智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)

5.1單路口基本交通控制方法單路口的交通信號控制是最基本的交通控制形式，也是線控和面控系統(tǒng)的基礎(chǔ)。其控制目標(biāo)是通過合理的信號配時(shí)，消除或減少各向交通流的沖突點(diǎn)，同時(shí)使車輛和行人的總延誤時(shí)間最小。單路口的交通信號控制主要分為定時(shí)控制、感應(yīng)控制、實(shí)時(shí)自適應(yīng)控制等。其中，定時(shí)控制和感應(yīng)控制是基本的交通控制方法。智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第1頁。1、信號控制下的車輛運(yùn)動(dòng)過程及車輛延誤觀察信號控制下的交叉口的車輛運(yùn)動(dòng)過程可以發(fā)現(xiàn)：車輛到達(dá)交叉口的數(shù)量和到達(dá)的時(shí)間間隔是隨機(jī)變化的。因此，在每個(gè)信號周期內(nèi)，總有一部分車輛遇到紅燈信號，需要減速并停車等待。當(dāng)紅燈信號結(jié)束并轉(zhuǎn)為綠燈信號時(shí)，等待的車輛要起動(dòng)、加速并通過交叉口。一般來講，車輛通過交叉口的延誤時(shí)間主要受車輛到達(dá)率和交叉口的通行能力的影響。在交叉口通行能力不變的情況下，延誤時(shí)間主要取決于車輛到達(dá)率。智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第2頁。假設(shè)車輛的到達(dá)率為ｑ（PCU/h）；同時(shí)設(shè)綠燈期間車輛的駛出率為ｓ（PCU/h）；周期時(shí)間，可分為綠燈時(shí)間tg和紅燈時(shí)間tr。顯然有：C＝tg＋tr。在紅燈期間，車輛的駛出率為0，車輛排隊(duì)等待；

當(dāng)信號轉(zhuǎn)換為綠色時(shí)，排隊(duì)車輛以s(PCU/h)駛出率離開交叉口。綠燈開啟后g0（s）內(nèi)

，隊(duì)長此時(shí)到達(dá)車輛以到達(dá)率ｑ(PCU/h)離開交叉口，直到信號變紅為止。智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第3頁。在不飽和交通流的情況下，排隊(duì)長度為紅燈期間所到達(dá)的車輛數(shù)為；而綠燈時(shí)凈駛出率為s－q，顯然，隊(duì)長消散所需時(shí)間ｇ0。由下式計(jì)算：為了保證每個(gè)周期時(shí)間內(nèi)排隊(duì)車輛能消散，必須有即式中，λ為該通行相位的綠信比。在滿足上式的情況下，每周期內(nèi)車輛的總延誤td等于上圖中陰影部分三角形的面積，即每輛車的平均延誤為智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第4頁。2、信號控制的配時(shí)設(shè)計(jì)對單路口的信號控制來說，評價(jià)其配時(shí)方案是否最佳的主要指標(biāo)有延誤時(shí)間、通行能力和交通事故次數(shù)等。顯然，延誤時(shí)間是駕駛員最關(guān)心的指標(biāo)，而且也容易折合成經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。韋伯斯特經(jīng)反復(fù)測算，給出了計(jì)算最佳周期的近似公式式中，L－每個(gè)周期總的損失時(shí)間；

Y－交叉口交通流量比。智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第5頁。設(shè)一個(gè)周期有n個(gè)相位，第i個(gè)相位的損失時(shí)間為，全紅時(shí)間為，則總的損失時(shí)間L為交叉口交通流量比按下式計(jì)算：為第i相信號臨界車道的交通流量比。臨界車道：每一信號相位上，交通量最大的那條車道。－第i相信號臨界車道的交通量。－第i相信號臨界車道的飽和流量。在實(shí)際應(yīng)用中，即使按上述公式算出，也還需要到現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)驗(yàn)調(diào)整。韋波斯特實(shí)驗(yàn)研究表明：當(dāng)周期在0.75到1.5的范圍內(nèi)變動(dòng)時(shí)，延誤沒有明顯的增加。智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第6頁。例：十字路口東南西北入口道的總車流量分別為600、900、900和1200veh，各入口道均有兩個(gè)車道。設(shè)飽和流量s＝1800veh/h，采用兩相信號控制，每相信號損失時(shí)間為l＝4s，黃燈時(shí)間取為tY＝3s，全紅時(shí)間為tR＝2s。試設(shè)計(jì)該路口的定時(shí)控制配時(shí)方案。解：設(shè)東西通行為第1相，南北通行為第2相，各相臨界車流量為，則各相臨界車道流量比為總損失時(shí)間為最佳周期為智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第7頁。凈綠燈時(shí)間為：各相綠燈時(shí)間為取取故定時(shí)控制配時(shí)方案為：周期長：第1相：綠燈20s，黃燈3s，全紅2s；第2相：綠燈25s，黃燈3s，全紅2s。智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第8頁。周期長度及各相位的綠時(shí)是與交叉口的交通量密切相關(guān)的，然而，交叉口各方向的交通量不是一成不變的，一天中往往呈現(xiàn)幾個(gè)明顯的“高峰”交通流，如上下班期間。