聂冰花

（国家知识产权局专利局专利审查协作河南中心，河南郑州 450000）

0.引言

随着目前交通事业的不断发展，加上越来越多的人开始选择自主开车出行方式，城市的交通路网开始难以满足交通需求，出现了许多拥挤情况，交通管理工作也变得更加重要。

1.城市交通控制系统和交通流诱导系统的含义

城市交通控制系统主要是借助于交通控制信号，给予不同方向上的交通流特定的通行权，避免不同方向上的交通流在交叉口位置上出现延误，或是尽量缩短其实际延误的时间，重点是做好信号配时[1]。而交通流诱导系统则是指在一定空间范围内对交通流进行整体的诱导分配，重点是将一些拥挤路段的交通流诱导到不拥挤的路段位置上，疏通路网，而实际分配交通流时还需考虑不同车辆的目的地需求。

2.城市交通控制与交通流诱导系统协同的实际范围

作为城市交通系统的2个子系统，城市交通控制与交通流诱导之间的协同工程是较为复杂的，在分析其实际协同内容前需要针对协同的范围进行研究[2]。具体的范围应当包含着城市基本道路和快速路之间的交通协同、城市基本道路中的信号控制系统与进行交通诱导之间的协同、城市的高速公路和快速路上对动态速度引导方面与调节道路匝道方面的协同等。实际进行协同是对技术的要求较高，交通系统的协同技术体系一般是包括时机判断技术、协同信息的采集与处理技术、子区域划分周期技术以及多智能体技术等。交通流的诱导子系统与交通控制子系统协同覆盖实施技术的协同、策略的协同、信息协同以及模型算法协同，这些协同内容构建出一个基本协同范围框架。

3.城市交通控制与交通流诱导系统协同的主要内容

深入分析城市交通流诱导系统和交通控制系统之间的协同内容，基于对2个子系统的研究，实现整体协同需要抓住协同重点内容，其主要是包括以下几点。

3.1 空间协同内容

空间协同主要是指城市交通网络方面协同处理，从交通网络的基本结构来看，其具有着网状连接的复杂路段，连接点为各个路口。因此，也由于这种交通网络结构过于复杂，在分析交通流与交通控制协同时，通常是将整体结构划分为几个子区域，然后再进行协同模型计算，寻求更优的协同路径[3]。从交通流诱导的方向出发，实际交通的上下路段流量事实上是互为因果的，其关联性较强，因此可以探究不同路段的关联性大小以及实际流量，将交通诱导系统作用的诱导区域划分为几个子区域，然后对各个区域内的交通流采用动态均衡诱导的方式，在优化其与交通控制系统的协同时，就是对交通流子区域的诱导进行优化。而从交通控制的方向出发，交通控制的核心一般是在路口，以路口为起点进行控制子区域的划分，然后对各区域路口的信号进行协同控制，但实际交通控制的对象是路口位置的交通流量，所以与交通流诱导系统相比，其不同子区域之间的流量关联性对交通控制信号产生的影响不太大，主要是与子区域内的交通流量有关。由此可见交通流诱导子区域和交通控制子区域之间在空间覆盖方面不一致，一般是诱导子区域空间覆盖较大，因而在进行2个系统的协同时需要考虑的协同内容是，在空间上诱导子区域包含几个交通控制子区域的问题。

3.2 时间协同内容

不管是交通控制还是交通流的诱导都需要考虑作用时间段的长短问题，该项问题是较为复杂的。在交通控制的时间方面，其控制的周期单位一般是秒，最长的控制周期不会超过2min。而交通控制的时间周期对于交通流诱导来说却是太短了，甚至来不及对路线进行选择，或是刚刚执行出行路线，不适宜发送新的交通诱导信息，否则可能会导致道路网的车流出现失稳情况，或是一些车流的停车时间被延长，交通流在线路诱导方面的周期时间是比较长的，一般一个诱导周期跨越了几个交通控制的周期[4]。除此之外，交通流诱导时还会进行交通信息的预测，周期太短会导致预测难以执行，而过长又会导致准确性下降。在进行交通流诱导系统与城市交通控制系统协同的过程中，需要既满足周期内诱导策略的稳定实施，又满足交通控制方面的动态性与实时性要求，确保两项系统的互相配合，在这一点上进行全面调整。

