智能控制助廣州交通信息化建設(shè)

　　廣州，一座五光十色的人文智慧城市，在祖國的南方熠熠生輝，緊跟國家十二五建設(shè)的步伐，廣州的交通信息化建設(shè)也在如火如荼的進行中，城市道路、軌道交通、城際交通依依納入了交通信息化建設(shè)的大平臺中。十幾年來，廣州交通信息化建設(shè)得到了企業(yè)先導(dǎo)、政府扶植與人民支持，取得了令人矚目的成就。

　　隨著廣州汽車擁有量的高速增長、交通路口數(shù)量的增加以及人們對交通需求的提高，交通問題已成為社會經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸問題。與此同時，高密度的城市用地使得城市建成區(qū)難以通過大幅度擴大道路來改善交通狀況，因此只有通過交通信號控制從時間上對交通流予以交通分離才能取得良好的預(yù)期控制效果。而在城市交通系統(tǒng)中，相鄰路口之間存在著一定的關(guān)聯(lián)關(guān)系，這種內(nèi)在關(guān)系決定了理想的交通信號控制不能僅僅考慮提高某一路口的通行能力，需要實現(xiàn)關(guān)聯(lián)路口間的協(xié)調(diào)，達到全局最優(yōu)。因此單點控制方式必將逐步被區(qū)域智能協(xié)調(diào)控制所替換。

　　在認清了我國混合交通特點的基礎(chǔ)上，廣州運星科技有限公司與華南理工大學(xué)智能交通系統(tǒng)與物流技術(shù)研究所合作研發(fā)了交通信號協(xié)調(diào)控制領(lǐng)域的高端產(chǎn)品——“康安達”連續(xù)流交通信號控制優(yōu)化系統(tǒng)（以下簡稱康安達系統(tǒng)）。它源自華南理工大學(xué)徐建閩教授領(lǐng)銜承擔的國家863計劃項目——“交通控制協(xié)調(diào)交互技術(shù)”，運用交通控制子區(qū)智能劃分方法、干道綠波協(xié)調(diào)控制模型以及區(qū)域交通協(xié)調(diào)控制理論，根據(jù)交通數(shù)據(jù)，對各種幾何條件的交叉口進行交叉口群協(xié)調(diào)控制與干道雙向綠波協(xié)調(diào)控制，實時優(yōu)化區(qū)域交通協(xié)調(diào)控制方案，能減少停車次數(shù)、降低延誤時間、提高行駛車速、增強行車安全、節(jié)約能源消耗，有效緩解日益嚴峻的城市擁堵，在廣州市展開應(yīng)用期間，其起到了很多國外交通信號協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)所不能及的成就。

　　一、城市擁堵引來新需求

　　隨著交通擁堵的加劇和精細化管理的要求，除了保障交通安全和單點信號優(yōu)化外，城市交通管理者對交通信號控制系統(tǒng)提出了新的要求。

　　1、提高主干道通行能力

　　城市主干道承擔著大量的交通流，通行能力不足將造成大范圍的交通堵塞。因此，協(xié)調(diào)主干道各路口的信號控制方案，使車輛快速地通過各個路口，提高主干道通行能力，是緩解擁堵的重要手段。

　　2、控制中心城區(qū)車流量

　　當城區(qū)交通流流入量遠大于流出量，且城區(qū)交通已處于飽和或過飽和狀態(tài)時，城區(qū)交通勢必越來越堵，各城市中心城區(qū)的早晚高峰均有此現(xiàn)象。此時只有調(diào)整邊界交叉口信號控制參數(shù)合理控制進入中心城區(qū)的車流量，有效減少中心城區(qū)的交通需求，才能避免排隊長度過長造成路網(wǎng)堵塞。

　　3、提供特勤車隊快速通道

　　隨著“領(lǐng)導(dǎo)人出行不封路”新風尚的發(fā)揚，交通警衛(wèi)保障工作要求交通信號控制系統(tǒng)能為特勤車隊提供便利可靠的快速通道。

　　4、仿真評價與輔助決策

　　交通信號控制方案的實施影響正逐漸增強，每一次實施都將考驗著管理者的業(yè)務(wù)水平。這就要求系統(tǒng)具有輔助決策和路網(wǎng)協(xié)調(diào)控制方案仿真功能，能應(yīng)用微觀仿真軟件對路網(wǎng)交通流信息及相應(yīng)生成的路網(wǎng)協(xié)調(diào)控制方案進行仿真，直觀展示方案實施后的模擬交通狀況，生成方案評價，包括通行能力、飽和度、停車次數(shù)、延誤時間、燃油消耗等。

　　二、三大關(guān)鍵系統(tǒng)技術(shù)引領(lǐng)協(xié)調(diào)控制先鋒

　　康安達系統(tǒng)以連續(xù)流交通為導(dǎo)向，即城市交通流能夠連續(xù)不停車或者少停車地連續(xù)通過多個交叉口的交通流狀態(tài)，運用合理的協(xié)調(diào)控制，在任意時段使得交通流能夠順暢、快速、大量地通過城市路網(wǎng)；在交通擁堵發(fā)生時，能夠快速有效地疏通交通流，避免由于局部交通擁堵導(dǎo)致區(qū)域交通癱瘓的狀況發(fā)生。康安達系統(tǒng)采用區(qū)域兩級協(xié)調(diào)控制方法，其中上級為區(qū)域決策體整體最優(yōu)，避免交通擁堵及擴散，快速疏通交通流，實現(xiàn)區(qū)域交通流均衡；下級為交叉口群優(yōu)化，在上級控制限定的優(yōu)化范圍內(nèi)，優(yōu)化單交叉口實現(xiàn)交叉口群最優(yōu)。康安達系統(tǒng)具體包含以下關(guān)鍵技術(shù)：

