0 引言
    近年來，道路交通量急劇增加,，城市道路問題已經(jīng)成為現(xiàn)代城市迫切需要解決的重要問題之一,，合理的控制策略能夠提高交叉口的通行能力，對于一些交通流量較小,，但隨機(jī)波動(dòng)較大的路口,，宜采用感應(yīng)控制。
    經(jīng)典的感應(yīng)控制采用車來即延時(shí)的策略,，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定固定的初始綠燈時(shí)間,、單位綠燈延長時(shí)間、最大綠燈時(shí)間等參數(shù),，控制策略單一,，很難適應(yīng)動(dòng)態(tài)的交通流狀況。為了達(dá)到比較理想的控制效果,，一些學(xué)者對感應(yīng)控制的配時(shí)進(jìn)行了深入研究,，翟潤平等就對延時(shí)策略進(jìn)行了改進(jìn)，通過計(jì)算綠時(shí)有效利用率來確定是否切換相位,，提高了綠燈的有效利用率,，但是增加了一個(gè)控制參數(shù)和控制的復(fù)雜度；王殿海等提出了一種可變單位綠燈延時(shí)的時(shí)間模型,，考慮到了城市路段車流到達(dá)規(guī)律和駕駛員心理特性,，比傳統(tǒng)的固定單位綠燈延時(shí)有所改進(jìn)，但是在降低車輛的平均延誤上效果并不明顯,；邵峰等對兩種單位綠燈延時(shí)的計(jì)算方法進(jìn)行了比較,，得到了一種減少車輛平均延誤的單位綠燈延時(shí)的計(jì)算方法，但是其計(jì)算參數(shù)過多,，計(jì)算復(fù)雜,，實(shí)用性不強(qiáng)。上述研究皆對感應(yīng)控制的部分配時(shí)參數(shù)進(jìn)行了研究，但都采用固定周期,、固定相序的方式,。文獻(xiàn)均考慮到了相序?qū)徊婵谕ㄐ心芰Φ挠绊懀瑢Σ煌慕徊婵诓捎貌煌南嘈蚍桨?，但是沒有考慮交叉口的車流量變化對相序的影響,；沈國江等提出了一種交通流模型，根據(jù)排隊(duì)長度的變化,，采用模糊推理對相序轉(zhuǎn)換時(shí)刻,、相序的選擇進(jìn)行了優(yōu)化，由于采用了八相位方案,，算法復(fù)雜度較高,，調(diào)節(jié)參數(shù)多，實(shí)時(shí)性和可靠性得不到保證,，并且增加了綠燈損失時(shí)間,；樊曉平等結(jié)合了模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了交叉口多相位的,、相序可變的交通流控制,，但是該方法對信號機(jī)系統(tǒng)的配置要求比較高，較難推廣應(yīng)用,。
    本文對交通感應(yīng)控制中的信號配時(shí)進(jìn)行了研究,，提出一種動(dòng)態(tài)相序的多相位感應(yīng)控制算法，分析了初始綠燈時(shí)間,、單位綠燈延長時(shí)間,、最小和最大綠燈時(shí)間等對感應(yīng)控制的影響，并給出了上述參數(shù)配時(shí)的計(jì)箕方法,。本文所提算法簡單實(shí)用,，計(jì)算復(fù)雜度低，對系統(tǒng)配置要求不高,，仿真結(jié)果表明,，本文的方法較經(jīng)典感應(yīng)控制方法降低了交叉口的平均延誤，是一種有效可行的方法,。

