3 交通信号区域控制系统界面-北京奥运智能交通管理系统建设与应用...
常欣然 金峻臣
摘 要：近十几年来，国内的信号相位显示方式主要以经典的阶段式为主，而组控式交通信号控制系统逐渐在欧美国家兴起。文章主要介绍了几种不同的信号控制方式，着重对组控式信号进行研究和分析。近年来研究表明，与阶段控制信号相比，组控式信号控制在许多方面有更多优势。
关键词：信号控制；相位；组控式；阶段式
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.08.123
0 引言
随着城市化进程、人口增长和经济发展，交通拥挤问题日益严重并且难以解决。车辆在拥堵情况下将消耗更多的燃料，排放出更多的空气污染物，对大气环境造成严重的影响。交叉口作为交通路网中重要的组成部分，对交通流运行的流畅度和安全性都起着决定性的作用。解决城市交叉口拥堵的关键在于对城市交通信号系统的控制与优化。
1 交通信号的分类
交通信号在城市中的交通运行中是最有效也是应用最广泛的交通工具之一，按其运行方式可分为单点信号系统（又称点控）和协调控制系统。在点控系统中，信号控制器对于一个周期内的配时不受其他交叉口影响，而在协调系统中，信号配时与其他相邻交叉口的信号参数有关。协调系统的目的是为了使车辆在不停车的情况下，连续通过相邻的交叉口，从而减少延误时间。
交通信号的控制方案大体分为两部分，即信号定时和信号相位。根据相位时间分配的方法，交通控制可分为定时（FT）控制、车辆驱动（VA）控制（又称感应控制）和自适应系统（AS）控制。其中，定时控制是信号灯按照事先设定的配时方案运行，是最简单的控制方案，适用于交通量不大，变化较为稳定、相邻路口较远的交叉口。感应控制是在交叉口进口道上设置车辆检测器，交通信号灯配时方案由计算机或智能化信号控制机计算，可随检测器检测到的车流信息而随时改变的一种控制方式，相比之下，感應控制系统中的信号定时可以适应交通需求的变化。单点感应控制随检测器设置方式的不同可分为半感应控制和全感应控制。自适应系统控制把交通系统作为一个不确定系统，能够连续测量其状态，如车流量、停车次数、延误时间、排队长度等，逐渐了解和掌握对象，把他们与理想的动态特性进行比较，并利用差值以改变系统的可调参数或产生一个控制，从而保证不论环境如何变化，均可使控制效果达到最优或次优控制的一种控制方式。
信号相位控制有两种不同的方法：基于阶段的控制即阶段式和基于组的控制即组控式。在阶段式控制系统中，多组兼容的转向组合成一个阶段，以多组转向组成的阶段为研究单位，分配信号参数。而在组控式相位控制中，是以每个转向为对象直接分配交通参数，如绿灯时间/红灯时间等。
2 组控式信号与阶段式信号
在阶段式控制系统中，多组兼容的转向组合成一个阶段，以多组转向组成的阶段为研究单位，分配信号参数。在组控式相位控制中，是以每个转向为对象直接分配交通参数，如绿灯时间/红灯时间等。如图1所示，冲突矩阵中的阴影部分表示两组转向有冲突，而空白部分表示两组转向是兼容的，可以形成一个阶段，共享绿灯时间。如西向东的直行、右转（转向组1）与东向西的直行、右转（转向组5）以及西向东的左转（转向组6）是兼容的转向，也就是说转向组1可以分别和转向组5、6组成一个阶段，共享绿灯时长。
图2展示了基于组的控制是如何针对各种交通需求提供灵活的分阶段结构，同时与阶段式信号控制的信号显示进行了比较。在图2中，在西向东和南向北的道路上，交叉口的需求要大得多（用红色箭头线粗线条表示）。组控式信号一般与自适应系统相结合，因此可以根据交通量需求的变化调整绿灯时间。如图2中A部分所示，多组兼容转向车流逐步运行，根据绿灯时间的边界位置决定周期内信号灯的相位的显示。图2B是与之对应的阶段式信号的相位显示方式，与交通流量图结合，东向西与北向南的转向将会产生绿灯时长溢出的情况。
有研究表明，与阶段式信号相比，组控式信号的信号相位时长分配更加灵活，因此使得交叉口的通行更加高效。在阶段式信号中，多组兼容的转向被组合到一起，需要以交通流量较大的转向作为分配绿灯市场的参数，这时的绿灯时长对于交通量较小的几个转向可能已经溢出，由此造成了交叉口通行效率的降低。
3 组控式信号控制的优点
（1）提高交叉口的高效性。与自适应系统结合，根据交叉口的实时转向量分配给各转向绿灯时长，防止某些转向绿灯时长溢出，充分且高效的利用一个周期内的绿灯时间。
（2）提高道路通行的安全性。传统的阶段式信号，在一个相位中会有冲突车流同时通行的情况发生，使得交叉口通行混乱，容易发生交通事故。相比于阶段式信号，组控式信号中每一组通过信号的转向都是完全不冲突的车流，因此能降低因车流交织产生冲突的几率，提高道路通行的安全性。
（3）节约能源，降低污染。有研究表明，车辆在起步和刹车时，油耗比正常行驶增加20%以上，且由于汽油燃烧不完全，尾气排放也显著增加。组控式信号使汽车的通行更加顺畅，有效减少车辆的起停次数，从而达到节约能源，减少尾气排放污染的效果。
4 结语
本文通过对信号的控制方案和相位显示方式进行介绍，对传统的阶段式信号相位控制和组控式的信号相位控制进行介绍和比较。组控式相位系统与自适应系统结合能够提高交叉口的通行效率及安全性。目前，欧美地区对组控式信号显示的应用较为广泛，技术上相对比较成熟，国内可引入组控式信号系统，以缓解交叉口的拥堵现象。
参考文献：
[1]K.Tang and H.Nakamura，“Investigating operational benefits of group-based signal control in japan through a stochastic approach，”International Journal of Intelligent Transportation Systems Research，vol.9，no.2，pp.71-81，2011.
