2O06年第12期 文章编号:1006-2475(2006)12-0083—04 计算机与现代化 JISUANJI YU XIANDAmUA 总第136期 自适应交通信号控制软件系统 熊茂华 ,黄兴华2 (1.番禺职业技术学院,广东广州511483;2.江西公安专科学校,江西南昌330045) 摘要:本系统的基本思想是针对我国现行城市路网结构及交通流的具体特点。基于交通信号区域控制理论展开的。其控 制算法模型介于脱机交通信号控制理论。对于城市外围地区平交路口,采用脱机交通信号控制算法模型实现区域信号 控制;而对于城市中心地区,选择自适应交通信号控制算法模型实现区域信号控制。交通信号控制模型可采用方案选择 式或方案生成式。系统采用三级分布式交通信号控制结构,基于严格的时段划分对城市路网中的信号控制区域及平交 路口进行协调控制。以实现整个路网通行能力提高的控制目的。 关键词:智能交通系统;交通控制模式;自适应协调控制;信号配时;动态配流 中图分类号:TP311 文献标识码:A Resealv.h on Adaptive Tra ̄c Signal Control Software System XIONG Mao-hua .HUANG Xing.hua2 (1.P锄yu Polytechnic,Guan u 51183,Chi4na;2.ji ̄gxi College ofPublic Security,NanI:}lafIg 330045,China) Abs自晴cI:The basic idea deals with our colmlry nowadays city廿雹伍c network structure and廿雹伍c flow based on tr丑伍c丑ignal删theory. con ̄l algorithmmodelis based ondtliotrna伍c controltheory.Atitslevdintersection 0fciy peritphery control on,the ciy tarea tfa伍c 8i control is implemented by amine c si control algorithms;The area汹c si control 0f road network in dty is adapted inthis system, ciyt road network si ontcrol area center is implantd eby adaptive tramc 8i 1al ontcrol algorithm mode1. h日ic吨 control model may sdect projcte select m ̄tel or pro— jeel build mode1.1bird class distributing汹c sig ̄l olcRR)I and the level凹0ssiIlg based on strict m4od oftime adopt to orcrespond ocntrol for ciyt whole trlt ̄c road network transit power advance. Key words:i咖lKg咖tmnspo ̄ion syst ̄;tra伍c control model; dve correspond ontcrol;signal- ̄/ng;dynamic tra伍c assi ̄v,era 0引 言 我国在八十年代末,国内一些交通管理部门开始 引进国外专业公司的交通管理及信号控制系统,如美 英国西门子公司 智能交通系统(Intelligent Transportation System,简 国奥得斯公司得智能交通管理系统、称rTS)是近年来在美国、日本、德国、新加坡等发达国 的SCOOT系统、澳大利亚的SCATS系统以及荷兰的 tyMan智能交通管理系统等。二十世纪九十年代 家飞速发展起来的一项新兴高科技产业,其应用领域 Ci在原 涉及到整个道路交通运输及其管理的全过程。作为 初,国内一些单位仿造国外交通信号控制系统,中国城市交通管理的重要手段以及未来智能交通系 有单点定周期机型的基础上增加了通信和交通流检 生产出“增强型交通信号控制系统”。目前国 统的重要组成部分,“智能型交通信号控制系统”是现 测功能,基本上都 阶段以及未来中国城市交通管理的重要手段以及中 内所引进或仿造的国外交通信号控制系统,且 国ITS应用技术的重要发展方向。“智能型交通信号 是国外二十世纪七、八十年代的技术和研究成果,控制系统”灵魂的核心控制算法——“城市路网交通 其核心控制算法均未考虑到我国的道路交通状况及 特别是我国的非机动车流及混合交通 信号自适应控制算法”的研究,势必成为中国ITS应 现行路网条件,用技术领域关键技术研究的重点和难点。 的具体特点。而混合交通是目前我国城市交通路网 收稿日期:2006-03—09 基金项目:f-州市番禺区2005年度科技计划重点攻关(2005- 44-1) 作者简介:熊茂华(1958.),男,江西南昌人,番禺职业技术学院教授。硕士生导师,研究方向:工业计算机应用及自动化;黄兴 华(1981.),男,江西星子人,江西公安专科学校助教,本科,研究方向:计算机应用。 维普资讯 http://www.cqvip.com
