سیستم های هوشمند ترافیک نقش زیادی در کاهش ترافیک، زمان تاخیرسفر، آلودگی هوا و مصرف بنزین دارند. بدیهی است که ترافیک چهارراه در طول روز متغیر است. تا قبل از دهه 60 از دستگاههای کنترل زمان ثابت (Fixed Time) استفاده می شد. این چراغها فقط به کمک یک تایمر مکانیکی قابلیت چشمک زن در شب را داشتند. پس از آن دستگاههای کنترل پیش برنامه ریزی شده (PreTime) جای آنها را گرفتند. دستگاههای پریتایم شبانه روز را به بازه های مختلف تقسیم کرده و زمان چراغها در بازه های مختلف شبانه روز تنظیم و دستگاه بر اساس برنامه زمانی از پیش تعیین شده عمل می کند.

اما مدل ترافیکی یک شهر بسیار پیچیده و دینامیک است و پیش بینی ترافیک با توجه به تاثیرپذیری از عوامل متعدد کار ساده ای نیست. در دنیا مطالعات وسیعی در رابطه با سیستمهای کنترل ترافیک هوشمند  (Intelligent Traffic Control System)یا سیستم های کنترل ترافیک تطبیقی (Adaptive Traffic Control System) انجام می شود. حاصل این مطالعات ارائه آلگوریتمهای مختلف و پیاده سازی آن توسط سازندگان کنترلر های چراغ راهنمایی است. به گونه ای که بعضی از شرکتها فقط به ساخت دستگاه ها بسنده کرده و نرم افزارهای لازم را  خریداری می کنند.

مزایای کنترل مرکزی هوشمند ترافیک

1-      کنترل و نظارت سریع و آسان 

در سیستمهای قدیمی تنظیم زمان ها توسط اپراتور و با حضور در سر چهارراه صورت می گیرد. از آنجا که تغییر زمان چراغها ممکن است در هر لحظه لازم باشد، تنظیم زمان ها توسط افراد زمانبر است. از طرف دیگر در سیستمهای پریتایم که لازم است، برای بیش از 10 بازه در طول روز به دستگاه زمان داده شود، تجربه نشان داده است، که افراد دقت و حوصله کافی برای تنظیم این بازه ها بکار نمی گیرند و غالباً روز را به چهار یا پنج بازه تقسیم می کنند.
در بعضی موارد با مشاهده ترافیک از طریق دوربین های نظارتی لازم است برای یک دوره زمانی، زمان چراغ ها را تغییر دهیم، اینکار تنها با سیستم کنترل مرکزی میسر است.
کاربرد دیگر کنترل و نظارت مرکزی، آزادسازی مسیرهای ماشینهای آتشنشانی است. اپراتور مرکز کنترل با داشتن موقعیت ماشین آتشنشانی و مقصد آن و با کمک دوربین های نظارت تصویری، براحتی می تواند مسیر ماشین آتشنشانی را سبز و در کاهش زمان رسیدن به مقصد کمک کند.
در سیستم کنترل مرکزی یک اپراتور در مرکز کنترل، می تواند دهها چهارراه را تحت کنترل و نظارت داشته باشد، و در کمتر از ثانیه فرمان لازم را به چهارراه ها صادر کند.
سیستمهای نظارت و کنترل مرکزی، امکان مدیریت و نظارت بر عملکرد اپراتورها و اطلاع از وضعیت ترافیک شهری را برای مدیران رده بالاتر فراهم می کند. از طرف دیگر امکان اعمال نظرات و ارزیابی ایده های واحدهای مطالعات و برنامه ریزی ترافیک شهری فراهم می شود.