通過交通調(diào)查可以確定每日交通量按時(shí)間段的分布情況，從而可以進(jìn)行多時(shí)段信號控制（把每天分為幾個(gè)時(shí)段，每個(gè)時(shí)段內(nèi)的交通量基本不變）。因此可計(jì)算出每個(gè)時(shí)段的周期長度及各相位綠時(shí)，于是，其配時(shí)方案就確定下來，交通信號機(jī)根據(jù)實(shí)時(shí)時(shí)鐘自動(dòng)進(jìn)行方案的切換。智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第9頁。3、感應(yīng)控制定時(shí)控制方法（包括多時(shí)段控制）是目前使用最廣的一種控制方式，其配時(shí)方案是根據(jù)交通調(diào)查所得到的歷史數(shù)據(jù)制定的，而且一經(jīng)確定，則維持不變，直到下次重新進(jìn)行交通調(diào)查。很顯然，這種方式不能適應(yīng)交通流的隨機(jī)變化。注意觀察進(jìn)行定時(shí)控制的交叉口，有時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)這樣的現(xiàn)象：亮綠燈的車道沒有車輛通行，而亮紅燈的車道卻有車輛排隊(duì)。這是開環(huán)控制帶來的結(jié)果。為了克服這種現(xiàn)象，就必須采用閉環(huán)控制，即首先檢測某車道是否有車輛到達(dá)，然后再?zèng)Q定是否給該車道開綠燈。這就是感應(yīng)控制的基本原理。智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第10頁。

20世紀(jì)30年代，美國研制出世界上最早的感應(yīng)式交通信號控制機(jī)。當(dāng)時(shí)采用的是“聲控”方式，即車輛到達(dá)交叉口的某一指定位置時(shí)必須鳴喇叭，信號機(jī)內(nèi)的聲音傳感器能夠接收喇叭發(fā)出的聲音，從而控制紅綠燈的狀態(tài)。顯然，這種方法可靠性差，又會(huì)使交叉口的噪聲污染加劇，因而遭到公眾反對。20世紀(jì)60年代以來，電磁感應(yīng)檢測器、微波檢測器以及視頻檢測器等逐步取代了氣動(dòng)傳感器，并廣泛應(yīng)用于信號控制系統(tǒng)。長期的實(shí)踐證明，感應(yīng)控制的通行效率比定時(shí)控制系統(tǒng)高，車輛停車次數(shù)減少6％－30％。智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第11頁。感應(yīng)控制從實(shí)施方式來看可以分為兩種：一種是半感應(yīng)控制，即在交叉口處將檢測器安裝在次干道上，根據(jù)次干道的交通需求進(jìn)行信號控制；另一種是全感應(yīng)控制，即在交叉口的所有入口道上均安裝檢測器，根據(jù)所有入口道的交通需求進(jìn)行信號控制。智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第12頁。1）半感應(yīng)控制某些交叉口往往是由主干道和次干道交匯而成。主干道的交通量明顯大于次干道交通量，且次干道交通量波動(dòng)較大，此時(shí)實(shí)施半感應(yīng)控制能獲得比較好的效果。該控制方式是在交叉口的次干道的兩個(gè)入口道上安裝車輛檢測器，并使用兩相位信號進(jìn)行控制。如下圖所示。注意到主干道上沒有安裝車輛檢測器，因此，主干道通行的信號相稱為非感應(yīng)相，而次干道通行的信號相稱為感應(yīng)相。半感應(yīng)控制在工作時(shí)，主干道信號燈總維持綠燈信號，次干道總是紅燈，只有次干道能檢測到車輛到來時(shí)，其燈色才可能轉(zhuǎn)換為綠色。智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第13頁。非感應(yīng)信號相通常要設(shè)置最小綠時(shí)，以免綠時(shí)太短發(fā)生交通事故。當(dāng)次干道檢測到有車輛到達(dá)時(shí)，必須等到主干道的最小綠時(shí)結(jié)束，才能把綠燈信號轉(zhuǎn)移到次干道。因此，次干道要獲得綠燈信號必須具備兩個(gè)條件：1）檢測器檢測到車輛到達(dá)；2）主干道最小綠時(shí)已經(jīng)結(jié)束。智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第14頁。感應(yīng)信號相要設(shè)置初始綠時(shí)、單位綠延時(shí)和最大綠時(shí)。當(dāng)次干道獲得通行權(quán)時(shí)，信號機(jī)首先給該信號相一個(gè)初始綠時(shí)，使已經(jīng)到達(dá)的車輛通過交叉口。如果此后再無車輛到達(dá)，初始綠時(shí)一結(jié)束，通行權(quán)又轉(zhuǎn)移到主干道；如果在初始綠時(shí)內(nèi)檢測到車輛到達(dá)，則次干道綠燈將延長一個(gè)單位綠延時(shí)；如果在此時(shí)間內(nèi)又有車輛到達(dá)，就再延長一個(gè)單位綠延時(shí)，直到累計(jì)時(shí)間達(dá)到最大綠時(shí)。此后，即使次干道檢測到車輛到達(dá)，其綠時(shí)也必須結(jié)束，通行權(quán)轉(zhuǎn)移給主干道智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第15頁。智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第16頁。主干道最小綠時(shí)、次干道的初始綠時(shí)、單位綠延時(shí)和最大綠時(shí)等參數(shù)的確定原則：1）主干道最小綠時(shí)。該時(shí)間由交叉口的交通需求來決定。通常的做法是：如果次干道上只是偶有車輛通過，且主干道又不是特別重要的城市道路，則可取較短的最小綠燈時(shí)間，如25－40s。