文章标题：基于电警数据的干线自适应协调信号控制优化方法

已见刊于：中国公路学报

作者：伉沛喆，吴浩，姚佳蓉，曹喻旻，唐克双*

关键词：交通工程；干线协调控制；自适应控制；电警数据；流量预测；MULTIBAND模型

现有的干线自适应协调信号控制方法大都基于线圈或浮动车检测数据，控制效益受限于线圈布设密度、数据质量以及浮动车的渗透率等因素。近年，电警卡口设备被广泛应用于我国城市道路车辆违章和公共安全管理，可实时记录每一辆车通过交叉口停车线的时刻、所在车道及其身份信息，具有布设密度高、全样本检测、可还原车辆路径等优势，为干线自适应协调信号控制提供了新的数据支撑。

文章提出了一种基于电警数据的干线自适应协调信号控制优化方法：首先，通过充分挖掘电警数据蕴含的交通流信息，利用时空关联关系实时预测流向流量和路段行程时间，作为控制输入参数；其次，在经典的MULTIBAND模型基础上，提出适用于自适应控制的改进MULTIBAND模型，实现相位相序、公共周期、相位差等参数的自适应优化。

图1 改进MULTIBAND模型

最后，考虑到协调方案频繁切换可能带来的负面影响，设计了方案切换的判断逻辑和过渡算法以减少方案过渡的负面影响。

图2 干线方案过渡算法

文章采用基于常州市通江中路上包含五个连续交叉口的真实干线场景建立的仿真模型进行方法验证。仿真的运行时间设置为7.5小时，基于工作日（2019年1月17日）12:00-19:30的真实流量，以15分钟的时段粒度调整仿真场景流量输入。仿真模拟的前4小时（12:00-16:00）用于仿真的预热和流量、以及历史数据的生成用以训练预测模型，后3.5小时（16:00-19:30）的14个时段还原晚高峰的交通场景。在该场景下，干线整体的时段流量和饱和度具有较强的波动性，且整体表现出先增加后减小趋势，可用于验证参数预测的准确性与自适应优化方法的有效性。

图3 仿真验证场景

接着，文章首先对各个单独的模块展开了验证。首先验证了参数预测模块的预测精度，随后对比了文章所提出的改进MULTIBAND模型相较于经典MULTIBAND模型的控制效益改善量。仿真验证表明，流向流量和行程时间预测误差分别为12.66%和5.03%；在支路汇入流量较低和较高时，改进MULTIBAND模型相对于经典MULTIBAND模型的延误分别降低了5.2%和15.3%。

最后，文章对比了所提出的自适应控制方法与定时控制、感应控制的控制效益。在需求波动场景下，相较于基于改进MULTIBAND模型的定时协调控制和基于车头时距规则的感应协调控制，文章所提出的自适应控制方法可使干线整体的车均延误分别减少18.1%和15.1%，平均停车次数分别减少19.5%和15.4%。

图4 干线控制效益对比

  同时，考虑到电警数据的缺漏程度与预测方法的预测精度会影响优化方法的底层输入，从而影响方案优化效果。文章对电警设备漏检率和参数预测精度对方案优化效果的影响展开了分析，证明了方法在不同电警检测率下的有效性和参数预测模块的有效性。