林曉輝，徐建閩，盧 凱，曹成濤LIN Xiao-hui,XU Jian-min,LU Kai,CAO Cheng-tao

（1.廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 計(jì)算機(jī)工程學(xué)院，廣東 廣州 510650；2.華南理工大學(xué)，廣東 廣州 510641）

(1.College of Computer Engineering,Guangdong Communication Polytechnic,Guangzhou 510650,China;2.South China University of Technology,Guangzhou 510641,China)

0 引 言

連升路為虎門鎮(zhèn)第二大交通要道，承擔(dān)了虎門鎮(zhèn)的南北交通。連升路原為雙向六車道，最近對(duì)其進(jìn)行路面改造，將車道擴(kuò)展為雙向八車道，設(shè)計(jì)行車速度為40公里/小時(shí)，屬于城市二級(jí)主干道。連升路北接六號(hào)路交叉口，經(jīng)太寶路、虎門大道、教育路、金龍南路，南至十號(hào)路交叉口，共八個(gè)交叉口，全長約為3153米，如圖1所示。個(gè)別交叉口幾何條件不對(duì)稱或?qū)ο蛄飨蚪煌坎痪猓一㈤T大道——連升路交叉口為兩條主干道相交，車流量特別大，白天信號(hào)周期基本上在120s以上。

改造后，連升路上各個(gè)交叉口的信號(hào)控制方式若仍然采用單點(diǎn)信號(hào)控制方式，勢(shì)必使車輛經(jīng)常遇到紅燈，時(shí)停時(shí)開，造成行車不暢，使環(huán)境污染加重。因此，有必要對(duì)改造后的連升路實(shí)施干道協(xié)調(diào)控制，使連升路上的車輛能夠暢通行駛，從而提高行車速度，縮短行程時(shí)間，提高道路的服務(wù)水平。

干道協(xié)調(diào)控制方法有多種，在對(duì)連升路實(shí)施干道協(xié)調(diào)控制之前，有必要對(duì)多種控制方案進(jìn)行分析、比選，確定最優(yōu)的控制方案，鑒此，本文利用Vissim仿真軟件來分析連升路在分別實(shí)施單點(diǎn)信號(hào)控制、傳統(tǒng)數(shù)解法協(xié)調(diào)控制、各進(jìn)口單獨(dú)放行條件下的干道協(xié)調(diào)控制等三種控制方式下的各種交通信號(hào)控制指標(biāo)，以便確定最優(yōu)的控制方案。

1 Vissim仿真軟件概述

Vissim交通仿真軟件[1-5]是一個(gè)離散的、隨機(jī)的、以0.1s為時(shí)間步長的微觀交通仿真模型。車輛的縱向運(yùn)動(dòng)采用了心理—生理跟車模型，橫向運(yùn)動(dòng) （車道變換）采用了基于規(guī)則 （Rule-based）的算法。駕駛員行為模擬分為保守型和冒險(xiǎn)型，車輛沿用用戶定義的或從Vissim輸人的數(shù)據(jù)移動(dòng)。主要應(yīng)用于城市交通網(wǎng)絡(luò) （特別是交叉口）交通運(yùn)行狀況仿真分析，它不但對(duì)公交車輛的組成及運(yùn)行特點(diǎn)作了特別詳細(xì)的考慮，而且還在交通流組成中考慮了摩托車、自行車及行人等，能較真實(shí)地反映和重現(xiàn)實(shí)際交通狀況，為交通方案的優(yōu)化和評(píng)定提供依據(jù)，具有廣泛的實(shí)用價(jià)值。