2-      جمع آوری داده های ترافیکی

سیستهای هوشمند با داشتن سنسورهای تشخیص خودرو، اطلاعات دقیقی از تعداد ماشینهای عبوری از هر لاین، سرعت متوسط ماشین ها در زمان سبز بودن هر فاز، زمان هر فاز و سیکل را در بازه های مختلف به طور شبانه روزی ذخیره و به طور روزانه، ماهانه و سالانه در اختیار واحد مطالعات و برنامه ریزی قرار می دهد. بدیهی است بدون داشتن این داده ها هرگونه مطالعه و برنامه ریزی دقیق میسر نیست. داشتن این داده ها امکان ایجاد یک گراف جریان بار را فراهم می کند، با داشتن گراف جریان بار امکان تصمیم گیری دقیق و علمی در رابطه با مدیریت ترافیک شهری فراهم می شود. انجام هرگونه مطالعه دقیق و علمی بدون داشتن داده های فوق بی معنی است.
از نکات جالب سیستمهای هوشمند امکان یادگیری تقویتی  (Reinforcement learning) است. این سیستمها بر اساس داده های دریافتی و رفتار سیستم، پیشنهاد تنظیمات پارامترهای سیستم هوشمند را به ما می دهند و در صورتیکه اجازه تغییرات را به طور اتوماتیک به سیستم بدهیم، به بهینه سازی خود می پردازند.

3-      کنترل بلادرنگ زمان فازها ( چراغ ها )

مشهودترین ارزش سیستمهای هوشمند کنترل بلادرنگ چراغ ها است. در سیستمهای پریتایم زمان فازها را معمولاً بین 25 ثانیه تا 65 ثانیه با توجه به مسیر اصلی و فرعی، بر اساس تجربه مامورین  انتخاب می کنند و ممکن است روزها و ماهها این زمان را تغییر ندهند. در حالیکه بار ترافیکی هر بازوی چهارراه نه تنها در ساعت های مختلف روز فرق می کند، بلکه در روزهای مختلف، درساعت های یکسان متفاوت است. جالب است بدانیم، که تعداد خودرو عبوری از یک چهارراه در دو سیکل متوالی نیز متغیر است.  برای تخصیص زمان مناسب بهترین روش شمارش خودروها و اندازه گیری سرعت آن ها به طور پیوسته و  تصمیم گیری در مورد زمان سبز است. براستی چرا در زمانیکه ماشینی برای عبور از چهارراه وجود ندارد و یا ماشین ها با تراکم کم ( فاصله زیاد از یکدیگر) از چراغ سبز می گذرند، باید چراغ مسیر را سبز نگهداریم، در حالیکه در طرف دیگر دهها ماشین پشت چراغ قرمز در انتظار هستند.
در سیستمهای هوشمند با تنظیم پارامترهای مختلف مانند حداقل و حداکثر زمان مجاز هر فاز، تنظیم فاصله ماشین ها (Gap) و ضریب اشغال می توان طرح هندسی چهارراه و اهداف ترافیکی خاص را دخالت داد.
از طرف دیگر بکارگیری کنترل کننده های وفقی (Adaptive Controller) به همراه فیلترهای پیش بینی کننده (Predictor Filter)  امکان رسیدن به پاسخ های بهینه را در سیستمهای هوشمند فراهم می کند.

4-     هماهنگی (Coordination)

از دیگر مزایای سیستم های کنترل مرکزی هماهنگی بین چهارراه ها است. برای داشتن یک ترافیک روان و ایجاد موج سبز در چهارراههای مجاور تنها سیستم های کنترل مرکزی قادر به تزویج عملکرد چهارراه ها هستند. در سیستم کنترل هماهنگ یک چهارراه به عنوان مستر انتخاب و چهارراههای مجاور به عنوان اسلیو هستند. در خیابان های یک طرفه بر اساس بار ترافیکی و در خیابان های دو طرفه بر اساس جهت جریان غالب هماهنگ سازی انجام می شود. در این حالت به چهارراه های بالادستی و یا پایین دستی یک زمان آفست مثبت و یا منفی داده می شود. این آفست باعث می شود که سیکل یک چهارراه چند ثانیه زودتر و یا دیرتر نسبت به چهارراه مستر آغاز شود. بدین ترتیب امکان ایجاد موج سبز برای خودروها فراهم می شود.
در سیستم کنترل هماهنگ عملکرد یک چهارراه را بر اساس حجم ترافیک یک چهارراه دیگر، می توان تعیین کرد و در واقع رفتار یک چهارراه را به یک چهارراه دیگر گره زد.