1 感應(yīng)控制原理概述
    感應(yīng)控制是通過車輛檢測器檢測到的車輛到達(dá)情況,，動(dòng)態(tài)調(diào)整各相位的配時(shí)以適應(yīng)交通變化的一種實(shí)時(shí)控制方式，是一種典型的反饋控制過程,，適用于交通流量不大但波動(dòng)較大的交叉口控制,。
    傳統(tǒng)的感應(yīng)控制方式可分為半感應(yīng)控制和全感應(yīng)控制。在半感應(yīng)控制中,，檢測器只安裝在次干道上,，主干道維持綠燈狀態(tài),，當(dāng)次干道檢測到有車到達(dá)并且主干道最小綠時(shí)已經(jīng)結(jié)束時(shí)，更換信號相位,；而全感應(yīng)控制中,，主從干道無法明顯地區(qū)分，交叉口的所有進(jìn)口道上都安裝檢測器,，其工作方式為：當(dāng)某一信號相位開始啟亮綠燈時(shí),，則預(yù)設(shè)一個(gè)“初始綠燈時(shí)間”，當(dāng)初始綠燈時(shí)間結(jié)束時(shí),，再增加一個(gè)預(yù)置的時(shí)間間隔(一般為一個(gè)單位綠燈延長時(shí)間),，在此時(shí)間間隔內(nèi)，若沒有后續(xù)車輛到達(dá),，則立即更換相位,；若檢測器檢測到有后續(xù)車輛到達(dá)，則每檢測到一輛車,，就從檢測到車輛的時(shí)刻起,，相位綠燈延長一個(gè)預(yù)置的“單位綠燈延長時(shí)間”，綠燈可一直延長到一個(gè)預(yù)置的“最大綠燈時(shí)間”,，當(dāng)相位綠燈時(shí)間延長到最大值時(shí)，則強(qiáng)制切換相位,。
    感應(yīng)信號控制的三個(gè)基本參數(shù)分別為：最小綠燈時(shí)間,、單位綠燈延長時(shí)間、最大綠燈時(shí)間,。而檢測器的埋設(shè)位置,、相位相序的選擇也對感應(yīng)控制的控制效果有重要的影響。

2 感應(yīng)控制主要參數(shù)的配時(shí)計(jì)算方法
    本文主要研究單個(gè)交叉口的四相位全感應(yīng)控制方法,。為了達(dá)到較好的控制效果,，就必須對感應(yīng)控制的主要參數(shù)進(jìn)行合理的配時(shí)，如圖1所示,，圖中箭頭表示該相位允許通過的車流方向,，規(guī)定所有右轉(zhuǎn)車輛可自由通行?？紤]到車流的動(dòng)態(tài)變化,，設(shè)計(jì)出一種動(dòng)態(tài)相序的控制算法，并對初始綠燈時(shí)間,、綠燈延長時(shí)間,、最小和最大綠燈時(shí)間給出了計(jì)算方法。


2．1 初始綠燈時(shí)間G0
    經(jīng)典的感應(yīng)控制通常采用固定初始綠燈時(shí)間,，本文為了提高交叉口的通行能力,，采用初始綠燈時(shí)間可變的方法,，即在第i相位獲得通行權(quán)的時(shí)刻，檢測檢測器與停車線之間的車輛排隊(duì)長度Qi,，初始綠燈時(shí)間是使Qi輛車全部駛離停車線所需要的時(shí)間,，有：
  
    其中，Qi為i相位獲得通行權(quán)的時(shí)刻關(guān)鍵進(jìn)口道上檢測器與停車線之間的排隊(duì)車輛數(shù),，單位為輛,；Si為i相位關(guān)鍵進(jìn)口道上的飽和流量，其單位為輛／小時(shí),；
2．2 單位綠燈延長時(shí)間
    各相位的單位綠燈延長時(shí)間要保證車輛按進(jìn)口道的行駛速度行駛時(shí),，能夠行駛完檢測器到停車線之間的距離，保證車輛在該延時(shí)內(nèi)能夠順利通過停車線,，即滿足：
  
    其中,，Di為i相位關(guān)鍵進(jìn)口道上檢測器與停車線之間的距離，m,；Vi為i相位關(guān)鍵進(jìn)口道上車流的平均行駛速度,，m／s；
2．3 最小綠燈時(shí)間
    最小綠燈時(shí)間是信號相位獲得通行權(quán)時(shí)所必須保證的綠燈時(shí)間,，等于初始綠燈時(shí)間與單位綠燈延時(shí)之和,，最小綠燈時(shí)間有：
  
    其中：Gi0為i相位的初始綠燈時(shí)間，s,；△i為湘位的單位綠燈間隔時(shí)間,，s。
2．4 最大綠燈時(shí)間Gmax
    最大綠燈時(shí)間,，即為了保持最佳綠信比分配而確定的相位綠燈時(shí)間,。它是相位綠燈時(shí)間的延長極限。當(dāng)?shù)竭_(dá)最大綠燈時(shí)間時(shí),，強(qiáng)制綠燈結(jié)束并改變相位,，最大綠燈時(shí)間一般定為30-60s，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來設(shè)定,。