如果主干道上交通量較大或者次干道交通量比較大，則應(yīng)選取較大的最小綠燈時(shí)間，如40－75s。智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第17頁。2）次干道初始綠時(shí)次干道初始綠時(shí)與車輛檢測器到停車線的距離有關(guān)，一般可以把初始綠時(shí)看作該距離的函數(shù)。下表是美國《交通信號設(shè)計(jì)手冊》所推薦的初始綠時(shí)與車輛檢測器到停車線間距離的關(guān)系（1ft＝0.3048m）智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第18頁。本店經(jīng)營各類毛絨玩具禮品、公仔、靠墊、掛件等等，支持批發(fā)零售，歡迎來樣看樣定做生產(chǎn)。為了賺人氣，本店所有商品批發(fā)價(jià)銷售，超低秒殺！雖然我們的信譽(yù)不高，但我們會(huì)以誠信為本，為您提供質(zhì)高價(jià)廉的商品和優(yōu)質(zhì)的服務(wù)！祝您購物愉快！

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99個(gè)人小廣告：智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第19頁。3)次干道單位綠延時(shí)單位綠延時(shí)與車輛檢測器到停車線間的距離有關(guān)。對于車輛檢測器與停車線間距離較大的交叉口，單位綠延時(shí)就是車輛從檢測器行駛到停車線所需的時(shí)間。這可以通過兩者距離除以平均車速求出。這可以保證檢測到的車輛有一段時(shí)間安全駛過交叉口。如果檢測器與停車線間距離很小時(shí)，單位綠延時(shí)是綠燈信號期間駛近交叉口車隊(duì)相鄰車輛的最大空間時(shí)距。單位綠延時(shí)不宜太短，否則已經(jīng)越過車輛檢測器的車輛可能無法穿過停車線，因而不得不緊急剎車，易出交通事故。通常情況下，綠延時(shí)的選取應(yīng)不小于3s。智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第20頁。4）次干道最大綠時(shí)對半感應(yīng)控制而言，在極端情況下，次干道綠燈信號能夠不停地延伸下去，這樣就會(huì)使主干道車流受阻。為此，必須對次干道綠燈時(shí)間的累計(jì)長度進(jìn)行限制，這就是次干道最大綠時(shí)。最大綠時(shí)通常取30－60s，具體要根據(jù)路口交通條件確定。也可通過定時(shí)控制計(jì)算最佳周期長度的方法估算，即先算出一個(gè)參考周期長，然后再計(jì)算分配給次干道感應(yīng)信號相的綠燈時(shí)間，最后將這一時(shí)間乘以1.25-1.5的系數(shù)，所得時(shí)間即為次干道最大綠時(shí)。智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第21頁。2）全感應(yīng)控制全感應(yīng)控制在交叉口各入口道上均安裝了車輛檢測器，各信號相的綠燈時(shí)間由車輛檢測器實(shí)時(shí)測得的各入口道上的交通需求來確定。因此全感應(yīng)控制沒有非感應(yīng)相，這是與半感應(yīng)控制的主要區(qū)別。與半感應(yīng)控制的感應(yīng)相類似，全感應(yīng)控制的每一信號相位均要設(shè)置初始綠時(shí)、單位綠延時(shí)和最大綠時(shí)等參數(shù)。智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第22頁。5.2單路口的智能交通控制定時(shí)控制：根據(jù)以往觀測到的交通需求，按預(yù)先設(shè)定的配時(shí)方案進(jìn)行控制，因此它對交通需求的隨機(jī)變化是無法響應(yīng)的。感應(yīng)控制方法缺陷：感應(yīng)控制只能檢測是否有車輛到達(dá)而不關(guān)心有多少輛車到達(dá)，因此，它無法真正響應(yīng)各相位的交通需求，也就不能使車輛的總延誤最小。例如：設(shè)某相位最短綠時(shí)為10s，最大綠時(shí)為40s，單位綠延時(shí)為5s，則在5s綠延時(shí)結(jié)束前，如果只有一輛車到達(dá)，仍須給出5s的單位綠延時(shí)，極端情況下重復(fù)上述過程直到最大綠時(shí)，共放行了11輛車，而在此期間，下一相位車道卻有15輛車等待綠燈，很顯然總的車輛延誤沒有達(dá)到最小。智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第23頁。1單路口兩相位的模糊控制1977年，Pappis等人設(shè)計(jì)了一種單路口兩相位模糊邏輯控制器，計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果證實(shí)了該方法的有效性。這是最早將模糊邏輯用于交通控制的例子。下面從延誤模型、模糊算法和模糊控制幾方面進(jìn)行介紹。智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第24頁。1、延誤模型考慮兩相位控制的十字路口，東西向?yàn)橐粋€(gè)相位，南北向?yàn)橐粋€(gè)相位。假定各方向到達(dá)的車輛是隨機(jī)的，且到達(dá)的車輛數(shù)服從均勻分布。兩個(gè)方向的飽和流量均為3600veh/h，無轉(zhuǎn)向車流。設(shè)則紅燈相位開始后第n(s)內(nèi)的車輛排隊(duì)長度為式中，表示前一個(gè)綠燈期間未清完的車輛數(shù)。則紅燈期間排隊(duì)車輛總的等待時(shí)間為如果在第n(s)內(nèi)有一輛車到達(dá)否則智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第25頁。