3.3 信息协同内容

不管是城市交通控制系统还是交通流诱导系统，其在估算道路网络状态指标参数值以及实际执行的预测值时都是基于道路网络的实时交通流量，其所估算的预测值也会作为交通控制与诱导策略的确定基础[5]。由于两项系统的目标不一致，实际上其所需的信息方面也存在明显差异，其信息的侧重点和层次都是不同的，但同样两者也有着重叠的信息部分，也具有一定关联性，一些信息是2个系统共享的，在某类信息上其中一个系统的获取还需获得另一个系统的支持，二者之间存在互推关系。

3.4 策略协同内容

策略也是一种规划、一种手段，其实施的目的是为了实现目标，在城市交通控制系统与交通流诱导系统协同的过程中，根据策略的特点来看，其协同的内容包括两者的目标，协同后的目标将会引导出具体任务、何时执行、怎样执行以及执行的部门等。在两项系统策略协同内容当中，综合了两者的各项因素，考虑到两项系统动态实时的互相影响与作用，在某环境下制定一个协同目标，最后选择一个适应的协同模式。

3.5 模型算法协同内容

城市交通控制系统与交通流诱导系统各自采用不同的模型算法，其实际计算的参数以及模型应用目标也各不相同。城市交通规划系统的目标是为了保证在道路交叉口位置上车辆的延误时间达到最小，会建立起延误模型，在时间导数上设置为零，从而得到相关绿信比和周期的参数数据，而交通流诱导系统的目标是保证道路上的车流能够处于均衡状态，结合实时交通情况发布诱导信息，为车辆指明最佳的行驶路线，其模型算法的应用要计算出路网各个路段的实际交通量。在2个系统进行协同时，其实际模型算法中的自变量可能是2种模型都需要的，需要2个系统模型需要进行协同，考虑到另一个系统所带来的影响，从而使两者都达到最优运行状态。

4.城市交通控制与交通流诱导系统之间协同的主要模式与路径

4.1 城市交通控制与交通流诱导系统之间协同的模式类型

4.1.1 独立式协同模式

城市交通控制与交通流诱导系统之间采用独立式的协同模式，其主要是指2个系统在方案和实施策略上相对独立，但其基础数据和信息上有存在共享联系，也就是说2个系统的协同只是在较低层次上，而其实际协同的目的就在于提升系统信息采集与处理效率，以及提升信息数据的可靠性。这种协同方式也被看作是隐性协同，其实际协同作用的体现效果也是有限的，但要趋向于更高层次的协同也需要基于低层次协同。根据实际情况来看，由于交通控制系统与交通流诱导系统之间的协同需要对道路网交通的信息进行采集，但当前的许多交通的检测设备都是为城市交通控制系统提供的，在采用该协同模式时，要重点考虑怎样将交通控制、基础设施、交通规划等信息共享。

4.1.2 偏重控制式协同模式

该模式下城市交通控制系统与交通流诱导系统之间并不是均匀对称的，在实施协同时存在主从关系。在偏重控制式的协同模式当中以城市交通控制系统为主导，在进行协同策略生成的过程中，交通诱导系统本身的实时策略将会作为整体协同模型的一种外加变量被运用，在诱导系统的每一个周期中，新生成的策略都需要发送给交通控制系统，从而完善控制系统的决策，这种模式实际上就是对城市交通控制方法的一种改进，其改进是基于交通流诱导系统需求。

4.1.3 偏重诱导式协同模式

偏重诱导式协同模式正是与偏重控制模式相反，其是以城市交通流诱导系统为主导，也就是在实际生成协同策略的过程中，交通控制系统产生的实时策略会被当做整体协同模型的外部变量。同时，在交通控制系统当每一个控制周期内都会将生成的新策略发送给交通流诱导系统，形成了以诱导为主的系统协同形式。

4.1.4 协作式协同模式

采用协作式协同模式的过程中，先是制定2个系统协作的总体目标，这种模式下的城市交通控制系统与交通流的诱导系统是处于平等地位的，且分别依赖于自身模型来运行，解决相应的控制与诱导问题。在这种协同模式的作用下，2个系统所生产的诱导策略与控制策略都是需要双方进行多次信息共享和交互才能够保证系统运行时的协调。从本质上看，协作式协同模式事实上是对偏重某一方系统的协同模式进行了改进，同时，为了保证协同时2个系统不发生冲突，通常会制定一些交互规则以及有关目标实现的准则。

