摘要：由于城市建设的时间性和不平衡性，交通拥堵、交通障碍、道路拉链等现象随处可见。单纯的机械交通控制或路段改造不能从根本上解决城市交通拥堵问题，会影响城市发展的形象。智能交通系统和物联网技术促进了现代交通系统的研究，而GIS技术是智能交通的核心技术，为智能交通提供地理空间数据支持和交通网络分析功能。交通灯作为交通系统的指示灯，在城市交通系统中发挥着重要的作用。交通灯的持续时间设计与道路的交通流量和通行能力有关。大部分设置为固定值，不能通过交通流量的变化动态调整交通灯的持续时间。
关键词：GIS红绿灯道路车流量；
城市交通系统作为城市文明和形象的重要标志，与规划、路政、市政、园林等多个系统相关，简单的交通管制和重新布局，不能从根本上解决城市交通拥堵问题，而红绿灯作为城市交通信号的指示灯，更是疏解交通压力的重要枢纽。
一、交通流概述
随着公路交通量骤增，交通事故频繁，交通堵塞日益严重，受到资金、土地和环境等条件的制约，一些发达国家从大规模的建路转向怎样充分挖掘现有路网潜力和综合利用的研究上来了。从70年代中期起，交通流理论逐渐由纯理论转向应用研究。由于理论上的重要发现和研究成果已不多见，研究课题也随着具体的应用而逐渐分散，应用研究则偏重于高科技和车流的结合上。运用现代科学技术寻找出路，改变和拓宽了人们的思路，80年代中后期，美、日和欧洲几乎同时推出公路交通高科技的跨世纪工程。1994年日本横滨召开的国际学术会议正式将美国提出的智能交通运输系统ITS作为高科技项目的统一名称，高科技应用于公路交通成为当今世界性的热门课题之一，并正在形成一个新兴的高科技产业。城市道路交通流呈现间断性特征，其车流的运行经常受到一些规定操作地点的控制(如交叉口、信号、路口标志等)，断面交通构成为机动车与非机动车混合行驶。为了方便研究，暂不考虑横向干扰，不考虑非机动车进入，减少了不同速度的车辆间的纵向摩擦。因此在一定的密度范围内提供稳定的连续交通流运行模式。
二、交通流仿真发展及现状
随着计算机科学的不断发展，运用计算机进行仿真研究已经渗入到各个学科领域。而交通流仿真是当今交通领域内研究交通流特性的一种极为重要的手段，我们不但可以研究交通流的内在规律，而且可以研究交通规划，交通管理与控制方法等。仿真模型是以计算机模拟为手段，运用软件来模拟道路、交通环境，可以高度再现出交通流。利用仿真模型实验求解通行能力，具有许多的优点，只要模型运用得当，仿真方法得当，就一定能编制出跟真实交通流现象非常吻合的城区公路交通流仿真软件来。利用计算机进行交通仿真是当今研究交通问题的一种重要手段。国外早在60年代，就对高速公路交通流进行了仿真研究，如今已将仿真技术广泛用于交通事故、动态交通分配、出入口控制、道路通行能力、路网运营分析等多个研究领域。交通仿真技术是在经验研究和数学方法的基础上，利用现代系统工程和计算机仿真技术成果发展起来的新的交通研究方法。由于仿真技术可有效地体现交通系统中交通运行的复杂过程，可按试验要求实现交通状况的再现，大大降低了现场调查的工作量，现已成为分析各种交通流、检验各种拟定交通设施、交通控制方案的有力工具。在交通工程学科研究的领域中，运用模拟技术的时间还不长，仅有几十年的时间。为此，以为交通管理中心控制室提供交通流数据研究为主要目的，开发高度仿真城区公路道路、交通状况的仿真软件具有重要意义。近几年，我国也出现了许多交通流的仿真研究，许多大学都投入大量人力物力研究交通流现象和仿真，取得了大量的研究成果。
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三、数据库设计