令s為飽和流量，則綠燈相位開始后第n(s)內(nèi)，未清完的車輛排隊(duì)長度為式中為前一個(gè)紅燈期間等候的車輛數(shù)。上式括號里的數(shù)為正時(shí)，z取1，否則z為0。則綠燈期間車輛總的等待時(shí)間為因此，一個(gè)周期內(nèi)，一個(gè)方向上的車輛總延誤為－有效紅燈時(shí)間R(s)內(nèi)的延誤－有效綠燈時(shí)間R(s)內(nèi)的延誤平均每輛車的延誤模型為智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第26頁。2、模糊算法該算法主要控制綠燈的延時(shí)時(shí)間，分別在綠燈的第7s、17s、27s、37s和47s實(shí)施控制。在路口停車線前S(m)處設(shè)置車輛檢測器智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第27頁。若測得車輛的速度為,則其從檢測器到臨界點(diǎn)所花費(fèi)的時(shí)間為例如：南北方向綠燈持續(xù)到第17s準(zhǔn)備實(shí)施控制時(shí)，設(shè)在下一個(gè)10s中，相繼每一個(gè)時(shí)間單位1s橫穿臨界點(diǎn)（南北方向）的車輛數(shù)與等候的車輛數(shù)（東西方向）已由檢測器得到，分別為設(shè)準(zhǔn)備實(shí)施控制時(shí)已有5輛車等候（東西方向），則下一個(gè)10s開始后各秒到達(dá)和等候的車輛累積數(shù)分別為智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第28頁。引入以下模糊變量：T表示“時(shí)間”的模糊輸入變量，其取值為：“很短”、“短”、“中等”等。A表示“到達(dá)數(shù)”的模糊輸入變量，此處指到達(dá)正在通行的車道上的車輛數(shù)。其取值為：“很多”、“極少”等。Q表示“等候車輛數(shù)”的模糊輸入變量，其取值為：“任意”、“很少”等。E表示“延長時(shí)間”的模糊輸入變量。智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第29頁。時(shí)間A和延長時(shí)間E的賦值表智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第30頁。到達(dá)數(shù)A的賦值表智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第31頁。等候車輛數(shù)Q的賦值表智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第32頁。引入兩種新的運(yùn)算規(guī)則，設(shè)為實(shí)軸上的模糊子集，是其隸屬度函數(shù)且是使達(dá)到最大的中的元素，則和為定義在U上的模糊集，且有很明顯模糊集“任意（any）”，在整個(gè)論域上都為1智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第33頁。模糊算法可表示為：第7s：按下面5條規(guī)則實(shí)施模糊推理智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第34頁。智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第35頁。第17s：按下面5條規(guī)則實(shí)施模糊推理智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第36頁。智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第37頁。第27s：按下面5條規(guī)則實(shí)施模糊推理智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第38頁。智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第39頁。第37s：按下面5條規(guī)則實(shí)施模糊推理智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第40頁。智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第41頁。第47s：按下面5條規(guī)則實(shí)施模糊推理智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第42頁。智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第43頁。3、模糊控制下面根據(jù)一些具體數(shù)據(jù)說明如何進(jìn)行模糊控制。以第2次控制（即在綠燈第27s時(shí)）為例，并設(shè)即考慮下一個(gè)10s的第8s；即在以后的8s中，如現(xiàn)在的信號燈不變，則有4輛車通過臨界點(diǎn)；即在即在以后的8s中，如現(xiàn)在的信號燈不變，則有5輛車等候；即信號燈的當(dāng)前狀態(tài)再保持8s。智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第44頁。根據(jù)第二次控制中的第1條規(guī)則，我們有故此規(guī)則作為模糊條件語句有以下隸屬度：智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第45頁。類似地求得其余4條控制規(guī)則的隸屬度分別為因此，第二次控制，隸屬度為智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第46頁。按照上述方法，分別取，則可得到控制決策表，如下表所示。