84 计算机与现代化 2OO6年第12期 的主流,主要体现以下特点:机动车、非机动车和行人 交通流的混合;机动车流中不同动力性能的车辆的混 合;;不同交通设施和管理措施的混合。因此,我们研 制了一套适应我国国情、路情的具有高效城市交通路 网信号控制算法的“自适应交通信号控制软件系统”。 1系统体系框架[卜2】 自适应交通信号控制系统采用三级分布式系统 结构,如图l所示。为了提匝 高整个路网通行能力,设计匦 阿 囹 系统控制流程为交叉路信号高 — — 控制一区域协调信号控制 (即区域控制系统)一路网倒 l … … 号协调控制(即中央管理系 统:I。也就是说,强化路口战 图l交通信号智能控 术控制,强化区域/中心战略 制系统组成框图 控制。路口控制系统可通过增加相应区域控制板及 专用通信机等设备升级为区域控制系统,一个区域控 制系统可控制l~l6个交叉口,中央管理系统则可根 据实际需求配置多个区域控制系统。 2具体研究和开发内容 我国城市路网智能化交通信号控制算法研究及 应用软件开发旨在建立适应我国现行城市交通路网 结构及交通流特点的城市交通信号中央控制系统核 心控制算法——“城市路网自适应交通信号控制算 法”模型。为此,根据我国现行城市路网的交通流特 点,即以混合交通为主体的城市交通路网系统,分别 针对机动车和非机动车流建立相应的交通流模型。 (1)机动车交通流模型…。 机动车饱和流率:对于某一进口车道而言,机动 车饱和流率及绿灯初损失时间并不是一个常量,一般 通过调整初路灯时间来补偿饱和流量引起的误差信 号配时及相位优化:一般情况下,路口信号周期取路 口饱和度为0.8—0.9时的周期长度。通常,用多相 位信号控制技术来控制交通冲突点。 车道功能划分:根据进口车道流量、转弯车辆比 例、车道宽度、非机动车道流量、进出口车道通行平衡 能力等因素对车道功能进行划分。 车流分布规律:同时考虑车流行驶过程中的离散 和连续两种趋势。 连线车流图式LPU的确定:LPU当量为交通信号 控制模型的基本单位。 (2)非机动车交通流模型。 非机动车饱和流率:非机动车饱和流率具有随非 机动车车道宽度的增大而增加的趋势,一般其值为 0.5辆/秒.米一0.7辆/秒.米。 非机动车车流模型及信号配时,其非机动车车流 具有如下特点:①出路口时成群行驶,且随距离推移, 离散趋势大于连续趋势;②受前方信号提示具有自适 应调节能力;③等待红灯的忍耐时间有限,容易出现 闯红灯或抢红灯现象;④非机动车流的启动损失时间 可以忽略。非机动车流信号配时应考虑以下情况:① 路口之间的非机动车流控制信号必须协调,一般不用 考虑;②尽量采用较短的信号周期以避免非机动车流 的长时间等待;③在实时信号配时中,可按机动车流 进行配时,但周期取值不宜太大。 (3)机动车流与非机动车流的信号协调控制。 通常,机动车流和非机动车流高峰的发生时间不 同,因此,在各自的高峰时段应执行不同的信号控制 方案。而在过渡阶段,应建立从非机动车流控制过渡 道机动车车流控制的信号控制协调方法,使信号控制 策略的平滑过转变。 3 自适应交通信号控制算法[3] 1.总体框架。 自适应交通信号控制算法模型介于脱机交通信 号控制理论展开的。对于城市外围地区(包括目前我 国一些大小型城市中的大部分)平交路口,路口分布 较为分散,路口间距较大,交通流变化较小,非机动车 流影响较小,路口通行能力较强,因此,可采用脱机交 通信号控制算法模型实现区域信号控制。而对于城 市中心地区,路口分布较为集中,路口间距较小,每天 不同时段的交通流变化较大,非机动车流影响较大, 高峰时段路口通行能力较差,因此,可选择自适应交 通信号控制算法模型实现区域信号控制。具体选择 方案选择式还是方案生成式交通信号控制模型应视 该区域路网的交通信号时段划分及其交通流特点而 定。对于机动车流和非机动车流的低峰和平峰时段, 交通流变化比较平稳,路段及平交路口负荷较低,机 动车流与非机动车流之间相互影响较小,路段及路口 通行能力较强,因此,均可采用方案选择式自适应交 通信号控制模式。而对于机动车流和非机动车流的 高峰或某一特殊时段,交通流变化比较大,路段及路 口通行能力较差,因此,应采用方案生成式自适应交 通信号控制模式进行区域协调控制。因此,我们应该 根据城市的交通路网结构及交通流特点,严格划分城 市路网的交通信号控制区域及控制模式,然后,针对 城市路网的交通流特点及车流变化规律分别建立相 应的机动车和非机动车流模型,并据此建立相应的城 市路网(区域)交通信号控制模型。算法的整体框架 如图2所示。 维普资讯 http://www.cqvip.com
