摘要：面向網(wǎng)聯(lián)汽車滲透率達(dá)到100%的環(huán)境，為了生成更多合理的綠燈切斷決定，提出一種新的單點(diǎn)全感應(yīng)式信號(hào)配時(shí)技術(shù)。定義綠燈切斷決策區(qū)和擴(kuò)展車長(zhǎng)的概念，綜合考慮導(dǎo)向車道的長(zhǎng)度、數(shù)量以及綠燈切斷決策區(qū)內(nèi)網(wǎng)聯(lián)汽車的數(shù)量、位置、車身長(zhǎng)度、速度等因素，建立擴(kuò)展車長(zhǎng)轉(zhuǎn)化率計(jì)算方法，在此基礎(chǔ)上，評(píng)估機(jī)動(dòng)車相位的交通需求，設(shè)計(jì)單點(diǎn)全感應(yīng)邏輯。選取城市干路相交的典型四路交叉口，利用Vissim和Python創(chuàng)建仿真試驗(yàn)環(huán)境，通過(guò)最優(yōu)設(shè)計(jì)生成試驗(yàn)方案，為新技術(shù)交叉口和傳統(tǒng)技術(shù)交叉口共提供162,000個(gè)試驗(yàn)場(chǎng)景。試驗(yàn)結(jié)果顯示，相比于傳統(tǒng)技術(shù)，采用擴(kuò)展車長(zhǎng)轉(zhuǎn)化率推薦閥值的新技術(shù)能夠降低交叉口車均延誤，交叉口的交通負(fù)荷等級(jí)越高，降幅越明顯。

　　關(guān)鍵詞：交通信息工程及控制;全感應(yīng)式信號(hào)配時(shí);網(wǎng)聯(lián)汽車;獨(dú)立信號(hào)控制交叉口;交通仿真

　　引言

　　獨(dú)立信號(hào)控制交叉口(簡(jiǎn)稱單點(diǎn))是指不與相鄰交叉口進(jìn)行交通信號(hào)燈聯(lián)動(dòng)控制的交叉口。導(dǎo)向車道是指信號(hào)控制交叉口的機(jī)動(dòng)車停止線上游標(biāo)示規(guī)定行駛方向且禁止車輛越線行駛的車行道。根據(jù)015年發(fā)布的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《城市道路交通標(biāo)志和標(biāo)線設(shè)置規(guī)范》，導(dǎo)向車道長(zhǎng)度宜為70。單點(diǎn)全感應(yīng)式信號(hào)配時(shí)技術(shù)要求采集交叉口各條導(dǎo)向車道內(nèi)的交通流數(shù)據(jù)，自機(jī)動(dòng)車相位的最小綠燈時(shí)長(zhǎng)結(jié)束時(shí)刻開始，評(píng)估機(jī)動(dòng)車相位的交通需求，決定是否切斷機(jī)動(dòng)車相位的綠燈[12]。

　　與單點(diǎn)自適應(yīng)式信號(hào)配時(shí)技術(shù)相比，單點(diǎn)全感應(yīng)式信號(hào)配時(shí)技術(shù)不需要預(yù)測(cè)機(jī)動(dòng)車相位的交通需求，不依賴優(yōu)化模型生成機(jī)動(dòng)車相位的綠燈時(shí)長(zhǎng)，具有工作原理簡(jiǎn)單、計(jì)算開銷小、響應(yīng)速度快、部署投資少、維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。即便在數(shù)據(jù)資源和算力資源十分豐富的環(huán)境中，出于提高交通信號(hào)控制系統(tǒng)整體性價(jià)比的考慮，很多獨(dú)立信號(hào)控制交叉口仍然適合應(yīng)用單點(diǎn)全感應(yīng)式信號(hào)配時(shí)技術(shù)。

　　回顧以往，單點(diǎn)全感應(yīng)式信號(hào)配時(shí)技術(shù)的研究工作主要聚焦在以下方面：Smaglik等人[34]、Tian等人指出，利用每條導(dǎo)向車道內(nèi)獨(dú)立采集的車輛時(shí)距(前車尾部離開檢測(cè)區(qū)域至后車頭部到達(dá)檢測(cè)區(qū)域的時(shí)間)評(píng)估機(jī)動(dòng)車相位的交通需求，可以改善交叉口的整體性能。Cesme等人為具有多條導(dǎo)向車道的機(jī)動(dòng)車相位設(shè)計(jì)了一種根據(jù)連續(xù)多個(gè)車輛時(shí)距生成綠燈切斷決定的單點(diǎn)全感應(yīng)邏輯。Yun等人指出，動(dòng)態(tài)調(diào)整機(jī)動(dòng)車相位的最大綠燈時(shí)長(zhǎng)能夠適應(yīng)交通需求模式的變化，改善交叉口的整體性能。

