近年来，达州市公安局交通警察支队致力于科技赋能，与中铁二院合作成立了山地城市智能交通应用研究中心，建成了达州智能交通系统（1、2期），自2019年7月投用以来，在城市交通秩序管控、违法犯罪打击、应急勤务保障、服务人民群众等方面发挥了巨大作用，为达州城区交通秩序管控效果提档升级提供了强大支撑，为达州公安交管工作整体上台阶、服务经济社会大局发展提供了坚实助力。
通过充分调研、分析、研判，达州公安交警山地城市智能交通应用研究中心（以下简称“研究中心”）认为：在不改变路口现状渠化和交通组织的前提下，交叉口信号优化是提升路口通行效率、缓解拥堵的有效措施。据此，“研究中心”结合达州市城市交通运营中的实际案例，推出了一种基于纳什均衡理论的城市交叉口信控优化方法，引入纳什均衡模型来模拟交通参与者的行为，以人为本，以全局最优为原则的创新性信号配时方案。
该方法在均衡各交通参与者利益的同时，可有效地减少路口交通流的平均排队长度、延误指数和停车次数以提升服务水平和通行效率，为城市交通信号优化提供了一种全新的解决方案。
基于纳什均衡模型的信号优化流程图
Part 01数据基础
以达州市秦巴大道路口（金龙大道-秦巴大道交叉口）为研究对象，在工作时段早晚高峰（7:45-8:45，17:45-18:45，下同）展开了细致的交通勘察工作。此次调查数据主要为该路口高峰时段的信号周期、相位相序、各方向的现状渠化、分车道级交通流量等，并将实测数据作为纳什均衡模型的基础数据支撑。
路口渠化：秦巴大道路口为达州市中心城区南北纵向通过性道路（金龙大道）和东西横向通过性道路（金南大道）形成的十字路口，为西外和南外片区通勤交通流的重点衔接点，该路口南北方向道路设置有二三轮车专用道，为四块板结构；东西方向为两块板结构，为机非混行断面。
转向交通量：该节点早晚高峰小时流量集中于金龙大道主线，南外和西外片区的交通转换交通流突出；晚高峰量级略低于早高峰转向流量，以回家和回程转向流量为主，该时段东进口右转、北进口直行，北进口左转量相对较大。
信号配时方案：该节点优化前早晚高峰小时信号周期T为120秒，早高峰设置为4相位，晚高峰小时信号周期T为118秒，晚高峰设置为4相位。
问题诊断：路口整体饱和度为0.7-0.95，分别为D、E级服务水平，整体车均延误为66-75秒；平均停车次数为1.2-1.5次；整体排队长度为113米，北进口早高峰排队长度超过280m，为F级服务水平。整体上，该节点既有信号配时不尽合理，各流向服务水平偏低，高峰时段运行情况较差。
Part 02模型计算
以秦巴大道路口为例，在基于纳什均衡和路口交叉口信号控制问题中，控制路口交通信号灯变化（周期和相位时长）的行为主体为智能体（agent），即信号控制机；ut是智能体所有可接受（设置）的交通灯时长控制策略；状态xt表示当前交叉口的信控及相位相序放行方案，奖励yt是环境，表示智能体和其他智能体在此交通环境下的拥堵程度，可按照各进口方向和车道的排队长度，延误和平均停车时间等具体指标进行计算，拥堵程度越低，奖励越大，反之越小。
基于纳什均衡理论的交叉口信号控制策略
为实现对秦巴大道路口高峰时段的信号配时进行优化，本次研究基于纳什均衡理论的优势行动者评论家算法，结合路口各进口道交通量变化特性，以调整路口信控、相位和相序方案，使得每个方向的车辆流都能在合理的时间内通过交叉口，避免长时间的拥堵和等待。
在仿真环境中输入真实的车流量数据，并配置基于纳什均衡理论的交通信号控制算法，每隔15分钟更新通过秦巴大道路口的交通量数据，记录每分钟每个交通路口的车辆延误、车均停车时间和排队长度(作为环境反馈奖励)。进行不少于1500 Episode(回合)的迭代计算。系统达到纳什均衡稳定状态后，指标计算迭代结果分析如下
依据模型计算结果，输出本次优化后的信号配时方案如下：
优化方案：早高峰—周期T为170秒，优化设置6个相位，其中相序二—北向通放和相位五—东向通放为搭接相位；晚高峰—周期T为155秒，优化设置为5相位，其中相序二北向通放为搭接相位。
指标分析：在系统达到即“纳什均衡”的稳定的状态下，路口各转向饱和度、延误和排队长度均有不同程度的提升。模拟计算结果表明，该路口整体饱和度降至0.7-0.85区间，服务水平由E级提升至D级；整体排队长度为75.8m，排队长度降低33.04%；停车次数降至0.8-1.2次，降低20%-33.3%。
模型优化前后延误时间分析
模型优化前后排队长度分析
模型优化前后停车次数分析
总结
通过引入纳什均衡理论，“研究中心”成功地模拟了秦巴大道单个路口交通参与者（智能体）的行为，并求解出了一种使各方均无法通过单方面改变策略而获得更好结果状态(“纳什均衡”)下的信号配时方案，研究表明：该方法在信号控制优化中具有较强的可操作性和有效性，对于提升路口的通行效率具有显著效益。
该研究成果为城市交通信号控制系统的设计与优化提供了新的思路和解决方案。对于未来的城市交通发展而言，研究还需要基于区域交通流量的动态变化特征、用地发展情况，从精细化交通组织和道路立交化改造等层面着手，以进一步提升路口的服务水平和运行秩序。
