交通控制

交通控制，也叫交通信號控制，或城市交通控制，就是依靠交通警或採用交通信號控制設施，隨交通變化特性來指揮車輛和行人的通行。

交通控制運用現代化的通訊設施、信號裝置、感測器、監控設備和計算機對運行中的車輛進行準確地組織、調控，使其能夠安全暢通地運行。交通管制分為靜態管理和動態管理，而交通控制就是其中的動態管理。

基本介紹

• 中文名：交通控制
• 外文名：Traffic Control
• 又稱：交通信號控制或城市交通控制
• 作用：保障交通安全與暢通
• 起源：1868年
• 最早投入使用：1913年

簡介

交通控制通過由電子計算機管理的交通控制設施對交通流進行限制、調節、誘導、分流以達到降低交通總量，疏導交通，保障交通安全與暢通的目的。

起源與發展

城市交通控制的研究起源較早。

1868年英國倫敦燃汽信號燈的問世，標誌著城市交通信號使用的開始。

1913年，在美國俄亥俄州的Cleveland市出現了世界上最早的交通信號控制。

1917年，美國鹽湖城開始使用聯動式信號系統，將六個路口作為一個系統，用人工手動法控制。

1918年初，紐約街頭出現了新的人工手動紅黃綠三色信號燈，同現在的信號機甚為相似。

1922年，美國休斯頓在大街上使用第一台自動交通信號機，是城市交通自動控制信號機的開始。

1926年美國的Chicago市採用了交通燈控制方案，每個交叉口設有唯一的交通燈。此後，交通控制技術和相關控制算法得到迅速發展和改善，提高了交通控制的安全性、有效性並減少了對環境的影響。

20世紀30年代，美國、英國產生了氣動橡皮管式的車輛感應信號控制器，用以檢測交通流量，調整綠燈時間長短。

20世紀70年代中期，北京製成了感應式交通信號控制器。

20世紀80年代，北京、上海等大城市先後研製成功微機化的信號控制機和幹線協調控制系統。

現代信息技術、電子技術、自動控制技術及計算機技術的發展使以信號燈為主體的交通控制手段迅速發展，交通信號機由手動到自動，交通信號由固定周期到可變周期，系統控制方式由點控、線控到面控，進而發展為智慧型交通控制系統。

1963年加拿大多倫多市建立了一套使用IBM650型計算機的集中協調感應控制信號系統。之後，美國、英國、前聯邦德國、日本、澳大利亞等國家相繼建成計算機區域交通控制系統，這種系統一般還配備交通監視系統組成交通管理中心。

直到20世紀80年代初，全世界建有交通管制中心的城市有300多個。各國廣泛使用最具代表性城市道路交通控制系統有英國道路研究所的TRANSYT、SCOOT系統和澳大利亞開發的SCATS系統。

近年來，英國、澳大利亞、歐洲和美國均在某些城市建立了交通控制系統。在這些系統中，大部分都在各路口附近安裝有磁性環路檢測器，並由各路口的控制裝置或工作人員將交通控制參數通過電話線、電纜、閉路電視線等通訊網路輸入微處理器，用小型計算機進行集中控制。

目前國內已有一些自主開發的城市交通控制與管理系統，但在整體性能比國外同類系統仍有較大差距，只在一些中小城市得到一些套用。國內城市尤其是大城市引進的交通系統大部分為進口的SCOOT和SCATS系統。由於我國交通流是混合交通流，和國外的交通流大不相同，國外的交通控制系統在國內的使用效果不盡人意。與國外相比，我國目前交通狀況還比較落後，主要表現在：

（1）城市道路結構不合理，大多數城市道路空間結構屬平面交通狀態，形成“人車混行，快慢車混駛”的特點。主、次幹道和支線比例失調，銜接關係紊亂，使幹線道路難以發揮其功能。就道路面積來說，國內的城市道路面積率低於世界上同等規模大城市。

（2）交通出行結構失衡。國內的城市交通主要由各種機動車、非機動車和行人構成，形成特殊的三元混合交通結構。

（3）交通管理技術水平低，交通事故頻繁。目前中國城市交通的問題呈現兩類典型現象：管理不力、秩序混亂；沒有科學、合理、有效的城市交通監控系統。由此帶來的後果日趨嚴重。表現為路網通行能力明顯低於設計要求並且波動性大、出行時間難以預測、高發交通事故、交通環境惡化、出行者容易疲勞等。