استفاده از سیستمهای هوشمند در شهرهای کوچک کارآیی  خود را به سرعت نشان می دهد، و با اندازه گیری طول صف و زمان تاخیر،  قبل و بعد از نصب کنترلر ارزش این سیستم به سادگی قابل ارزیابی کمی است. اما از آنجا که شهرهای کوچک به مشکل آلودگی و ترافیک بالا دچار نیستند و از طرف دیگر بودجه کمتری دارند، از تلف شدن وقت مردم و هزینه بنزین چشم پوشی می کنند. اما بیایید، هزینه نیروی انسانی و بنزین را در یک چهارراه با ترافیک بسیار پایین به دست آوریم. فرض کنید که در یک چهارراه با تردد 700 ماشین در ساعت، متوسط سرنشین 1/7 با طول سیکل 40+3+30+3 = 76   ثانیه ما فقط  20% در طی 10 ساعت در شبانه روز بهینه سازی کنیم. زمان صرفه جویی شده در ماه به 1500 ساعت و در سال به 18000 ساعت می رسد. ارزش ریالی وقت افراد بر اساس ساعتی 25000 ریال معادل چهارصدو پنجاه میلیون ریال و حجم بنزین تلف شده معادل 105000 لیتر ( چهارصد و بیست میلیون ریال ) می شود. در حالیکه هوشمند سازی یک چهارراه کمتر از دویست میلیون ریال هزینه دارد، که در کمتر از 3 ماه جبران می شود.

نکته جالب اینست، از آنجا که بازه های دستگاههای پریتایم به طور کامل و با دقت پر نمی شود، بهینه سازی کنترلرهای هوشمند،  در بیشتر موارد بیش از 30% است. بررسی مطالعات کشورهای پیشرفته نشان می دهد، آن ها به 2% تا 4% بهینه سازی ترافیک حساس هستند، اما ما در به هدر رفتن بیش از 20% سرمایه ملی خود بی توجه هستیم. در حالیکه کشورهای در حال توسعه باید به مراتب بیشتر از آنها به سرمایه ملی خود توجه داشته باشند.

در شهرهایی که بار ترافیکی چهارراه ها زیاد است، کنترل هوشمند ترافیک ارزش بسیار بالایی دارد. در این شهرها ثانیه ها سرنوشت ساز هستند. پس باید کنترلرها به تغییرات ترافیک به سرعت پاسخ دهند. دو روش کنترل هوشمند مرسوم است.

در روش اول که قدیمی نیز می باشد، کنترل چهارراه بر اساس تکنیک های آماری و داده های چند سیکل و با فرض اینکه تغییرات ترافیک آرام است انجام می شود، پاسخ این سیستمها به تغییرات ترافیک ملایم (کند) است.

در روش دوم کنترل چهارراه براساس مفاهیم کنترل صورت می گیرد. در این حالت چهارراه به عنوان یک سیستم دیده می شود، که بدنبال رسیدن به خروجی مطلوب آن هستیم و با روش های کنترل فازی و یا هوش مصنوعی بر اساس محدودیت های(Constraint)  تعریف شده، بهترین زمان تخصیص داده می شود. مطالعات روی این روش از سال 2000 در پنج دانشگاه آمریکا به درخواست FHWA انجام شده است.

با توجه به بی نظمی ذاتی ترافیک و از آنجا که عوامل انسانی دخالت زیادی در بار ترافیکی یک چهارراه دارد، استفاده از روش دوم توصیه می شود. به گونه ای که روش اول در ساعت های اوج ترافیک ( اشباع چهارراه ) کارآیی چندانی ندارد.