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对初始配时实时调控并控制交通信号灯相位转
摘 要 针对城市交叉路口信号灯，以减少车辆平均等待时间为目标，在兼顾行人行车安全的前提下，提出红绿灯实时配时算法。根据视频实时检测的车辆数，对红绿灯配时实时调控。算法包括两级控制：一级控制基于模糊控制理论，根据通车率及车辆等待时间选取相应级别的初始配时；二级实时控制计算模拟通车数，对初始配时实时调控并控制相位转换。仿真结果表明，在相同交通条件下，相对于固时控制和模糊控制，红绿灯实时配时算法使车辆平均等待时间减少。同时，在各相位车辆密度差异较大时，避免了等待时间两极化。算法具有普适性，适用于任何能够确定相位的交叉路口。
智能交通系统（ITS）中，城市交通信号灯控制是一个极为重要的部分。城市车辆迅速增加，而道路资源有限，使得传统红绿灯控制难以取得满意的效果。传统红绿灯控制主要有固时控制和感应控制。固时控制的方式不能对实时变化的车流量做出相应反应，在车辆密度较大或较小两种情况下调控作用不明显。感应控制要设置磁圈，更改红绿灯位置时要对磁圈进行更改，成本高，而且磁圈的处理精度不高。本文针对可确定相位的交叉口，在满足一定安全性要求以及考虑行人等待心理的情况下，以减少车辆平均等待时间、使得交通顺通为目的，提出了基于车流量的红绿灯实时配时算法。算法根据视频实时检测的车辆数动态调配红绿灯时间，对突发情况以及车辆密度差异较大的情况调控作用明显且合理，弥补了传统固时控制的不足。同时用已有的交通摄像头即可实现，成本较低。采用泊松分布建立交叉口车辆到达模型，并通过软件进行仿线 单交叉路口及相位说明
算法采用两级控制的方式，开始轮流给予各相位20秒通车时间，视频检测统计各相位通车数，计算出初始通车率，将通车率的相位作为初始通车相位，若通车率相同则任选相位。之后进入一级控制、二级实时控制对交叉路口红绿灯进行实时调控。考虑车辆的通行安全，在每一次绿灯进行变换之前，设置3秒绿灯闪烁时间和3秒黄灯时间，在黄灯时间内，所有方向的车辆都不准进入交叉口。基于等待心理研究，设置车辆长等待时间为120秒，保证行车、行人不因等待时间过长发生“闯红灯”的情形。
若存在其他相位的通车数比当前相位通车数多，则将当前相位绿灯时间设置为三秒并闪烁，加三秒黄灯，并把模拟通车数多的相位作为下一通车相位，若有多个相位通车数相同，则选取等待时间长的相位作为下一通车相位。
若当前相位的通车数多，则不改变相位。判断当前通车率是否小于其通车率的80%。若不小于，继续监测下一个三秒周期内通车率，直到模糊配时结束，并把绿灯闪烁之前后三秒绿灯时间内的通车率作为该相位总通车率；若小于，则切换相位。首先判断是否有等待时间已超过等待时间的相位，有则将其作为下一通车相位。如果没有，则把模拟通车数多的相位作为下一通车相位。
车辆平均等待时间长说明总等待时间过长，在一定时间段内通过的车辆少。同时可能出现虽然通过车辆较多，但有某些车辆等待时间过长的情况。减少车辆平均等待时间是在增大一定时间段内通车量的前提下，尽量避免各车辆等待时间有较大差异的情况出现。
城市交通系统影响因素繁杂，该算法能根据视频实时检测到的车流情况对红绿灯实时配时，大大减少了车辆在交叉口的平均等待时间，并且不需要大量的前期车辆统计数据，针对突发情况能较好的应对处理，在车辆密度差异较大的情况下，调控更合理、更人性化。该算法不仅适用于十字交叉类型的路口，任何能确定相位的路口均适用。本文为研究城市交通网络的路口信号控制及管理交叉路口的交通流提供参考。
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