由于“延長10s”所對應(yīng)的隸屬度0.8為最大，故決定控制器應(yīng)保持當(dāng)前狀態(tài)10s不變。每次控制均按上述過程進(jìn)行。如果模糊決策后要延長的時(shí)間小于10s，則系統(tǒng)將在延時(shí)結(jié)束后進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換，然后在下一個(gè)相位進(jìn)行模糊推理。如果表最后一行所有的值均小于0.5，則不進(jìn)行延時(shí)，系統(tǒng)的狀態(tài)（即相位）要立刻轉(zhuǎn)換。如果表中的最后一行有兩個(gè)或兩個(gè)以上相同的最大值，則取更長的那個(gè)延長時(shí)間。智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第47頁。智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第48頁。模糊邏輯控制器與傳統(tǒng)控制器的性能比較智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第49頁。2單路口的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自學(xué)習(xí)控制模糊控制規(guī)則一經(jīng)確定就不再改變，即不具備實(shí)時(shí)學(xué)習(xí)功能。這樣一來，系統(tǒng)的信號控制效果完全依賴于控制規(guī)則的合理性和遍歷性，這對于交通狀況復(fù)雜的路口，特別是多相位路口，是很難做到的。針對單路口多相位信號控制方式，提出了一種具有實(shí)時(shí)學(xué)習(xí)功能的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)信號控制方法。智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第50頁。1、控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在車流量大和車流復(fù)雜的情況下，傳統(tǒng)信號控制方法很難實(shí)施有效的控制，但一個(gè)經(jīng)驗(yàn)豐富的交通警察卻能應(yīng)付自如。這說明可模擬交通警察思維的智能控制方法在復(fù)雜路口的信號控制方面有著廣泛的應(yīng)用前景。設(shè)所研究的平面交叉路口為一個(gè)十字形交叉路口。其中，東西南北4個(gè)進(jìn)口均具有左轉(zhuǎn)、直行和右轉(zhuǎn)條車道智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第51頁。智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第52頁。交通警察交通指揮的過程：首先將通行權(quán)交給某一方向，在此期間他將不斷評價(jià)目前的交通狀況1）如果通行方向的大部分車輛已疏散，而另一個(gè)方向車輛數(shù)增多，他會(huì)把通行權(quán)交給另一個(gè)方向；2）如果各方向的車輛數(shù)均比較多，則通行時(shí)間較長；3）如果各方向的車輛數(shù)均比較少，則通行時(shí)間較短。智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第53頁。

具有在線自學(xué)習(xí)功能的智能控制方案結(jié)構(gòu)圖智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第54頁。2、控制算法1）評價(jià)準(zhǔn)則評價(jià)準(zhǔn)則環(huán)節(jié)的作用是評價(jià)一個(gè)評價(jià)周期內(nèi)（假設(shè)由6個(gè)信號周期組成）某一信號配時(shí)方法的控制效果，并由此評價(jià)準(zhǔn)則修正信號周期和各相位的綠信比。設(shè)

為第i個(gè)信號周期結(jié)束時(shí)的總排隊(duì)長度；為第i個(gè)信號周期內(nèi)第j個(gè)相位所有方向達(dá)到的車輛總數(shù)；為第i個(gè)信號周期內(nèi)第j個(gè)相位中所有方向放行的車輛總數(shù)；為第i個(gè)周期結(jié)束時(shí)第j個(gè)相位所有方向車流排隊(duì)長度之和；為一個(gè)評價(jià)周期內(nèi)，各信號周期結(jié)束時(shí)的總排隊(duì)長度的平均值；為一個(gè)評價(jià)周期內(nèi)，各信號周期結(jié)束時(shí)第j個(gè)相位中所有方向車流的排隊(duì)長度的平均值；智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第55頁。則有式中，當(dāng)括號內(nèi)的數(shù)小于0時(shí)，z=0，否則z=1,且有定義將分為大、較大、中、小和很小5檔，對應(yīng)的周期增量分別為10s、7s、5s、0s和-5s，則為即為下一個(gè)評價(jià)周期內(nèi)將要采用的新信號周期長度智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第56頁。智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第57頁。2）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在該信號控制系統(tǒng)中，兩個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為控制器處于系統(tǒng)的底層。