交通控制的作用

交通控制對於組織、指揮和控制交通流的流向、流量、流速、維護交通秩序等均有重要的作用，從時間上將相互衝突的交通流予以分離，使其在不同時間通過，以保證行車安全，同時迫使車流有序的通過路口，提高了路口通過效率和通過能力，並且減小了噪聲，降低了汽車尾氣對環境的污染。

交通控制方式選擇

（1）不同類型立體交叉規劃時的占用土地和通行能力估算；

（2）按交通量和事故情況選擇；

（3）不同管理方式、不同等級相交道路，不同形式的平交路口通行能力不同；

（4）按相交道路性質、類型選擇；

（5）其他因素。

交通控制的內容

（1）交叉路口的交通控制

無論是優先規則控制，還是信號控制，交叉口的車輛延誤均隨著交叉口交通流量的增大而增加。當交叉口車流量較小時，宜採用優先規則控制，因為此時優先規則控制下的車輛延誤小於信號控制下的車輛延誤；當交叉口車流量較大時，宜採用信號控制，因為此時信號控制下的車輛延誤小於停車讓路控制下的車輛延誤。

（2）道路網路交通控制

（3）路段交通控制

（4）高速道路交通控制

交通控制類型

按照類別劃分

（1）以交通限制為主的控制

（2）以交通信號為主的控制

（3）以傳遞情報信息為主的控制

按照控制範圍劃分

（1）單點控制

（2）幹線控制

（3）區域控制

按照控制方式劃分

（1）單點定時控制

（2）單點感應控制

感應控制的原理是根據車輛檢測器測量的交通流數據調整相應的綠燈時間的長短和時間順序，以適應交通流的隨機變化。

（3）幹線無電纜協調控制

（4）幹線有電纜協調控制

（5）區域定時協調控制

（6）區域自適應協調控制

自適應控制是根據檢測到的有關道路交通信息，並基於預測模型預測到的未來交通需求，從系統信號配時方案庫中選擇相應的最佳化方案，或實時計算產生相應的最佳化控制方案實現交通自動控制。

按信號配時生成的技術劃分

（1）人工最佳化技術

（2）脫機最佳化技術

（3）在線上最佳化技術

交通信號控制系統的控制參數

交通信號控制系統是利用道路交叉口設立的交通燈信號對衝突交通流從時間上進行最佳化分配的裝置。基本參數如下：

1) 交通信號燈：機動車與非機動車信號燈通常有三種顏色，即紅、綠、黃。紅色表示不可通行，綠色表示可以通行，黃色表示越過停車線的車輛可以繼續通行，其它不可通行。行人過街信號燈通常有兩種顏色，即紅、綠。紅色表示不可通行，綠色表示可以通行。