2 干道協(xié)調(diào)控制方案

改造前，連升路上除了E交叉口的控制方式為無信號(hào)控制外，其余交叉口的控制方式均為單點(diǎn)信號(hào)控制方式，其中D交叉口的相序?yàn)闁|西左轉(zhuǎn)、東西直行，南進(jìn)口放行，北進(jìn)口放行。其余采用單點(diǎn)信號(hào)控制方式的交叉口的相序均為各進(jìn)口單獨(dú)放行方式，即北進(jìn)口、南進(jìn)口、東進(jìn)口、西進(jìn)口。改造后，對(duì)E交叉口實(shí)施了信號(hào)控制，考慮到D、E交叉口的距離比較近，D交叉口的東進(jìn)口左轉(zhuǎn)車輛、北進(jìn)口直行車輛及西進(jìn)口右轉(zhuǎn)車輛都將匯集到E交叉口的北進(jìn)口上，易在E交叉口的北進(jìn)口上形成較長的排隊(duì)，甚至排隊(duì)排到D交叉口上，因而D、E交叉口應(yīng)該結(jié)合起來控制，保證不在交叉口的北進(jìn)口形成排隊(duì)。A、B、C、D、E交叉口的信號(hào)周期比較接近，因而將連升路分成兩個(gè)控制子區(qū)。本文為每個(gè)控制子區(qū)選取了兩種干道協(xié)調(diào)控制方案：傳統(tǒng)數(shù)解法協(xié)調(diào)控制方案，各進(jìn)口單獨(dú)放行條件下的協(xié)調(diào)控制方案。

2.1 傳統(tǒng)數(shù)解法協(xié)調(diào)控制方案

傳統(tǒng)數(shù)解法[6]適合于采用對(duì)稱流向放行方式的干道交叉口群，因此要將連升路上交叉口 （A、D、E交叉口除外）的信號(hào)相序改為南北直行、南北左轉(zhuǎn)、東進(jìn)口、西進(jìn)口，A交叉口的信號(hào)相序保持不變 （因?yàn)锳交叉口幾何不對(duì)稱，僅適合采用各進(jìn)口單獨(dú)放行方式），D交叉口的信號(hào)相序改為東西左轉(zhuǎn)、東西直行、南北左轉(zhuǎn)、南北直行，E交叉口的信號(hào)相序保持不變。將已知條件匯總得到連升路各交叉口信號(hào)控制情況，如表1所示。

表1 連升路各交叉口信號(hào)控制情況表

根據(jù)表1中的已知條件，由傳統(tǒng)數(shù)解法計(jì)算得到連升路控制子區(qū)的傳統(tǒng)數(shù)解法協(xié)調(diào)控制方案，如表2所示。

表2 連升路控制子區(qū)的傳統(tǒng)數(shù)解法協(xié)調(diào)控制方案表

2.2 各進(jìn)口單獨(dú)放行條件下的協(xié)調(diào)控制方案

各進(jìn)口單獨(dú)放行條件下的協(xié)調(diào)控制方案[7]適用于由于幾何條件不對(duì)稱或?qū)ο蛄飨蚪煌坎痪舛捎酶鬟M(jìn)口單獨(dú)放行的干道交叉口群。文獻(xiàn)[7]對(duì)各進(jìn)口單獨(dú)放行條件下的雙向綠波設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了詳細(xì)論述，該方法首先通過尋找最優(yōu)相位組合，然后采用作圖法，確定相位差，使兩個(gè)單向綠波組合成雙向綠波。下面依據(jù)文獻(xiàn)[7]中各進(jìn)口單獨(dú)放行條件下的雙向綠波設(shè)計(jì)方法，對(duì)連升路進(jìn)行分析。

2.2.1 確定控制子區(qū)1最優(yōu)相位組合及相位差

根據(jù)采集的流量數(shù)據(jù)及車道功能劃分，利用Webster公式，得出控制子區(qū)1中各交叉口信號(hào)周期分別為100s，110s，110s，120s，120s，南北進(jìn)口通行時(shí)間均為30s，通過帶速40km/h，取公用信號(hào)周期為120s，則：