2OO6年第12期 熊茂华等:自适应交通信号控制软件系统 85 城市交通信号控制 域及控制模型I曼曼 霉 鲢 城市外围地区l 城 悄马结台都地区 优化。 Ix域交通流时段划分方案【_i轰区域交通流时段划分方 4控制策略[ _3】 为了提高整个路网通行能力,设计系统控制流程 为交叉路信号控制一区域协调信号控制(即区域控制 系统)一路网信号协调控制(即中央管理系统)。也就 是说,强化路El战术控制,强化区域/中心战略控制。 路El控制系统可通过增加相应区域控制板及专用通 信机等设备升级为区域控制系统,一个区域控制系统 图2交通信号控制算法的整体框架图 2.自适应交通信号控制算法系统结构[3_采用三级分布式信号控制结构,即:中央控制系 姗挑蚌 摊蛐驶腻州一 。 统、区域控制系统和路El控制系统。中央控制系统负 责对整个城市交通路网状况及控制状态的监测、控制 和管理;区域控制系统负责指定控制区域的交通信号 配时方案的优化控制;路El控制系统实现对路L-I信号 机的自适应信号控制。 3.自适应交通信号控制算法系统优化原理。 通过检测器实时检测到机动车、非机动车流的交 通参数,借助于交通控制模型预测下游路El停车线处 的车流到达和排队情况,以减少路网行车延误和停车 率为控制目标,针对不同控制时段,通过小步长寻优 算法,对周期、绿信比、相位差进行优化。 4.机动车流信号控制优化算法。 控制区域划分:采用不同的信号控制参数来适应不 同区域的交通流特点。 检测器设置和交通流数据预处理:车辆检测器分为 上游检测器和下游检测器。对于交通流检测数据,进行 系统优化前先要进行预处理,以形成车流到达图式,即 周期流量图(CFP)。停车线车流到达图式预测。 多相位信号配时方案算法:信号周期优化配时: 按交通冲突点分析法,通过小步长寻优法调整信号周 期长度,将路El饱和度控制在0.8一O.9之问。 绿信比分配优化:采用直接优化信号绿信比的方 式进行绿信比分配优化。 相位差优化:合理确定控制区域规模,寻找最优 相位差优化路径,减少路El多方向相位差变化之间的 相互影响。 优化模块优先级:优先级依次为周期优化模块、 相位差优化模块和绿信比优化模块。 交通流仿真:通过停车次数、排队长度及交通延误 的计算确定当前信号配时方案下的PI值是否为最优。 5.非机动车流信号控制优化算法。 不对非机动车流实行相位差控制。直接计算非 机动车绿灯时长,通过小步长调整方法实现绿灯时长 可控制l一16个交叉El,中央管理系统则可根据实际 需求配置多个区域控制系统。 (1)实时优化交通控制模式。 系统具有固定配时控制和实时自适应协调控制 以及一些特殊控制功能。 (2)固定配时控制。 控制区内与区域控制计算机相连的交通信号控 制器都在区域控制机控制下,信号配时方案使用的是 近期实时有效的固定配时方案,在系统未连接情况 下,信号控制器可以单点独立运行。 (3)实时自适应协调控制。 区域控制机和所有信号控制器在联网的情况下, 根据系统采集交通信息(如流量、占有率等)调整信号 配时方案,由优化算法控制软件实时生成,以协调路 El与路El问的交通信号控制。 (4)特殊控制。 系统可以根据实际交通需求,由指挥中心发出命 令,进行特殊控制,主要有: ①绿波控制:在特殊情况下,如警卫、消防、救 护、抢险等路线进行绿波推进,以保证车辆畅通无阻; ②闪光控制:信号灯黄灯按一定的频率闪烁,向 车辆和行人发出警告或提示; ③单点控制:信号灯按预定的各路IZl的信号灯 由路El的交通信号控制器独立控制; ④多相位控制:根据路El交通需求,路El信号灯 可以有不同组合进行多相位信号控制。 交通流量检测车辆检测器自动检测路El车辆状 态信息,送路El信号控制器,通过通讯传输信道传到 区域计算机。 (5)协调控制。 区域控制机与多个路IZl信号控制器,通过城域网 连接起来,各路口交通对区域控制机发出命令控制各 路lZl交通运行。 系统维护中心可通过城域网联网方式,注册进入 业主系统,进行故障诊断和软件维护。区域控制机可 向路lZl信号机加载路lZl特征参数,也可调看和修改路 IZl信号机的配时参数。 维普资讯 http://www.cqvip.com