任何時(shí)刻只有一個(gè)在工作，而另一個(gè)則根據(jù)需要（由評價(jià)準(zhǔn)則確定）處于學(xué)習(xí)或空閑狀態(tài)。輸入：輸出：C和智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第58頁。學(xué)習(xí)樣本和訓(xùn)練方式：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)樣本分兩個(gè)階段獲取。第一，在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行前，先將交警的指揮經(jīng)驗(yàn)用規(guī)則的形式表示出來，然后用這些準(zhǔn)則來訓(xùn)練兩個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)即可作為信號控制器投入運(yùn)行。由于控制信號是4相位的，信號控制規(guī)則的獲取比較困難，且控制規(guī)則也往往不具備遍歷性，因而此時(shí)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)性能還不是最優(yōu)的，還需要在運(yùn)行過程中逐步進(jìn)行優(yōu)化。第二，在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，每隔一個(gè)評價(jià)周期(6個(gè)信號周期）按照前面所述的方法計(jì)算一次輸入、輸出，訓(xùn)練處于空閑狀態(tài)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。如此重復(fù)，一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)投入運(yùn)行，一個(gè)學(xué)習(xí)智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第59頁。隨著時(shí)間的推移，訓(xùn)練樣本將會(huì)越來越多，網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練也將會(huì)越來越困難。為避免出現(xiàn)“樣本爆炸”問題，采取了所謂的“樣本截?cái)唷狈词孪纫?guī)定訓(xùn)練樣本的規(guī)模（如300個(gè)，可根據(jù)需要任意設(shè)定），然后按照“順序移位”的方式用新樣本逐個(gè)淘汰舊樣本。智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第60頁。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自學(xué)習(xí)控制方法（簡稱方法1）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)交警控制經(jīng)驗(yàn)方法（簡稱方法2）控制效果比較智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第61頁。5.3定時(shí)式脫機(jī)控制系統(tǒng)利用交通流歷史及現(xiàn)狀統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，進(jìn)行脫機(jī)優(yōu)化處理，得出多時(shí)段的最優(yōu)信號配時(shí)方案，存入控制器或控制計(jì)算機(jī)內(nèi)，對整個(gè)區(qū)域?qū)嵤┒鄷r(shí)段定時(shí)控制，典型：英國1966年TRANSYT系統(tǒng)。系統(tǒng)主要組成部分：仿真模型和優(yōu)化過程。智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第62頁。TRANSYT仿真模型建立仿真模型的目的：用數(shù)學(xué)方法模擬車流在交通網(wǎng)絡(luò)上的運(yùn)行狀況，研究交通信號控制系統(tǒng)控制參數(shù)的改變對車流運(yùn)行的影響，以便客觀地評價(jià)任意一組控制參數(shù)的優(yōu)劣智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第63頁。TRANSYT仿真運(yùn)行假定條件１、路網(wǎng)上全部路口的交通信號均按共同的周期長度運(yùn)行，或某些路口的交通信號按半周期運(yùn)行，并且已經(jīng)知道各信號交叉口的信號階段劃分情況及最小綠燈時(shí)間等詳細(xì)數(shù)據(jù)。２、路網(wǎng)中所有主要交叉口都由交通信號燈控制。３、路網(wǎng)中各車流在某一確定時(shí)間段內(nèi)的平均車流量為已知，且維持恒定。４、第一交叉口的轉(zhuǎn)彎車輛所占的百分比為已知，并且在某一確定時(shí)間段內(nèi)維持恒定。智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第64頁。TRANSYT仿真運(yùn)行數(shù)據(jù)和資料１、路網(wǎng)幾何數(shù)據(jù)：交叉口數(shù)目、連線數(shù)目、連線長度、車道劃分情況及車道寬度２、交通量數(shù)據(jù)：每條連線上的交通量，各連線上交通量來自上游哪些連線以及將分流到下游哪些連線上去，車輛在連線上的自由行駛速度和車隊(duì)離散程序等。３、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：單位延遲時(shí)間的損失費(fèi)用指標(biāo)等。智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第65頁。TRANSYT系統(tǒng)的主要環(huán)節(jié)１、交通網(wǎng)絡(luò)的抽象與簡化圖論的應(yīng)用２、周期流量變化圖式縱坐標(biāo)表示交通量，橫坐標(biāo)表示時(shí)間的交通量在一個(gè)周期內(nèi)隨時(shí)間變化的一種柱狀圖３、車流在連線上運(yùn)行狀況的模擬到達(dá)下游停車線的到達(dá)率離開上游交叉口時(shí)的實(shí)際流量以飽和流率駛離停車線的流量４、車輛延誤時(shí)間及停車次數(shù)

