胡耀增，李 杨，林 晨

（青岛理工大学(临沂)机电工程系，山东 临沂 273400）

在社会主义市场经济快速发展的推动下，城市化进程不断加快，人们的生活品质不断改善，汽车已经成为了大多数人的随行工具，如何解决不断增加的车辆给城市带来的巨大压力成为了当今城市建设的热点问题。本文通过对车流量的统计分析以及车辆控制模式探讨，使用MATLAB编制了仿真程序，对方案进行了仿真实验。

1 车道车辆数统计

车道车流量的统计数据需要通过压力传感器来完成。压力传感器的种类繁多，其性能也有较大的差异，在选择的时候一定要使用尽量宽的压力范围，在实际的使用中，传感器的压力要保证在其范围之内。这样才能保证压力传感器的敏感度，提高检测品质。经过大量的数据显示：机动货车和长途客车的品质平均最重，在1 200 kg到2 000 kg之间；摩托车的质量在150 kg到200 kg之间。那么，这些小型的机动车辆在那些大型卡车面前就显得微不足道，压力传感器能够检测到大型卡车，但未必可以精确的检测到小型机动车。那么，如何能使压力传感器在正确检测大型卡车的同时，也能保证小型车辆的统计是我们需要特别注意的。

因此，在选择压力传感器的时候要合理控制好它的检测范围，下线最低要控制在200 kg以上。比如，一个小型摩托车的质量是150 kg，加上人的平均体重是60 kg，一共是210 kg，那么把传感器的检测范围最低线控制在200 kg即可满足条件。在大中型城市道路中，最常见的十字路口为双向6车道，例如图1所示，四个方向的每条车道都分为直行、左转弯，右转弯三个变道。要进行车流量的统计，需要把压力传感器分别分布在每个车道的远侧和近侧各一个，把两个检测器之间的范围作为车流量检测区，假设这远侧和近侧的传感器相距100 m。远侧传感器负责操作车道内车的增加数量，近侧传感器负责操作车道内车的减少数量，这样就可以很轻松的得到车道内等待通行的车辆数目。按照此道理，系统把每一次车道收集的数据储存对比来判断当下交通状态。

图1 交叉路口车流示意图

2 指示灯控制车辆放行的模式

系统依据压力传感器收集到的每个方向的等待通过车辆数目，根据数目的大小相对制定出所要放行的时间，把自动周期自动交通灯时间长短比例和固定周期自动调节交通灯时间长短比例这两种方法结合到一起，在道路上有些方向通行车辆稀少时使用门动周期，对那些通行车辆数量比较大的道路上面使用同定周期自动调节交通时间长短的比例方式。这两种方式的使用有明显的差别，可根据在监测范围内等待放行的车辆数而定。比如，当发生有两个方向的汽车数量候车长度达到或者超过100 m的控制范围之后，应该采用同定周期自动调节交通时间长短的比例方式，如果没有出现这种情况就使用另外一种方式。

2.1 同定周期减少车辆延误时间方法

车辆在行驶的过程中，一般会提前100 m或者更早的时间进入自己行驶方向的相对车道，我们先来设想在时间t时刻，每一个车道里面100 m之内的车辆全部为等待放行的车辆，首先使用远侧传感器检测车辆数目的增加数，增加多少就会被记录多少，根据这一原则无需考虑指示灯是红灯还是绿灯，都可以准确的确定等待放行的车辆数目。这里我们要讲的这个控制系统是在绿灯的情况下完成的，在绿灯时车辆顺利通行，当数量减少到某一个特定的数字假设N时，绿灯便可以自动停止，然后下一个车道开始放行，这里我们假设的数字N可以说成是最小车辆及留存数。这里需要特别提出，因为每一个车道的通行都有两个方向，所以当绿灯关闭的时候，车辆的留存数N要求两个方向的车辆数都满足这个条件。

为了提高公路的通行率，留存数N就是我们需要优化的对象，可以优化平均车辆的延误时间来减少留存数。我们利用matlab进行仿真分析，仿真的周期定位在12 000 s，留存数N取1到10，分十次计算，经过反震分析，我们的得出最终结果，如表1所示，结果明显显示当N是6的时候，车辆的延误时间为最少。

表1 不同留存数对应的平均车辆延误时间 s/辆

2.2 固定周期避免多道车辆同时拥堵方法

上面介绍的方法可以自动调整指示灯的时间长短，控制车道内车辆顺利通行的数量和截停留存的数量，可是其却存在着一个缺陷：当相连的多个车道同时达到形式高峰期的时候，此车道为了顺利达到要求控制指示灯的长短会造成其他车道因拥挤长时间堵车的现象，从而增加其他车道车辆的等待时间。因此，当出现两个或者多个车道同时达到车辆高峰期的时候就不能采用这用方案，就需要适时的使用固定周期的方法。

以上两种方法的使用需根据是否有多个车道同时出现车辆高峰期为限，当出现的时候需要采用固定周期自动调整指示灯长短比例，当没有出现的时候采用控制绿灯时长减短车辆延误时间的方法。假设车辆的本身长度为3 m，那么在100 m的等待放行车辆范围内就会有33辆车，同时对相联系的多个车道分析，如果有超过两个车道都达到33辆以上，则采用固定周期方法。

假定P1、P2、P3和P4依次为每一个方向100 m内车辆等待通行的车辆数目，周期设为T=120 s，那么可以计算出来本周期每一个方向的绿灯时长为：

3 车辆通行的仿真分析

假定车辆在到达100 m的等待范围之内的速率是0.4辆／s，顺利通行离开控制检测范围的速率是1辆／s；假设在交通指示灯变化的每一个周期内，车辆到达和离开检测范围的速率是固定的，这个速率产生也是随机的，那么所有的车辆在每个车道延误的时间即为车辆延误时间的总和，在绿灯时，相对的两个方向所有顺利通过指示灯的车辆数即为通过的总车辆。这样就不难算出每辆车的平均延误时间了。以下把12 000 s定为仿真的时间，把车流量的情况分为车流量轻、车流量中、车流量重三个级别，这三种情况下，车辆到达测试范围的速率依次为小于0.2辆／s、0.3辆／s和0.4辆／s，三种情况下都做6次仿真分析，计算出每辆车的平均延误时间获得的平均车辆延误时间。表2为分析的数据图。

表2 各种车流量情况下的平均车辆延误时间 s/辆

4 结束语

交通信号灯的控制系统是智能交通管理的重要部分，其不仅可以合理疏导城市道路交通节奏，而且可以减低车辆的延误时间和环境污染。现在，几乎所有的交叉路口基本都是采用红、绿、黄三个信号指示灯来控制车辆通行的正常秩序，造成了严重的城市道路拥堵，显然这种方式还需要继续改进，希望以后通过大家的共同努力可以解决这个问题，设计出完美的交通灯信号控制系统。

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