计算机与现代化 213O6年第12期 平均停车次数减少20%左右,车辆平均行程时间缩 短10%左右,车辆平均行车速度提高15%左右。上 本系统结合了我国城市路网结构与交通流运行 述量化指标可通过仿真检验。特性,实现固定配时控制、实时自适应控制以及特殊 控制的功能,具有分区域、分时段,多策略、充分考虑 参考文献:等.交叉121有交通信号控制时用户最优动态配 混合交通流等主要特点。运用该套交通信号控制软 [1]徐建闽,流模型[J].控制理论与应用,2000,17(1):117—120. 件系统能根据车辆检测器检测到的实时交通数据,绘 [2]魏武,等.一种基于模糊逻辑的城市交叉121交通信号控 制下游路口停车线车辆到达周期流量图,进行实时交 制方法[J].交通运输工程学报,2001,1(2),100—102. 通预测。运用该套交通信号控制软件系统将整个控 [3]刘兴堂.应用自适应控制[M].西安:西北工业大学出版 制区域内的车辆平均延误时间减少15%左右,车辆 社。2003.188 191. 5结束语 (上接第8O页)据以及业务处理的aciton类、具体功 llreq.setAttribute(”Ⅱle ,bean.getOnesMes(Il8er));//准备 能的实现javaBean类和数据显示的页面几部分组成。 好留言列表的数据显示 retLll1l(瑚pp 。丘n brw州( Ico圈 ));l//成功处理后转发 每一部分负责自身的功能,不会越权去处理其他部分 catch(Exception e){e.printStackTraee(); 的功能,这样使数据处理和业务处理之间的关系减 1Wtum(InappiIlg.ifndFonsard( fail"));//错误转发}} 弱,数据采集和数据显示的距离增大,不但便于维护, 而且在实现效率上也比使用JsP页面来处理数据要 更高,因为jsP页面需要编译成Servlet后再运行,而 除了数据输入和显示的JsP页面外,Struts中其他功 能都是由Servlet实现,不需要付出额外编译的代价。 图2是系统功能实现流程图的留言发布功能部分,其 他功能流程类似。 图3是留言列表的页面截图。 删 口 亡 卜 厂I №( M啦od一Ie1) 1 、 留(言vi唧显) 示 页 面 配重文件、 stn血 珂咀. l l I Me ̄AddActum I .1I 1r- M ̄LinI∞ 锆误页面 3结束语 在Web系统开发中,Struts是一种非常重要的 MVC模式的实现,并且已经趋于成熟,利用已经搭建 【 dl F._rrorj. ̄ 图2留言发布功能实现流程图 2.4系统代码举例分析 下面是MesAddAction类的部分源代码: if(!isTokenVaLid(request)){egrol ̄.add(ActionMcssages. GIX)BAL.MESSAGE,new AcifonMessage(”ell'or.1og.token"));} else{resetToken(request);}∥同步令牌机制,防止错误操 作的重复提交 MesAddFormf=(MesAddFonm)form;//通过foml获取表单 中的数据 try{MesBean bear w MesBean();//连接数据库,执行具 体的业务逻辑 f.getMes().setld(be ̄.getNexdd()); 好的体系结构进行开发可以把业务层和数据处理层 明确地区分开,可以大大提高开发效率,改善系统的 可维护性,使开发者的思路十分清晰,这种优势在本 项目中可以得到充分的体现。美中不足的是因为本 系统只是一个子模块,还没有完全发挥Struts的全部 功能与优点,在数据持久层中还没有进行进一步细 分,应该利用数据访问对象(DAO)设计模式分离出数 据持久化框架,可以进一步将业务和数据处理之间的 关系进行分离,提高系统的安全性。 参考文献: StirngTimel=formatter.format(dateD; f.getMes().setMestime(Time1); bean.addMes(f.getMes());∥将所有数据准备好之后保存 到数据库 int l1c=bean.getOnesNewMesCount(user): [1]孙卫琴.精通Strum:基于MVC的Java Web设计与开发 【M].北京:电子工业出版社。2O05. [2]飞思科技研发中心.JSP应用开发详解(第2版)[M].北 京:电子工业出版社,2OO5.. [3]Petter vall derHnden.Just Java 2(第5版)[M].刑国庆,等 译.北京:电子工业出版社。2OO3. [4]孙莹,等.MVc编程模型在Web程序中的应用及Java实 现[J].计算机工程应用,2001,37(17):160—163. user.setNewcount(nc); session.setAttribute(”use?',u8er);
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