(均勻到達(dá)、隨機(jī)和過飽和）智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第66頁。TRANSYT系統(tǒng)信號配時(shí)優(yōu)化過程1.相位差優(yōu)化獲得最小的性能指標(biāo)PI2.綠燈時(shí)間優(yōu)化不等量地更改一個(gè)或幾個(gè)乃至全體信號相位的綠燈長度，以期降低整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)PI值。3.控制子區(qū)域的劃分優(yōu)化分成若干個(gè)相對獨(dú)立的子區(qū)域，方便大范圍的交通網(wǎng)絡(luò)實(shí)行信號聯(lián)網(wǎng)協(xié)調(diào)控制。4.信號周期時(shí)間優(yōu)化可以自動(dòng)地為交通網(wǎng)各子區(qū)選擇一個(gè)PI是低的共用信號周期時(shí)長，同時(shí)還可以確定哪幾個(gè)交叉口應(yīng)當(dāng)采用雙周期。智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第67頁。TRANSYT系統(tǒng)缺點(diǎn)定時(shí)脫機(jī)控制系統(tǒng)，不能適應(yīng)隨機(jī)的交通變化，配時(shí)方案是根據(jù)當(dāng)時(shí)的交通量配定的，而交通量變化后，原配時(shí)方案不能適應(yīng);重配方案則需做大量調(diào)查。優(yōu)化配時(shí)，對于飽和及超飽和交通的控制具有一定的局限性，表現(xiàn)在計(jì)算時(shí)多采用一些假設(shè)，假定等。智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第68頁。后TRANSYT系統(tǒng)改進(jìn)解決了飽和及超飽和情況的缺陷。如TRANSYT-8系統(tǒng)。采用的方法是加入一個(gè)新功能，使用戶能夠?yàn)橹付ǖ倪B線確定一個(gè)車隊(duì)長度極限，然后，信號優(yōu)化器去尋找方案，此方案很少有可能使最大車隊(duì)長度超過預(yù)先設(shè)定的極限。實(shí)現(xiàn)方法就是在性能指標(biāo)PI中加入一個(gè)懲罰系數(shù)，一旦信號配時(shí)使車隊(duì)長度超過預(yù)訂的極限，將使PI值快速增大，優(yōu)化器尋求新的配時(shí)方案智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第69頁。TRANSYT系統(tǒng)用戶評價(jià)該系統(tǒng)帶來顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益例:泰國曼谷中心采用TRANSYT系統(tǒng)，使總行程時(shí)間降低13-17%，每年節(jié)省燃料費(fèi)100-200萬英鎊。智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第70頁。TRANSYT系統(tǒng)不足1.計(jì)算量大，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)較大時(shí)問題突出2.系統(tǒng)的配時(shí)優(yōu)化問題本質(zhì)上是一個(gè)非凸的數(shù)學(xué)規(guī)劃問題，如何找到全局最優(yōu)解在理論上還沒有徹底解決，仍在探索中3.作為一種離線優(yōu)化方法，系統(tǒng)需要大量的網(wǎng)絡(luò)幾何尺寸和交通流信息，這些信息的采集需要大量人力和時(shí)間，隨著城市的發(fā)展，上述數(shù)據(jù)往往會(huì)過時(shí)，從而降低系統(tǒng)的使用效果。智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第71頁。5.4感應(yīng)式聯(lián)機(jī)控制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn):能夠及時(shí)響應(yīng)交通流的隨機(jī)變化，控制效果好缺點(diǎn):控制結(jié)構(gòu)復(fù)雜，投資高，對設(shè)備可靠性要求高。澳大利亞的SCATS系統(tǒng)，英國的SCOOT系統(tǒng)智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第72頁。SCATS系統(tǒng)1980年澳大利亞開發(fā)SCATS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu):分層式三級控制,即中央監(jiān)控中心－>地區(qū)控制中心－>信號控制機(jī)SCATS系統(tǒng)的配時(shí)參數(shù)優(yōu)化方法實(shí)時(shí)方案選擇控制系統(tǒng)，信號周期和綠信比的實(shí)時(shí)選擇是以子系統(tǒng)的整體需要為出發(fā)點(diǎn)，即根據(jù)子系統(tǒng)內(nèi)的關(guān)鍵交叉口的需要確定共用周期時(shí)長。交叉口的相應(yīng)綠燈時(shí)間，按照各相位飽和度相等或接近的原則，確定每一相位綠燈占信號周期的百分比。隨著信號周期的調(diào)整，各相位綠燈時(shí)間也隨之變化。智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第73頁。SCATS系統(tǒng)綠信比方案的選擇事先為每一交叉口都準(zhǔn)備了４個(gè)綠信比方案供實(shí)時(shí)選擇使用。這４個(gè)方案分別針對交叉口在可能出現(xiàn)的４種負(fù)荷情況下，各相位綠燈時(shí)間占信號周期長度的比例值。相位差的選擇事先內(nèi)，外部都準(zhǔn)備好５種不同的方案供選擇。