在SQL Server数据库中，建立红绿灯管理系统数据库，并新建道路和和红绿灯数据表。道路数据表包含道路id、路名、路宽、车流量、单双行道、起点坐标、终点坐标、备注等属性字段，红绿灯数据表包含红绿灯id、定位点坐标、红绿灯周期、红灯时间、绿灯时间、位置描述等属性字段。通过红绿灯、道路对象的id建立起图形对象和属性表之间的映射关系，实现红绿灯、道路对象图形和属性的关联。
四、数据制作
获取影像数据。通过在影像地图上找到所选交通区域，设立地标控制点，并记录地标控制点的经纬度坐标，用于坐标转换和影像校正。坐标转换。通过坐标转换工具或程序，将地标控制点经纬度坐标转换为地理坐标，即由WGS84坐标系转换为西安80坐标系。影像校正。在ArcGIS栅格配准中，通过输入地标控制点地理坐标，对影像进行校正。栅格矢量化。以校正后的影像地图为底图，创建红绿灯、道路、周边建筑、标注图层。红绿灯图层用点符号表达。道路图层用线表达，并依据道路的宽度和单双行道属性，对道路赋予不同颜色和显示宽度。周边建筑图层用面表达，标注图层用文字表达。
五、城市智能交通控制系统的相关设计
城市智能交通控制系统属于当前人工智能中的前沿学科，可将其应用到城市交通网络控制中。其是依照智能体系设计的。城市道路智能体系不仅需要具备及时更新单个路段流量信息的能力，还应为相互连接的信号口提供相关的交通流量数据。参照上级区域交通流量信息控制车流量，并使路口与其他路段的数据相互转换。生成实时的信号控制模型，并提供相关的道路信号。该信号可相互配对，使路段彼此之间的车辆流通保持在一种相对平衡、协调的状态。城市道路智能体系可合理控制路网的运行，可自由地调整有关的控制策略，并将交通的需求和控制效果及时上传至交通管理的决策层，即交通管控中心；可与同级其他区域智能体系进行信息交换，从而真正地为交通控制服务。在信号控制系统中，路口级的信号控制基于有关连接路段智能体系的交通流信息，并运用控制决策的方式匹配路口的信号时，路口的信号控制系统能科学控制路口的交通流量信息及相关信号，而上层的区域控制能很好地被反映在控制命令中。比如，在一个区域中的路口位置，某方向城市交通网络区域中出现了交通拥挤的问题。此时，区域控制会发生有关的控制命令，调节相同路段上其余路口的信号指示灯，从而减轻交通压力，快速实现车辆的分流。
六、系统设计与实现
红绿灯数据管理。通过属性对话框与数据库的交互，实现红绿灯和道路数据的编辑、更新、查询、定位功能。还包括地图浏览、图形编辑等基本的地图操作工具。红绿灯控制。通过红绿灯定位点坐标与道路起始终点坐标匹配的方法，可由红绿灯获取路口不同方位道路，实现对道路定位和车流量等数据获取。通过红绿灯能够获取临接道路数量、红绿灯周期、不同方向道路车流量数据。由红绿灯坐标和道路坐标确定道路方向角，通过角度比较获得道路相对红绿灯位置。通过不同方向道路车流量对红绿灯周期平均分配的办法，计算出红灯和绿灯最优的亮灯时间，并实时更新红绿灯数据库数据，实现对红绿灯的动态控制。并根据车流量对红绿灯分配算法计算出优化红绿灯亮灯时间，实时更新调整红绿灯时长。
总之，运用GIS和数据库技术，通过对红绿灯系统数据制作、数据库设计、系统设计与实现，以属性对话框与数据库交互的方式，完整模拟红绿灯控制管理系统，实现红绿灯和道路之间的综合查询和空间分析，并能够通过道路车流量情况实时优化调整红绿灯亮灯时间，实现对红绿灯的动态控制，以此提高车辆通行效率，保障城市交通系统顺畅，为城市交通系统建设提供一种科学的研究方法。
参考文献：
[1]刘晓彬.浅谈GIS红绿灯控制管理系统设计与实现.2018.
[2]李大鹏.王艳红，城市智能交通信号控制与仿真系统研究.2017.
论文作者:黄 磊
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年第05期
论文发表时间:2019/7/15
标签：红绿灯论文; 通流论文; 交通论文; 道路论文; 坐标论文; 车流量论文; 城市交通论文; 《当代电力文化》2019年第05期论文;