城市交通信号网络的半实物仿真(2)

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1 绪论

1.1 背景

交通拥堵问题一直是阻碍我国城市化进程的问题之一。随着近十年来私家车的增多，诸如交通拥堵此类的城市病已经屡见不鲜，我国亦采取了不同的手段来解决这些问题。

城市交叉路口是交通拥堵发生的主要地点，尤其是在车流量较大，交通还未足够发达的二线城市，很多平面交叉口的通行能力不足相关路段平均通行能力的50%[1]。南京市的道路交通就很具有代表性，流动人口车辆众多，道路纵横交错，有些施工路段较乱，即使地铁缓解了市民通行压力，在每日上下班高峰以及节假日高峰时段，交通堵塞问题仍时有出现。近些年来，南京市政府一直致力于改善交通状况，除了改善市民的出行方式外，也对交叉口信号进行控制，这些都对缓解交通拥堵起到了一定的作用。

如何控制交叉口信号，从而起到改善交通的目的则是本文面对的主要问题。

1.2 国内外情况

2014年5月23日，在巴西世界杯开幕前夕，世界杯开幕式举办地圣保罗，这座拥有1100万人口的城市出现了世界历史上最严重的交通拥堵事件。23日晚19时，等候车辆的总长超过了344公里，这一举打破了09年309公里的世界堵车记录。由此可见，交通拥堵是个世界性问题，当地交通局不可能没有预见到这种情况，但拥堵事件还是发生了。放眼国内，每年五一或十一黄金周，国内全国各地交通干道还是普遍地陷入了交通堵塞问题。这些事件说明我国乃至世界，交通控制还远远没有达到令人满意的地步。但不容忽视的，世界整体交通水平一直在不断提高。

随着计算机技术与自动化技术的发展以及交通流理论的完善和交通优化水平的提高，很多优秀的交通控制系统相继产生，如英国的TRANSTY（交通网络研究系统）与SCOOT系统和澳大利亚的SCATS（悉尼协调自适应交通系统）等[2]。TRANSTY系统是最成功的静态方法，以绿信比与相位差为控制参数，其优化方法采用爬山法，缺点是计算量过大，很难获得整体最优的配时方案。而SCOOT是在TRLL （英国道路研究所）和TRANSTY系统的基础上发展的，其模型仍然采用TRANSTY系统的交通模型，却采用联机实时控制的动态模式，对周期绿信比与相位差进行了控制，采用了小步长渐进寻最优的方法[3]。SCOOT的缺点是相序相位并不能动态改变并且调试较为繁琐。SCATS采用自适应分析的方法和分层递阶的控制结构，同时采用联机控制（中央级联机和脱机同时进行的控制模式），以类饱和度综合流量为最大系统目标，无交通模型，控制参数为绿信比、相位差和周期，可以智能的实时调整交通信号，这个作为先进的交通控制系统在世界多个城市得到广泛的应用。

在我国，传统控制系统显然不能满足城市交通的要求,唯有自适应的学习控制才能满足交通要求增长的需要，这无疑需要计算机水平和交通控制理论的不断提高[4]。因此开发者需充分利用系统工程的思想和方法，学习更为先进的交通控制理论，只有软硬件相结合才能更好的完善交通系统的控制。

1.3 论文内容

本文选取升州路-仙鹤街交叉口作为仿真对象来模拟交叉口信号的控制。通过交叉口仿真系统，可以模拟交通中出现的问题，帮助人们了解交叉口的特性。同时因为个人对交通系统还未能足够了解，所以仅采用定时配时法进行交叉口信号灯的控制，国际上定时配时方法有不少，国内较多使用的是英国的韦伯斯特法（Webster），美国的HCM法，澳大利亚的阿克塞利克法（ARRB）法[5]，本文采用主流韦伯斯特配时法来进行城市单交叉口的信号配时，并以以下步骤展开仿真实验：