　　Zhang等人提出了一種隨機(jī)模型，根據(jù)排隊(duì)長(zhǎng)度和車輛到達(dá)規(guī)律動(dòng)態(tài)優(yōu)化機(jī)動(dòng)車相位的最小綠燈時(shí)長(zhǎng)和最大綠燈時(shí)長(zhǎng)。徐洪峰等人采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)生成仿真試驗(yàn)方案，給出了常用信號(hào)配時(shí)參數(shù)的取值建議。然而，這些研究工作難以彌補(bǔ)單點(diǎn)全感應(yīng)式信號(hào)配時(shí)技術(shù)的固有缺陷。常規(guī)機(jī)動(dòng)車檢測(cè)器只能在特定位置采集特定類型的交通流數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)評(píng)估的交通需求具體指機(jī)動(dòng)車相位是否有車輛能夠以較小的車輛時(shí)距連續(xù)通過(guò)停止線。

　　由于沒(méi)有綜合考慮導(dǎo)向車道的長(zhǎng)度、數(shù)量以及導(dǎo)向車道內(nèi)機(jī)動(dòng)車的數(shù)量、位置、車身長(zhǎng)度、速度等因素，單點(diǎn)全感應(yīng)式信號(hào)配時(shí)技術(shù)無(wú)法精準(zhǔn)評(píng)估機(jī)動(dòng)車相位的交通需求，很可能生成不合理的綠燈切斷決定，拉低交叉口的整體性能。本文將網(wǎng)聯(lián)汽車界定為可以通過(guò)無(wú)線通信技術(shù)與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和共享的機(jī)動(dòng)車。網(wǎng)聯(lián)汽車并非必須具備高級(jí)別的自動(dòng)駕駛功能，是傳統(tǒng)汽車向智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展的必然產(chǎn)物。有理由相信，網(wǎng)聯(lián)汽車的滲透率將遠(yuǎn)早于智能網(wǎng)聯(lián)汽車達(dá)到100%。

　　2010年以來(lái)，出現(xiàn)了一些在網(wǎng)聯(lián)汽車環(huán)境下研究單點(diǎn)自適應(yīng)信號(hào)配時(shí)技術(shù)的工作[118]。它們的主要特點(diǎn)包括：(1)通常為環(huán)境中的網(wǎng)聯(lián)汽車設(shè)定多種滲透率;(2)當(dāng)網(wǎng)聯(lián)汽車滲透率不高時(shí)，或者通過(guò)布設(shè)常規(guī)檢測(cè)器采集傳統(tǒng)汽車的交通流數(shù)據(jù)，或者利用網(wǎng)聯(lián)汽車的運(yùn)行狀態(tài)估計(jì)傳統(tǒng)汽車的運(yùn)行狀態(tài);(3)監(jiān)測(cè)并預(yù)測(cè)交叉口的車輛到達(dá)規(guī)律和(或)車輛消散規(guī)律;(4)建立以最小化車輛總延誤、車輛平均延誤、車輛總停車次數(shù)、車輛總排隊(duì)長(zhǎng)度等為目標(biāo)的優(yōu)化模型，在線生成交叉口的相位顯示順序、機(jī)動(dòng)車相位的綠燈時(shí)長(zhǎng)等;(5)在虛擬環(huán)境中進(jìn)行各種試驗(yàn)工作;(6)十分關(guān)注網(wǎng)聯(lián)汽車滲透率對(duì)交叉口整體性能的影響。這些研究工作為人們?cè)诰W(wǎng)聯(lián)汽車環(huán)境下創(chuàng)新單點(diǎn)全感應(yīng)式信號(hào)配時(shí)技術(shù)打開了思路并起到了示范作用。

　　本文認(rèn)為，在網(wǎng)聯(lián)汽車走向普及應(yīng)用的時(shí)代背景下，單點(diǎn)全感應(yīng)式信號(hào)配時(shí)技術(shù)也將迎來(lái)一次重要的創(chuàng)新機(jī)遇，具體而言，就是借助經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單加工的網(wǎng)聯(lián)汽車數(shù)據(jù)，從如何評(píng)估機(jī)動(dòng)車相位的交通需求、如何解釋切斷機(jī)動(dòng)車相位綠燈的必要性、如何設(shè)計(jì)單點(diǎn)全感應(yīng)邏輯等方面尋求突破，通過(guò)減少不合理的綠燈切斷決定，改善交叉口的整體性能。

