杨涛，李东，宋启吉

（西华大学计算机与软件工程学院，成都　610039）

实时可变相位的十字交叉口信号控制方法

杨涛，李东，宋启吉

（西华大学计算机与软件工程学院，成都610039）

0　引言

随着城市汽车数量的增长，使城市交通的供需严重不平衡，导致交通拥堵，严重影响到城市交通安全，给人们的出行带来不便。交通拥堵还会造成更多燃油消耗和汽车尾气排放，造成更多的能源浪费和环境污染，给人民和国家造成巨大的经济损失。

由于城市土地资源有限，无法修建更多的道路。所以只有充分利用现有的交通基础设置，通过改进交通的控制方法，智能地管理城市交通才是解决城市交通拥堵的根本方法。

十字交叉口作为城市交通的枢纽，所以十字交叉口的交通信号控制方法研究一直以来都是一个研究热点。传统的十字路口交通信号控制方法，要么采用固定的周期，固定相位的方法，要么根据一个时间段的交通情况调整周期和相位时间。这些方法都无法根据当前交通状况来调整十字交叉口的交通信号。所以为了提高十字交叉口的利用率，缓解交通压力，减少车辆延误时间，本文基于车辆排队长度和车辆等待时间提出了一种实时可变相位的十字交叉口信号控制方法。

1　十字交叉路口模型

本文将图1所示的十字交叉口模型作为研究对象，从图中可以看出该交叉口的东南西北方向都有出入车道进出交叉口，而每个方向的入口车道都有左转右转和直行的车道，由于右转车道的车流不会对交叉口的其他车道产生影响，所以本文不考虑右转车道的控制。交叉口的每个入口的左转和直行车道都安装有车辆检测器。

图1　十字交叉口模型

为了便于分析我们将左转车道排队的车辆全部视为要左转的车辆，直行车道排队的车辆全部视为要直行的车辆，各个方向的车道长度都一样。设i∈｛E，S，W，N｝，j∈｛L，S｝E，S，W，N分别表示东南西北四个方位，L，S分别表示左转车道和直行车道。车道入口方向的车辆检测器用来检车该车道（t-Δt，t）的时间内进入车道的车辆数Iij（t）。车道出口方向的车辆检测器用来检测该车道的时间内驶出车道的车辆数假设某车道长度为Dij，车辆的平均长度为L则路段允许的最大车辆数Qij max为：

所以车道的车辆数Qij必须满足0≤Qij≤Qij max。（t-Δt，t）时间车道的车辆数

十字交叉口所有的相位如图2所示：

图2　十字交叉口相位

从十字交叉口的相位组成可以看出，某一方向的某一车道（右转除外）只能和该方向的相邻车道或者是对方向的相同车道组成相位。如果使用枚举来定义方向如:Position｛E=0，S=1，W=2，N=3｝，同样使用枚举来定义左转和直行Direction｛S=0，L=1｝，设车道为Pij，i∈｛E，S，W，N｝，j∈｛S，L｝则相位的组成P满足：

2　控制方法

当交通警察指挥交通时会观察十字交叉口各个车道的车辆排队数量和等待时间来权衡下一个放行的相位，当放行时间结束后又会重复上述操作来确定接下来的放行相位。这种控制方式，没有固定的相位，控制信息都是根据交叉口实时的数据进过分析来确定的，这样能有效的提高了十字交叉口的利用效率。

根据交通警察指挥交通的经验，我们将每个受控车道红灯期间的排队车辆数和红灯时间作为该车道获取通行权的一个权值Wij，i∈｛E，S，W，N｝，j∈｛S，L｝。设红灯时间Tij则在（t-Tij，t）根据（2）式有：

权值与车道的对应集合

具体的控制步骤为：

①根据（4）式计算出交叉口每个受控车道的权值Wij（t）。

②根据计算出的权值，选取其中权值最大的车道，根据（5）式，得到其对应的车道Pij。

④将②和③找到的车道组成下个放行的相位。

⑤为放行相位分配绿灯时间Tg。其余车道都为红灯。

⑥当绿灯时间结束的时候，将放行相位对应车道的权值清零，其余车道的红灯时间更改为：

⑦重复①到⑥一直运行下去。

3　仿真实验与结果

本文采用VISSIM仿真软件进行仿真，该仿真软件由德国的PTV公司开发，是一种基于时间间隔和驾驶行为的仿真建模工具，它采用的跟车模型是Wiedemann于1974年建立的心理-生理驾驶行为模型，能够有效地评价交通工程设计。在VISSIM中建立一个如图3所示的双向六车道的十字交叉口仿真模型。

为了证明本文方法的正确性和有效性，将本文的方法与定周期定相位的控制方法进行比较。其中配时参数如表1所示。

路口仿真基础交通数据如表2所示：

根据以上仿真数据，在VISSIM中进行仿真可得到如表3的仿真结果。

图3　仿真模型

表1配时参数

表2路口仿真参数

通过表3的数据可以看出本文的方法能提高路口的平均通过量，从而提高了路口的利用效率，可以有效缩短路口车辆的平均行程时间，平均延误时间和路口车道的平均排队长度。通过实验数据证明了本文方法的正确性和优越性。

表3仿真结果

4　结语

本文提出的基于车辆排队长度和车辆等待时间的实时可变相位的十字交叉口信号控制方法，更接近人为的决策过程。该方法可以使用新型的智能交通控制设备来编程实现，可以在实际应用中有效疏导十字交叉口的交通，缓解城市的交通压力。

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Variable Phase；Real-Time；Crossroad；Signal Control

Real-Time Variable Phase Crossroad Signal Control Method

YANG Tao，LI Dong，SONG Qi-ji
（College of Computer and Software Engineering，Xihua University，Chengdu 610039）

1007-1423（2015）29-0010-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2015.29.003

杨涛（1988-），男，四川广元人，本科，研究方向为嵌入式系统设计、区域智能交通

2015-09-01

2015-09-26

十字交叉口作为城市交通的枢纽，随着车辆的增多，原有的一些控制方法已经不能有效的缓解十字交叉口的交通压力。经过对十字交叉口交通信号控制方法进行研究，提出一种基于车辆排队长度和车辆等待时间的实时可变相位的十字交叉口信号控制方法，并利用VISSIM交通仿真软件进行仿真。

可变相位；十字交叉口；信号控制

Crossroad as a hub of urban transport，with the increase of vehicles，some of the classical control methods have not effectively relieve traffic pressure of crossroad.Studies the crossroad traffic signal control methods，puts forward a kind of real-time and variable phase crossroad signal control method，which based on the vehicle queue length and vehicle waiting time，uses VISSIM traffic simulation software to simulate this method.