智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第74頁。SCATS系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)1.檢測器安裝在停車線上，不需要建立交通模型，因些其控制方案不是基于交通模型的2.周期、綠信比和相位差的優(yōu)化是預(yù)先確定的多個(gè)方案中，根據(jù)實(shí)測的類飽和度值進(jìn)行選擇3.系統(tǒng)可根據(jù)交通需求改變相序或跳過下一個(gè)相位，因而能及時(shí)響應(yīng)每一個(gè)周期的交通需求4.可以自動(dòng)劃分控制子區(qū)，具有局部車輛感應(yīng)控制功能智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第75頁。SCATS系統(tǒng)缺點(diǎn)1.未使用交通模型，本質(zhì)上是一種實(shí)時(shí)方案選擇系統(tǒng)，因而限制了配時(shí)方案的優(yōu)化過程，靈活必不夠2.檢測器安裝在停車線附近，難以監(jiān)測車隊(duì)的行進(jìn)，因而綠時(shí)差的優(yōu)選可靠性較差。智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第76頁。5.3.2SCOOT系統(tǒng)英國1973開發(fā),基于TRANSYT的基礎(chǔ)上發(fā)展，模型及優(yōu)化原理與TRANSYT一樣。區(qū)別：通過安裝于上游交叉口出口道車速運(yùn)行穩(wěn)定的斷面上的車輛檢測器，采集車輛到達(dá)信息，進(jìn)行聯(lián)機(jī)處理，采用小步距連續(xù)微調(diào)方式形成控制方案，并實(shí)時(shí)調(diào)整綠信比，周期時(shí)長及相位差等參數(shù)，使之同變化的交通流相適應(yīng)。智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第77頁。SCOOT系統(tǒng)原理及組成原理：與TRANSYT相似，其核心為交通模型和配時(shí)參數(shù)優(yōu)化組成。區(qū)別：TRANSYT是離線的,SCOOT是在線的，以實(shí)時(shí)測量的交通數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，用交通模型進(jìn)行配時(shí)優(yōu)化SCOOT系統(tǒng)的主要組成:1.交通數(shù)據(jù)的采集和分析

2.交通模型

3.交通信號配時(shí)參數(shù)的優(yōu)化及調(diào)整

4.信號系統(tǒng)的控制智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第78頁。SCOOT系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)1.具有靈活性、比較準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)交通模型，不僅可以用來確定信號配時(shí)方案，還可以提供各種信息如延誤，停車次數(shù)和阻塞數(shù)據(jù)，為交通管理和交通規(guī)化提供數(shù)據(jù)支持2.采用短時(shí)間預(yù)測形式，只對下一個(gè)周期的交通條件做出預(yù)測，并根據(jù)預(yù)測結(jié)果進(jìn)行控制，大大提高了預(yù)測的準(zhǔn)確性和控制的有效性3.在信號參數(shù)優(yōu)化調(diào)整方面，采用頻繁的小增量形式，一方面避免了信號參數(shù)的突變給受控路網(wǎng)內(nèi)車輛運(yùn)行帶來的擾動(dòng)，另一方面，由頻繁調(diào)整產(chǎn)生的配時(shí)參數(shù)的累加變化，又可以適應(yīng)交通條件的較大變化4.系統(tǒng)的車輛檢測器埋高在上游交叉口的出口處，為下游交叉口信號配時(shí)的優(yōu)化調(diào)整提供了足夠充足的時(shí)間，同時(shí)，又可以預(yù)防車隊(duì)阻塞到上游交叉口5.具有鑒別檢測器狀態(tài)的能力，一旦檢測器出現(xiàn)故障，能及時(shí)采取相應(yīng)措施，減少檢測器故障對系統(tǒng)的影響。智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第79頁。SCOOT系統(tǒng)缺點(diǎn)1.交通模型的建立需要大量的路網(wǎng)幾何尺寸和交通流數(shù)據(jù)，因而費(fèi)時(shí)費(fèi)力2.綠信比的優(yōu)化依賴于對飽和度的估算，并且以小步長變化對其進(jìn)行調(diào)整，因此有可能不足以及時(shí)響應(yīng)每個(gè)周期的交通需求3.信號相位不能自動(dòng)增減，相序也不能自動(dòng)改變4.控制子區(qū)的自動(dòng)劃分問題尚未解決智能交通-城市交通信號控制系統(tǒng)全文共87頁，當(dāng)前為第80頁。其它系統(tǒng)RHODES系統(tǒng)SPOT/UTOPIA系統(tǒng)OPAC系統(tǒng)開發(fā)國家／時(shí)間／系統(tǒng)原理／組成