　　為了抓住這一機(jī)遇，單點(diǎn)全感應(yīng)式信號(hào)配時(shí)技術(shù)的新一輪發(fā)展過(guò)程應(yīng)當(dāng)分為兩個(gè)階段：(1)在網(wǎng)聯(lián)汽車滲透率達(dá)到100%的虛擬環(huán)境中，探索網(wǎng)聯(lián)汽車數(shù)據(jù)賦能的單點(diǎn)全感應(yīng)式信號(hào)配時(shí)技術(shù)，發(fā)現(xiàn)新技術(shù)相比于傳統(tǒng)技術(shù)的性能優(yōu)勢(shì)，論證新技術(shù)發(fā)展方向的正確性;(2)在網(wǎng)聯(lián)汽車滲透率不足100%的虛擬環(huán)境或現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，探索網(wǎng)聯(lián)汽車數(shù)據(jù)和常規(guī)檢測(cè)數(shù)據(jù)賦能的單點(diǎn)全感應(yīng)式信號(hào)配時(shí)技術(shù)，走通新技術(shù)的發(fā)展道路。

　　本文的研究工作處于第一階段，嘗試?yán)�用網(wǎng)聯(lián)汽車的數(shù)量、位置、車身長(zhǎng)度和速度，提出一種新的單點(diǎn)全感應(yīng)式信號(hào)配時(shí)技術(shù)。一個(gè)機(jī)動(dòng)車相位可以對(duì)一條或多條導(dǎo)向車道內(nèi)的車輛進(jìn)行信號(hào)控制。進(jìn)入導(dǎo)向車道的車輛應(yīng)當(dāng)沿著規(guī)定方向行駛，按照信號(hào)燈的指示通過(guò)停止線。就單點(diǎn)全感應(yīng)式信號(hào)配時(shí)技術(shù)而言，自機(jī)動(dòng)車相位的最小綠燈時(shí)長(zhǎng)結(jié)束時(shí)刻開始，導(dǎo)向車道內(nèi)的所有車輛原則上都可以參與綠燈切斷決策過(guò)程。

　　然而，機(jī)動(dòng)車相位的綠燈結(jié)束前，距離停止線較近的車輛或者可以在黃燈期間通過(guò)停止線，或者可以在紅燈啟亮前靜止于停止線之后，它們不應(yīng)成為綠燈切斷決策的考慮對(duì)象。根據(jù)上述看法，將導(dǎo)向車道上施劃的停止線稱為實(shí)際停止線。在現(xiàn)實(shí)空間映射的虛擬空間中，在距離實(shí)際停止線較近的上游設(shè)置虛擬停止線。以直行機(jī)動(dòng)車相位為例，將導(dǎo)向車道起點(diǎn)至虛擬停止線的空間稱為綠燈切斷決策區(qū)。

　　一旦車身的任意部分進(jìn)入綠燈切斷決策區(qū)，認(rèn)為車輛位于綠燈切斷決策區(qū)內(nèi)。自機(jī)動(dòng)車相位的最小綠燈時(shí)長(zhǎng)結(jié)束時(shí)刻開始，只有綠燈切斷決策區(qū)內(nèi)的車輛才能參與綠燈切斷決策過(guò)程。根據(jù)016年發(fā)布的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《道路交通信號(hào)燈設(shè)置與安裝規(guī)范》，機(jī)動(dòng)車相位的黃燈時(shí)長(zhǎng)≥3s。為了確保黃燈啟亮?xí)r刻虛擬停止線與實(shí)際停止線之間處于中高速運(yùn)行狀態(tài)的車輛能夠在黃燈結(jié)束前通過(guò)實(shí)際停止線，建議虛擬停止線到實(shí)際停止線的距離≤km/h勻速行駛的車輛在內(nèi)通過(guò)的距離。

　　擴(kuò)展車長(zhǎng)機(jī)動(dòng)車擴(kuò)展長(zhǎng)度(簡(jiǎn)稱擴(kuò)展車長(zhǎng))是指機(jī)動(dòng)車為了避免與同一車行道內(nèi)的前方物體發(fā)生碰撞而必須使用的標(biāo)準(zhǔn)道路長(zhǎng)度，包括車身長(zhǎng)度和緊急碰撞規(guī)避距離。車身長(zhǎng)度是指車頭最前端至車尾最后端的長(zhǎng)度。緊急碰撞規(guī)避距離等于車輛由當(dāng)前速度緊急制動(dòng)至靜止過(guò)程中通過(guò)的距離加上車輛在靜止?fàn)顟B(tài)下與前方靜止物體保持的安全距離。擴(kuò)展車長(zhǎng)直接反映了車輛對(duì)道路空間的最低使用要求。