3 檢測器的布局
    本文采用在所有進(jìn)口道都埋設(shè)一對檢測器的方法,，以檢測各車道的車輛到達(dá)情況和排隊(duì)長度，如圖2所示,，其中一組檢測器設(shè)置在剛剛越過停車線的位置,，另一組檢測器設(shè)置在停車線下游離停車線距離為Di的位置，Di的設(shè)置位置要保證在最小流量時(shí)車輛的排隊(duì)長度不越過檢測器,，并且要保證檢測器與停車線之間的最大排隊(duì)車輛數(shù)能夠在初始綠燈時(shí)間內(nèi)疏散完畢,，于是檢測器與停車線之間的距離Di應(yīng)滿足：
  
    其中：hi為i相位排隊(duì)車輛平均車頭間距，m,；Qi為i相位關(guān)鍵進(jìn)口道上檢測器與停車線之間的最大排隊(duì)車輛數(shù),，輛,。



4 變相序的多相位感應(yīng)控制算法
    為了有效減小車輛平均延誤，本文針對前文所述的單交叉口四相位全感應(yīng)控制提出可變相序的感應(yīng)控制算法,，根據(jù)各相位的排隊(duì)長度和平均等待時(shí)間確定一個(gè)優(yōu)先值Wi,，Wi=QiTi；其中,，Qi為第i相位等待車輛的排隊(duì)長度,，T為第i相位的等待時(shí)間；顯然,，優(yōu)先值越大的相位優(yōu)先通行,，通過判斷優(yōu)先值的方法靈活動(dòng)態(tài)地變換相位，該配時(shí)方案的相序不固定,，相位轉(zhuǎn)換的狀態(tài)圖如圖3所示,，根據(jù)交通需求實(shí)時(shí)變換相位。


    具體算法如下：
    Step 1初始化,，給每一相位任意車輛排隊(duì)長度,，把通行權(quán)交給排隊(duì)長度最長的相位；
    Step 2給獲得通行權(quán)的相位一個(gè)初始綠燈時(shí)間,；
    Step 3給本相位一個(gè)單位綠燈延長時(shí)間,。
    Step 4檢測本相位是否有車到達(dá)，無車,，到Step5,，有車，判斷本相位綠燈時(shí)間是否到達(dá)最大綠燈時(shí)間,，是,，到Step5,，否,，到Step3。
    Step 5計(jì)算各紅燈相位的優(yōu)先值,，把通行權(quán)交給優(yōu)先值最高的那個(gè)相位,，到Step2；

5 仿真結(jié)果分析
  為了驗(yàn)證本文所提出的算法的有效性,，本文通過仿真平臺(tái)上對經(jīng)典感應(yīng)控制算法和本文提出的動(dòng)態(tài)相序的感應(yīng)控制算法進(jìn)行了比較實(shí)驗(yàn),，仿真軟件采用微觀交通仿真軟件-USTCMTS1.0系統(tǒng)，因?yàn)楦袘?yīng)控制只適用于飽和度不高的交通流條件,，故取飽和度低于0．6的情況進(jìn)行實(shí)驗(yàn),，仿真所選取的交叉路口的寬度為：東西方向和南北方向的道路寬度均為10．5m，仿真運(yùn)行6000s,，以車輛的平均延誤作為標(biāo)準(zhǔn),，得到兩種算法的平均延誤,，圖4是根據(jù)仿真結(jié)果使用MATLAB所繪制的圖形。


    由仿真結(jié)果我們可以看出,，本文所提出的動(dòng)態(tài)相序的感應(yīng)控制的平均延誤要明顯低于經(jīng)典感應(yīng)控制的平均延誤,。

6 結(jié)論
    本文以單交叉口的感應(yīng)控制為研究背景，針對經(jīng)典感應(yīng)控制算法相序固定,、配時(shí)參數(shù)固定的缺點(diǎn),，提出一種變相序的、動(dòng)態(tài)初始綠燈時(shí)間的多相位感應(yīng)控制算法,，仿真結(jié)果表明,，改進(jìn)后的感應(yīng)控制算法較經(jīng)典的感應(yīng)控制算法有效地降低了車輛的平均延誤，能夠適應(yīng)動(dòng)態(tài)的交通流狀況,。