2) 綠燈時間G：一個相位綠燈信號保持不變的時間。

3) 相位P：是對於一個路口多方向交通流而言，一組互不衝突的交通流即可構成為一個相位。

4) 周期C：信號燈的各種燈色輪流顯示一次所需要的時間。

5) 綠燈間隔：在一個周期內，一個相位有效綠燈轉換為下一個有效綠燈之間的時間間隔。

6) 全紅時間：在交通信號進行轉換期間，為交通安全而設立的所有交通信號為紅燈的過渡時間。

7) 綠信比λ：一個相位信號有效綠燈時長與周期時長之比。

8) 相位差offest：相鄰路口同一相位綠燈(或紅燈)起始時間之差。

9) 飽和率s：在穩定交通流情況下，一個交叉口每車道可通過的最大流量率。

10) 通行能力ca：在現行信號控制下，單位時間內每車道可通過的最大車輛數。

11) 飽和度ρ：交通流率ν與通行能力的比，即流量-容量比。

城市交通信號控制方式

單個交叉口獨立控制方式

單個交叉口獨立控制方式是一種最基本的控制方式。又分為離線點控制和線上點控制。

離線點控制採用定時信號配時技術，它的基本原理是將綠燈時間分成有限的具有固定順序的時間段(相位)，不同的交通流將根據固定綠燈時間和順序依次獲得各自的通行權。離線點控制特別適合於交通量小的交叉口，其信號配時方案是根據典型狀況的歷史交通數據制訂的，它又分為定周期控制方案與變周期控制方案。在定周期控制方案中，只有一種配時方案，信號燈一天24小時內都執行同一種方案。而變周期控制方案則將一天24小時分成不同的時間段，根據不同時間段內交通流量的統計數據，為交通信號機設定相應的信號配時方案。由於在不同的時段信號配時不同，特別對於象上下班高峰期，其配時方案與其相對應，因此可有效疏散交通流，儘可能地避免或減少交通擁擠。比定周期控制方案具有更大的靈活和適用性，實際套用也較多。

線上點控制方案是指交通回響控制(或車輛感應控制)。它是根據交叉口各個入口交通流的實際分布情況，合理分配綠燈時間到各個相位，從而滿足交通需求。

主幹道交通信號控制

主幹道交叉口的交通控制是一種線控方式。在城市道路網中，交叉口相距很近，兩個相鄰的交叉口之間的距離通常不足以使一隊車流完全疏散。當交叉口分別設定單點信號控制時，車輛經常遇到紅燈，時停時開，行車不暢，油耗增加，環境污染嚴重。為了減少車輛在各個交叉口的停車次數，特別是希望幹道上的車輛比較暢通，人們研究了幹道相鄰交叉口協調控制策略。最初協調信號計時的方法是基於綠波概念，即相鄰交叉口執行相同的信號周期，主幹道上各交叉口同一相位的綠燈開啟錯開一定時間，交叉口的次幹道在一定程度上服從主幹道的交通。當一列車隊在具有許多交叉口的一條主幹道上行駛時，協調控制使得車輛在通過幹道交叉口時總是能在綠燈相位內到達，因而無須停車通過交叉口。這樣能提高車輛行車速度和道路通行能力，確保道路暢通，減少車輛在行駛過程中的延誤時間。

然而在複雜的城市交通網路中，通常不能將所有道路設定成綠波。1969年研製的TRANSTY軟體包最佳化分配每一個交叉口各相位的綠燈時間，每一個交叉口周期的起始時間和周期時間。由於TRANSTY通過一列車隊疏散模型考慮了相鄰交叉口的疏散程度，因此考慮了協調的需要。

區域交通信號控制

在交通密度大的情況下，綠波會導致擁擠以及交叉口的阻塞，同時主幹道交通信號控制方法實際上犧牲了次幹道上的交通流的利益。區域交通信號控制的控制對象是城市或某個區域中所有交叉口的交通信號。計算機、自動控制和車輛檢測技術的發展使這種技術成為可能。因為它需要將交通流數據收集並經通信網傳到區域控制中心的上位機，上位機根據網上交通量的實時變化情況，以區域內所有車輛通過這些交叉口時所產生的總損失(包括延誤、停車次數、油耗等)最小為目標，按一定時間步距不斷調整正在執行的配時方案。這種方式實現了區域內交叉口之間的統一協調管理，提高了路網運行效率。

目前，國外的典型城市控制系統有英國的TRANSYT和SCOOT、澳大利亞的SCATS、德國的Siemens等，國內有深圳的STC、南京的交通控制系統以及天津的交通控制系統。

城市ITS中的交通控制方法

現有的城市交通控制系統中，無論是單點控制、幹線控制還是區域控制，也不論是靜態控制還是動態自適應控制，控制算法採用模糊數學還是神經網路，都只考慮交通控制系統自身，而忽略了交通控制對交通流的影響，更不考慮交通誘導系統的影響。本質上都是一種解決現有交通流通過交叉口的方法。

在智慧型交通系統中，交通控制與交通誘導綜合考慮，即在交通需求已知情況下，交通流受到交通控制與交通誘導的雙重影響，其隨機性變小、確定性增加。但在城市交通系統中，各交叉口的控制情況和控制方法並不相同。按控制情況可分為無控制交叉口、獨立控制交叉口、幹線控制交叉口、區域控制交叉口；按控制方法可分為靜態定周期控制、靜態變周期控制、單交叉口獨立自適應控制、主幹道線性控制和區域控制。因此，城市智慧型交通系統中的交通控制問題更為複雜。