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中国智能交通协会

人机协同的交通信号控制系统

2021-04-12 来源:中国智能交通协会


北方工业大学城市道路交通智能控制技术北京市重点实验室 王志建


  一、开发人机协同的交通信号控制系统必要性
  城市道路交通系统是一个复杂的巨系统,各种随机因素的影响导致系统建模困难,研发能够自适应不同交通场景及其变化的交通信号控制系统是一个难题。如图1所示,在交通信号控制系统的实际应用中,有多种影响自适应协调控制效果的因素:除人、车、路、天气等交通环境复杂,检测、通信等环节是否正常工作也会对交通信号控制效果产生影响,例如,在交通信号控制系统运行过程中,当路口某些相位的检测器发生故障时,可采用多时段控制等降级处理或基于数据补偿的信号配时,在交通流量还未达到较高数值时,上述方法虽然会影响优化控制效果,但交通流仍能正常运行;而交通流量较大或路段出现交通事件时,简单的降级处理等往往会与实际控制需求产生较大偏差,从而引发交通拥堵乃至交通溢流,此时,仅靠交通信号控制系统的自动运行无法保证交通控制效果,人与交通信号控制系统的协同至关重要。


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 二、人机协同的交通信号控制系统
  人机协同的交通信号控制系统除具备传统交通信号控制系统所应具备的功能外,其主要特征有以下几方面:(1)应能对路口检测器的运行状态进行监测和分析;(2)应能对溢流进行检测或对溢流趋势进行分析;(3)应具备人机接管的友好人机界面;(4)系统信号配时决策应能适应人工配时操作;(5)系统应能进行人工控制方案的推荐及优化;(6)系统有视频等可供人工查看的可视信息;(7)系统应具有人工控制效果的评价功能。
  基于上述分析,人机协同的交通信号控制系统的关键技术主要包括检测数据可用性分析、溢流趋势预测、路口定时牵引控制、接管时机确定、人工控制方案推荐及优化、关联路口跟随控制、人工控制效果评价等部分。
  ㈠检测数据可用性分析的主要目的是防止控制算法的计算结果与实际需求产生较大偏差,根据异常数据出现的频率来决定后续控制算法的输入。
  ㈡溢流趋势预测主要目的是在溢流产生前通过人机协同从而避免溢流的发生。溢流趋势预测可能是在本地检测数据可用或本地检测数据不可用两种情形下进行。
  ㈢路口定时牵引控制主要是在目标路口检测数据不可用、且目标路口无溢流趋势的情形下采用,此时目标路口采用定时控制,为防止目标路口交通拥堵甚至溢流,其它关联路口采用跟随控制的方式进行配时优化。
  ㈣接管时机确定主要是确定人接管机器的时机和机器接管人的时机。前者要考虑人接管的必要性,太早接管无疑会降低系统的可用性,增加人力成本,而接管时机过晚,则可能会导致人接管后为避免溢流所采用的控制方案,对交通流产生较大扰动,不利于整体交通的运行,因此,需考虑人接管后的过渡时间;后者主要考虑机器接管后由于交通流的随机变化不会造成溢流,机器接管后包括依靠检测器的控制和定时控制两种。
  ㈤人工控制方案推荐及优化是指人接管后如何控制的问题。人工控制时,机器作为协同者,一方面要实时做出关联路口的跟随控制方案,另一方面也需为人工控制提供可参考的推荐方案。由于交通流的随机性,所推荐方案不能确保避免溢流,因此不能完全通过机器执行,而是作为参考方案,使人在实际执行控制时有参考依据。这里面涉及两个问题,一个是推荐方法的选择和确定,二是推荐方案的不断优化过程。
  ㈥关联路口跟随控制指的是当人工控制时,其它关联路口如何与人工控制路口进行协同,此时可以将人工控制路口作为关键路口,其它关联路口做跟随控制。
  ㈦人工控制效果评价指的是设计评价指标,根据交通系统运行过程,对不同场景下人工控制效果进行评价,可将场景进行分类,既能够对同一类场景控制效果进行横向比较,也能对不同类场景控制效果进行纵向比较。
  人机协同的交通信号控制系统结构及系统应用界面如图2和图3所示:

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图2 系统结构


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图3 系统应用界面