅(qū)動主流程圖3智能交通燈控制原理3.1控制模式采用常用的四相位方式放行，在第一相位允許東西方向直行車輛通行，第二相位允許東西方向左轉(zhuǎn)車輛通行，第三相位南北方向直行車輛獲通行權(quán)，第四相位南北方向左轉(zhuǎn)車輛通行。四個相位順序循環(huán)切換，交通燈之間采用短時黃進(jìn)行緩沖警告。對于右轉(zhuǎn)車流,由于不與其他車流發(fā)生沖突，因此只需要與橫穿馬路的人流和自行車流分時通過即可，在這里不予討論，也不必埋設(shè)傳感器統(tǒng)計(jì)車流量。圖3.1交叉路口車流示意圖系統(tǒng)采用根據(jù)傳感器獲得的等待放行車輛數(shù)適時控制放行時間的自動周期自動交通燈時長比例的方法和固定周期自動調(diào)節(jié)交通燈時長比例兩種方法相結(jié)合，在各方向車輛數(shù)比較均衡的交通低峰時段采用自動周期，在某方向或幾個方向出現(xiàn)交通高峰時采用固定周期自動調(diào)節(jié)交通燈時長比例方式。兩種方式判斷的標(biāo)準(zhǔn)是是否出現(xiàn)兩個或更多方向的排隊(duì)車輛占滿計(jì)數(shù)區(qū)，即如果出現(xiàn)兩個方向的車輛排隊(duì)長度超過100m即使用第二種控制方式，否則使用第一種方式。不管采用哪種方式，系統(tǒng)都要設(shè)定一個最短綠燈時長和最大綠燈時長。設(shè)定最短綠燈時長的目的是為了保證每一條道路都不會因?yàn)檐嚵髁窟^小而不給通行時間，設(shè)定原則是能讓少量車輛能安全通過路口而不影響交通安全，一般取。最大時長的設(shè)定是為了不讓某方向長時間占用通行權(quán)，使其他方向的車輛的延誤時間增大，對于不太大的單交叉路口，綠燈時間一般不超過60s,因此設(shè)定。3.1.1自動綠燈時長方案一般車輛在距路口100m左右就會根據(jù)行駛方向自動進(jìn)入相應(yīng)車道,因此在此假定某時刻每車道的檢測區(qū)內(nèi)的車輛數(shù)即為該通行方向等待通行的車輛數(shù)。由于遠(yuǎn)側(cè)檢測器執(zhí)行加操作,即每通過一輛,車輛數(shù)加一,而近側(cè)檢測器執(zhí)行減操作,即每通過一輛,車輛數(shù)減一,因此不管交通燈處于紅燈期間還是綠燈期間,檢測區(qū)都能實(shí)時提供等待通行車輛的數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)的方案是在綠燈期間,當(dāng)?shù)却ㄐ熊囕v數(shù)降低到某一個數(shù)N時,即可自動關(guān)閉,下一項(xiàng)開始通行,這個最小車輛數(shù)稱為留存數(shù)。應(yīng)該注意,每一相通行車輛有兩個方向,設(shè)定的留存數(shù)N要求兩個方向的車輛數(shù)都小于這個數(shù)。對留存數(shù)N,可以根據(jù)平均車輛延誤時間進(jìn)行優(yōu)化。使用MATLAB編制了仿真程序,以12000s為一個仿真周期,對每一個N值進(jìn)行10次計(jì)算,得到的平均車輛延誤時間求平均值,結(jié)果列于表3.1?？梢钥闯?取N=6時,平均車輛延誤時間最小。表3.1不同留存數(shù)對應(yīng)的平均車輛延誤時間s/輛N345678910平均車輛延誤時間62.5057.1252.0848.6751.5153.8353.7958.523.2.2固定周期方案自動綠燈時長方案能夠根據(jù)需要通行的車輛數(shù)和車輛達(dá)到的情況自動調(diào)節(jié)綠燈時長,但存在一個問題,就是在幾個方向同時出現(xiàn)交通高峰時會造成其他方向的車輛連續(xù)長時間的等待,從而增加車輛延誤時間[9]。據(jù)此,對兩個以上的相出現(xiàn)交通高峰時,采用固定交通燈周期,自動調(diào)節(jié)時長比例的方案。兩種方案區(qū)分的標(biāo)準(zhǔn)是看是否有兩個以上的等待通行車輛數(shù)占滿檢測區(qū)。如果沒有則自動執(zhí)行第一種方案,如果有則選擇第二種方案。以每輛車平均占用3m車道長度,則100m檢測區(qū)能容納33輛車。在一個周期開始,對上一周期中每一相綠燈前的車輛數(shù)進(jìn)行判斷,有兩個以上方向的等待車輛數(shù)超過33,則選擇固定周期方案。設(shè)、、和分別是每一相兩個方向等待通行車輛數(shù)的最大值,則本周期每一相的綠燈時長為:這里,T是設(shè)定的周期,取為120s。3.3計(jì)算機(jī)仿真交通燈方案的優(yōu)劣以平均車輛延誤時間為依據(jù),據(jù)此,使用MATLAB軟件編制了仿真程序(如圖3.2),對提出的方案進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真。設(shè)定車輛到達(dá)速率最大為0.4輛/s,而離開路口的速率平均為1輛/s,在一個交通燈周期內(nèi),各方向到達(dá)檢測區(qū)的速率恒定,該速率使用隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生。總車輛延誤時間為每輛車在相應(yīng)車道等待時間的總和,而通行的總車輛數(shù)為每相兩個方向在綠燈時經(jīng)過路口的車輛數(shù)之和,平均車輛延誤時間為總延誤時間與通行車輛總數(shù)之比。圖3.2仿真程序流程圖仿真時間為12000s,將車流量情況分為輕、中和重三種情形,這三種情形車輛到達(dá)速率分別為小于0.2輛/s、0.3輛/s和0.4輛/s,每種情形共進(jìn)行6次仿真,獲得的平均車輛延誤時間取平均值,結(jié)果見表3.2。表3.2各種車流量情況下的平均車輛延誤時間s/輛仿真結(jié)果與文獻(xiàn)[3]以及文獻(xiàn)[7]比較可以看出,在此采用的方案與傳統(tǒng)固定配時方案以及采用模糊算法或遺傳算法與模糊退火相結(jié)合的優(yōu)化算法相比,車輛的平均延誤時間均有較大幅度的減小,這說明該方案是一種更佳的交通燈配時方案。

4仿真軟件界面說明仿真軟件界面的設(shè)計(jì)分為三個區(qū)域：實(shí)時仿真環(huán)境顯示區(qū)域，控制參數(shù)設(shè)置區(qū)域，動態(tài)交通信息顯示區(qū)域