交通信号灯仿真实验开发

王小坡 / 广东省佛山市三水区理工学校

交通信号灯仿真实验开发

王小坡 / 广东省佛山市三水区理工学校

城市交通拥挤是当今世界普遍关注的问题，它所带来的严重危害。日益影响到人们的日常生活和社会经济的发展。交通信号灯是城市交通监管系统的重要组成部分对于保证机动车辆的安全运行，维持城市道路的顺畅起到了重要的作用。随着计算机的迅速发展很多领域已经采用计算机控制来代替人工控制。当然在交通方面也不例外，现在很多交通信号灯都是采用计算机来控制。交通信号灯仿真是智能交通的一个研究领域，交通仿真软件对推动智能交通理论的成熟和发展起着重要作用。

智能交通；交通信号灯；仿真

1.研究背景

随着经济的发展进入了快速增长时期，世界各国的汽车数量急剧增加，路网通行能力越来越不能满足交通量增长的需要，由此引发的交通拥挤、交通事故、环境污染以及能源浪费日趋严重，已成为全球共同关注的社会问题之一。交通信号灯仿真技术是一个全面应用信息技术、计算机技术、传感器技术自动控制技术、人工智能技术的交通仿真系统，是应用以上技术向道路使用者及交通管理者提供帮助和服务的系统。交通信号灯仿真实验以计算机作为辅助工具，利用其可重复性可持续性模拟交通运输状况进行道路通行能力分析研究，对于再现复杂交通环境条件下的车流运行特征，弥补观测数据不足解决交通流车速、流量关系曲线的外延问题都有着其它方法和手段无可比拟的优势因此，通过计算机集成和优化，采用模拟预测和实施仿真系统进行分析研究将是道路通行能力研究的未来发展方向。

2.国内外研究现状

2.1国外研究现状

国外比较典型的交通信号仿真系统分析，由于城市区域内各交叉口处的交通流一般是互相关联的，所以提高某一交叉口的通行为一个理想的城市区域自适应交通信号控制系统，人们希望它具有诸多功能如自适应性能力或减少车辆在该交叉口的延误有可能引起关联路口更多的延误，即子系统最优并不能保证总系统最优。因此，实施交叉路口间的协调自适应控制能够获得更好的效果。做特定线路上的公交或特种车辆优先控制、自学习功能、容错功能等。但目前还没有哪个系统能真正实现上述所有功能，城市区域交通信号控制还处于不断的发展阶段。自1963年加拿大多伦多市建成了世界上第一套由数字计算机实现的城市区域交通信号控制系统以来，人们相继完成了很多区域交通控制系统，其中最有代表性的有TRANSYT、SCOOT、SCATS等。

2.2国内研究现状

国内对交通信号灯仿真技术的研究仍处于非常零散的状态，缺乏系统而全面的研究。作为智能运输系统的一项主要内容，交通信号灯仿真技术一直未引起足够的重视与道路CAD技术的发展状况相比，道路和交通信号灯仿真设计有机结合的计算机辅助系统方面的研究工作仍十分薄弱。20世纪90年代以后国内交通工程界逐步意识到交通信号灯仿真研究的重要性东南大学、交通部公路科学研究所及武汉理工大学等科研单位开展了一些实质性的研究，并取得了一定的成果。总的来说，国内仿真研究仍只局限于解决单一问题，如对二车道公路通行能力的仿真、高速道路入口匝道范围交通的仿真、优先控制T型口交通的仿真等，在这方面还值得进一步深入研究。

我国的智能交通系统的研究是在借鉴发达国家的先进控制系统的基础上开始的当时各地引入了不同国家的智能交通系统，体系的混乱极大的影响了我们对智能运输系统的理解和研究。而且我国城市交通流特性、道路条件和交通法规等方面与发达国家之间有很大差异，因此不能照搬国外现成的交通流模型或仿真系统，所以更要加强理论研究工作，尽快建立适合我国国情的智能运输系统各个部分的关键理论和技术支持。

3.存在的问题

解决城市交通问题的关键是全局优化，国内外已从多个角度研究了多路口的信号优化，针对路网的仿真研究也得到了重视，提出了一些仿真框架，并在一定程度上实现了仿真，但是存在的主要问题有：

（1）现实路网中不确定性因素众多，现有模型尚不能充分反映客观世界状况仿真结果的可信程度受到模型的限制。采用宏观统计方法的仿真系统按照某个固定的概率分布进行仿真，没有充分反映交叉口的微观交通流特性。基于交通流的宏观描述，很难为研究道路规划、交通管理和信号控制等进行决策支持。

（2）没有仿真系统内核设计的概念，系统的可扩展性不够好。论文中实现的对多路口的仿真实现流程清晰，但是路网中交通信息的提取并不方便，最主要原因是没有设计独立的数据层。目前应用级别的研究还处于发展阶段，考虑到系统的可扩展性不应该把应用级别的仿真也包含入内核系统。

（3）忽视了仿真软件的初衷是为了促进交通控制理论的成熟与发展没有从信号交通控制理论的特征来搭建仿真软件。信号交通控制理论的显著特点是以交通系统中重要信息的采集为依据，对影响系统性能的控制点进行参数设置。所以，信号交通仿真系统的内核不在于复杂控制方案的模拟，而是最大限度的暴露访问仿真系统中各个实体的接口，以及控制点参数设置读取的接口。

4.研究目的及意义

随着经济的发展和城市化水平的提高，交通拥挤、环境恶化的问题越来越突出严重制约着城市的进一步发展。交通信号灯仿真是智能交通系统的一个分支，交通信号灯仿真是智能交通系统的一个前身，它为智能交通系统提供了理论依据，是交通系统更加人性化，从而使交通系统达到人性化与智能化得统一，同时也是未来交通系统的一个必然的发展趋势。

智能交通系统是现代交通系统的核心，它的本质就是通过信息技术的有效应用最大限度的发挥已有交通基础设施潜力，并引导合理的交通行为。智能交通系统的发展不仅促进了城市交通管理水平的提高，而且也改善了城市交通状况，提高了道路的服务水平，为城市可持续发展创造了条件，同时也推动了交通相关产业的发展，对城市现代化的建设有着重要的意义。

5.结论与展望

5.1结论

科学的信号灯控制可以提高道路的使用效率，提高城市的通行速度。交通信号自动控制是交通控制的重要组成部分，是交通科学管理的一种有效手段。该系统部分功能比现在运行的系统更加智能化增加了系统的准确性，缓解了交通拥挤。使车辆行驶和道路导航实现智能化但是现在的智能交通系统整体表现为概念的炒作远大于实际操作，为了促进智能交通系统的发展和应用，智能运输系统各个部分的关键理论和技术的科研攻关成为各科研学术团体面临的重大挑战，智能交通系统理论方面的突破是发展智能交通系统的基础具有非常重要的意义。

5.2展望

随着计算机水平以及信息技术的发展智能交通系统将会成为未来各国交通的主流，交通信号灯仿真软件是智能交通的一个方面。它为智能交通系统提供了理论依据是智能交通系统成为可能。由现今的局域网连接，演化成为互联网连接已经成为一个趋势。交通信号灯仿真软件是智能交通信号系统的前身，对未来智能交通系统的实现有着重要的作用，我想在不久的将来交通系统会更人性化，到那个时候交通环境会更加通畅。

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