　　擴(kuò)展車長(zhǎng)轉(zhuǎn)化率機(jī)動(dòng)車相位的綠燈啟亮后，綠燈切斷決策區(qū)內(nèi)的車輛被賦予通過(guò)實(shí)際停止線的權(quán)利，它們將尋求達(dá)到一定的速度，實(shí)現(xiàn)空間上的移動(dòng)。從綠燈時(shí)間利用和轉(zhuǎn)化的視角看，若綠燈切斷決策區(qū)內(nèi)的車輛平均速度高于某一閥值，認(rèn)為這些車輛已經(jīng)整體上脫離排隊(duì)狀態(tài)，能夠?qū)�獲得的綠燈時(shí)間轉(zhuǎn)化成自身的擴(kuò)展車長(zhǎng)，反之，認(rèn)為這些車輛沒(méi)有整體上脫離排隊(duì)狀態(tài)，不能將獲得的綠燈時(shí)間轉(zhuǎn)化成自身的擴(kuò)展車長(zhǎng)。

　　本文認(rèn)為，機(jī)動(dòng)車相位最小綠燈時(shí)長(zhǎng)結(jié)束后的某一時(shí)刻，綠燈切斷決策區(qū)內(nèi)的車輛越多、車身長(zhǎng)度總和越大、車輛平均速度越高，這些車輛從綠燈時(shí)間轉(zhuǎn)化出的擴(kuò)展車長(zhǎng)總和越大，說(shuō)明機(jī)動(dòng)車相位的交通需求越大，反之亦然。機(jī)動(dòng)車擴(kuò)展長(zhǎng)度轉(zhuǎn)化率(簡(jiǎn)稱擴(kuò)展車長(zhǎng)轉(zhuǎn)化率)是指當(dāng)前時(shí)刻綠燈切斷決策區(qū)內(nèi)的擴(kuò)展車長(zhǎng)總和與綠燈切斷決策區(qū)長(zhǎng)度總和的比值。

　　汽車論文范例：汽車電氣系統(tǒng)故障的診斷維修技術(shù)分析

　　本文提出的單點(diǎn)全感應(yīng)式信號(hào)配時(shí)技術(shù)適用于網(wǎng)聯(lián)汽車滲透率達(dá)到00%的環(huán)境，它綜合考慮導(dǎo)向車道的長(zhǎng)度、數(shù)量以及綠燈切斷決策區(qū)內(nèi)網(wǎng)聯(lián)汽車的數(shù)量、位置、車身長(zhǎng)度、速度等因素，采用全新的方式評(píng)估機(jī)動(dòng)車相位的交通需求，解釋切斷機(jī)動(dòng)車相位綠燈的必要性，設(shè)計(jì)單點(diǎn)全感應(yīng)邏輯，能夠生成更多合理的綠燈切斷決定，有助于進(jìn)一步改善交叉口的整體性能。

　　仿真試驗(yàn)結(jié)果顯示，相比于傳統(tǒng)技術(shù)，采用擴(kuò)展車長(zhǎng)轉(zhuǎn)化率推薦閥值的新技術(shù)在超過(guò)的低交通負(fù)荷試驗(yàn)、超過(guò)94%的中交通負(fù)荷試驗(yàn)和超過(guò)99%的高交通負(fù)荷試驗(yàn)中表現(xiàn)出了進(jìn)一步降低車均延誤的優(yōu)勢(shì);交通負(fù)荷等級(jí)越高，新技術(shù)在降低車均延誤方面的優(yōu)勢(shì)越明顯，高交通負(fù)荷試驗(yàn)中，降低幅度在4s以上的試驗(yàn)占比超過(guò)53%。

　　必須承認(rèn)，建成網(wǎng)聯(lián)汽車滲透率達(dá)到100%的環(huán)境尚需一段時(shí)間，雖然本文的研究成果無(wú)法在短期內(nèi)投入實(shí)際應(yīng)用，但是對(duì)于利用網(wǎng)聯(lián)汽車數(shù)據(jù)變革交通信號(hào)配時(shí)技術(shù)仍然具有參考和借鑒意義。下一階段，我們將針對(duì)更多類型的交叉口開展以下專題研究：設(shè)置虛擬停止線的必要性及其最佳位置;不同道路空間布局和相位顯示順序下的擴(kuò)展車長(zhǎng)轉(zhuǎn)化率推薦閥值;擴(kuò)展車長(zhǎng)轉(zhuǎn)化率閥值的動(dòng)態(tài)調(diào)整依據(jù)。

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　　作者：徐洪峰，陳虹瑾，張棟，陸千惠，安娜，耿現(xiàn)彩