　　1、控制子區(qū)動態(tài)劃分

　　綜合考慮相鄰交叉口間距、路段交通量、以及交叉口信號配時參數(shù)對相鄰交叉口關(guān)聯(lián)性強弱的不同影響，利用相鄰交叉口關(guān)聯(lián)度分析方法，通過定義控制子區(qū)劃分方案的解集空間、約束條件與評價準則，建立了基于關(guān)聯(lián)度分析協(xié)調(diào)控制子區(qū)劃分模型；采用子區(qū)劃分層擴散算法實現(xiàn)對控制子區(qū)劃分方案的分析評價，給出了一套完備的控制子區(qū)劃分流程，通過與現(xiàn)有控制子區(qū)劃分的有效結(jié)合，進一步增強控制子區(qū)劃分方法的科學(xué)合理性。

圖1功能示意圖

　　2、連續(xù)流綠波協(xié)調(diào)控制

　　以控制子區(qū)作為基本控制單元，綜合考慮子區(qū)內(nèi)的交通運行狀態(tài)（如交通阻塞、交通擁擠、交通順暢）、交叉口群的關(guān)聯(lián)性大小、交叉口的實際交通量，建立了連續(xù)流綠波協(xié)調(diào)控制模型，其中包括進口對稱放行方式下的雙向綠波協(xié)調(diào)控制模型、進口單獨放行方式下的雙向綠波協(xié)調(diào)控制模型、進口混合放行方式下的干道雙向綠波協(xié)調(diào)控制模型、以及相序優(yōu)化選擇的綠波協(xié)調(diào)控制模型。

　　3、飽和狀態(tài)下連續(xù)流協(xié)調(diào)控制

　　當路網(wǎng)交通需求遠大于供給能力，即交通流處于飽和或過飽和狀態(tài)時，系統(tǒng)能夠啟用主動控制策略，通過實施“外控內(nèi)疏”，合理控制進入路網(wǎng)的交通流量，有效避免路網(wǎng)出現(xiàn)排隊溢出甚至死鎖而造成路網(wǎng)堵塞。飽和狀態(tài)下連續(xù)流協(xié)調(diào)控制主要采用以下模型：邊界主動協(xié)調(diào)控制模型、潮汐流下的紅綠波協(xié)調(diào)控制模型、飽和狀態(tài)下停車延誤協(xié)調(diào)控制模型、飽和狀態(tài)下動態(tài)相位差協(xié)調(diào)控制模型。

　　三、七大特色功能安全便捷更科學(xué)

　　1、主要功能

　　（1）路網(wǎng)參數(shù)配置

　　路網(wǎng)參數(shù)分為固定參數(shù)和可配置參數(shù)。其中，固定參數(shù)包括路口基本信息、路口間距等，需要在康安達系統(tǒng)安裝設(shè)置。可配置參數(shù)包括路口信號機通訊方式、路段設(shè)計時速等，可在系統(tǒng)運行過程中依據(jù)實際情況進行調(diào)整。

　　（2）交通流數(shù)據(jù)采集

　　路口車流量等交通數(shù)據(jù)經(jīng)流量檢測器采集后導(dǎo)入康安達系統(tǒng)，導(dǎo)入方式包括自動和手動兩種方式。除此之外，系統(tǒng)還提供手動錄入的方式以適應(yīng)未建設(shè)流量檢測器的情況。

　　（3）區(qū)域協(xié)調(diào)控制方案生成

　　采用“全局最優(yōu)、分層協(xié)調(diào)、外控內(nèi)疏”的控制策略，應(yīng)用連續(xù)流綠波協(xié)調(diào)控制技術(shù)，通過交通流數(shù)據(jù)解算生成自適應(yīng)的協(xié)調(diào)控制優(yōu)化方案。

　　（4）特勤公交處置

　　警衛(wèi)特勤線路基于路網(wǎng)規(guī)劃，警衛(wèi)特勤預(yù)案需求由手工錄入。康安達系統(tǒng)依據(jù)警衛(wèi)特勤預(yù)案需求，以單向綠波協(xié)調(diào)控制模型進行線路協(xié)調(diào)，生成相應(yīng)的協(xié)調(diào)控制配時方案。另外，系統(tǒng)可對公交車輛進行優(yōu)先通行權(quán)的設(shè)置，使得公交車輛能夠更加便捷地通過路段，實現(xiàn)公交信號優(yōu)先。

　　（5）協(xié)調(diào)方案評價

　　系統(tǒng)能對生成的協(xié)調(diào)方案進行評價，評價指標包括通行能力、飽和度、綠波帶寬、停車次數(shù)、延誤時間等。

　　（6）交通仿真輸出

　　優(yōu)化方案可以通過仿真輸出，直觀地展示方案實施后的模擬交通狀況。

　　（7）協(xié)調(diào)方案輸出

　　協(xié)調(diào)優(yōu)化方案輸出到信號機的方式有兩種：

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