4.1.5 递进式协同模式

这种模式是基于整体交通系统递进协同的控制思想，先是在低层次上处理实际交通控制和交通流诱导方面的优化问题进行求解，然后对2个系统的优化结果在较高层次上进一步协同。实际协同后还会将结果返回到低层次上，然后将其作为低层次上的初始条件，再充分进行上述操作，最终会获得一个较为完善的协同方案，能够切实满足实际协同的目标，但这种协同模式下只能够获得满意解，却不是最优的解。

4.1.6 一体化协同模式

一体化协同模式就是指交通控制系统与交通流诱导系统之间建立起统一的系统协同模型，其是将控制系统与诱导系统的所有约束当作是协同系统的总约束，以道路网络运行总体指标作为导向目标，然后采用多种静态优化或动态优化的方法进行问题求解，一次性获得协同后的策略。

4.2 城市交通控制与交通流诱导系统之间协同的路径和策略

4.2.1 交通状态畅通时的协同路径

道路交通系统在非高峰或是夜间时，通常处于畅通状态，一般认为道路交通车速大于每小时30km时为交通畅通状态。这种状态下的道路管理目标是基本实现了，但这不表示不需要进行交通控制和交通流诱导，需要根据道路检测器获取到的交通流数据，进一步及时判断道路交通存在的问题并予以解决，防止出现交通状态恶化的情况。由于这种状态下进行控制与诱导的成本都是比较低的，外加其管理难度较小，因此可采用独立式协同模式，控制与诱导之间的策略不必达成统一，只需要进行信息数据的交互即可。例如，先是通过信息的检测系统设备对道路各项交通信息进行获取，其信息包含了交通控制的信息及交通诱导的信息，2个系统获取到信息后都会将其传输到数据信息中心，该中心会对信息进行处理而得到实际交通状态，若判断其为畅通交通状态，则根据相关计算公式与模式来计算并分析2个系统的参数，实现在该状态下的交通管理。其中，城市交通控制系统所采用的模型算法主要是信号配时法、冲突点法、akcelic法以及韦伯斯特法等，交通流诱导系统所采用的模型算法包括VI模型、数学规划法以及最优控制法。

4.2.2 交通状态轻微拥挤时的协同路径

当道路交通畅通自由流出现混乱时，车辆的车速下降，延长了通行时间，交通状态开始进入到轻微拥挤阶段，这时的主干道通行车速一般是每小时20km～30km。当处于交通轻微拥挤时，交通控制系统与交通流诱导系统之间的协同就会变得更加重要，若是其协同的效果较好，则可以让道路交通恢复到畅通的状态。在交通状态轻微拥挤时，重点的管理是疏散车流，也就是让交通流量在路网中能够分布的更加均衡，因此要保证交通控制与交通流诱导都能够平衡实现，并不适合采用偏向于某一个系统的协同模式。可采用递进式协同模式，或是协作式协同模式、一体化协同模式。以递进式协同模式为例，先是交通控制系统检测到道路处于轻微拥挤的交通状态，然后其进行交通流的科学分配控制，确保路口位置交通流的延时控制到最短时间，最后控制系统将所控制路段的交通流分配数据信息发送给协同管理系统。与此同时，交通流诱导系统也会根据对道路路段检测到的交通信息进行预测，判断出每一种类型车辆最适合的行驶路线，从而进行交通流的路网分配，最后交通流诱导系统会将相关交通流分配数据信息发送给协同管理系统。在协同管理系统当中，会将2个系统所发送的信息进行整合，建立起诱导和控制统一的协同模型，对实际进行诱导和控制的策略做出调整，获得具有综合性的新策略进行应用。

5.结语

城市交通流诱导系统和交通控制系统之间的协同，是为了保证2个系统的有效运行，达到避免交叉路口出现行程延误及整体路网出现拥挤路段的情况。由本文分析可知，其进行协同的模式包括独立式协同、偏重控制式协同、偏重诱导式协同等多种类型，针对不同的交通状态应当采用不同的模式。