（1）當(dāng)交叉口a放行方式為北進(jìn)口、南進(jìn)口、東進(jìn)口、西進(jìn)口時(shí)，若交叉口b的理想位置為660n+330，其放行方式為南進(jìn)口、北進(jìn)口、東進(jìn)口、西進(jìn)口；若交叉口b的理想位置為660n+660，其放行方式為北進(jìn)口、南進(jìn)口、東進(jìn)口、西進(jìn)口。

（2）當(dāng)交叉口a放行方式為南進(jìn)口、北進(jìn)口、東進(jìn)口、西進(jìn)口，若交叉口b的理想位置為660n+330，其放行方式為北進(jìn)口、南進(jìn)口、東進(jìn)口、西進(jìn)口；若交叉口b的理想位置為660n+660，其放行方式為南進(jìn)口、北進(jìn)口、東進(jìn)口、西進(jìn)口。

以上兩種放行順序的理想位置一致，任選一種即可。取交叉口A放行方式為北進(jìn)口、南進(jìn)口、東進(jìn)口、西進(jìn)口，交叉口A與交叉口B的間距為490m，靠近理想位置330m，在該理想位置處，交叉口B的放行方式為南進(jìn)口、北進(jìn)口、東進(jìn)口、西進(jìn)口；交叉口B與交叉口C的間距為732m，靠近理想位置660m，交叉口C的放行方式為南進(jìn)口、北進(jìn)口、東進(jìn)口、西進(jìn)口；交叉口C與交叉口D的間距為568m，靠近理想位置660m，交叉口D的放行方式為東西左轉(zhuǎn)、東西直行、南進(jìn)口、北進(jìn)口；交叉口E的放行方式為東西通行、南北通行。此時(shí)交叉口A、B、C、D、E確定的相位放行方式即為控制子區(qū)1的最優(yōu)相位組合，如表3所示。

采用作圖法確定其相位差，如圖2所示。

表3 控制子區(qū)1最優(yōu)相位組合表

2.2.2 確定控制子區(qū)2最優(yōu)相位組合及相位差

根據(jù)采集的流量數(shù)據(jù)及車道功能劃分，利用Webster公式，得出控制子區(qū)2中各交叉口信號(hào)周期分別為90s，100s，100s，南北進(jìn)口通行時(shí)間均為30s，通過帶速為40km/h，取共用信號(hào)周期為100s，即：C0=100s,G1=G2=30s,VAB=VBA=11m/s,則：

（1）當(dāng)交叉口a放行方式為北進(jìn)口、南進(jìn)口、東進(jìn)口、西進(jìn)口，若交叉口b的理想位置為550n+330，其放行方式為南進(jìn)口、北進(jìn)口、東進(jìn)口、西進(jìn)口；若交叉口b的理想位置為550n+550，其放行方式為北進(jìn)口、南進(jìn)口、東進(jìn)口、西進(jìn)口。若n取0,1時(shí)，交叉口b的四個(gè)理想位置為330m，550m，880m，1100m。

（2）當(dāng)交叉口a放行方式為南進(jìn)口、北進(jìn)口、東進(jìn)口、西進(jìn)口，若交叉口b的理想位置為550n+220，其放行方式為北進(jìn)口、南進(jìn)口、東進(jìn)口、西進(jìn)口；若交叉口b的理想位置為550n+550，其放行方式為南進(jìn)口、北進(jìn)口、東進(jìn)口、西進(jìn)口。若n取0,1時(shí)，交叉口b的四個(gè)理想位置為220m，550m，770m，1100m。

交叉口F與交叉口G的間距為340m，靠近理想位置330m，可確定，交叉口F的放行方式為北進(jìn)口、南進(jìn)口、東進(jìn)口、西進(jìn)口，交叉口G的放行方式為南進(jìn)口、北進(jìn)口、東進(jìn)口、西進(jìn)口，交叉口G與交叉口H的間距為636m，靠近理想位置550m，因此交叉口H的放行方式為南進(jìn)口、北進(jìn)口、東進(jìn)口、西進(jìn)口。此時(shí)交叉口F、G、H確定的相位放行方式即為控制子區(qū)2的最優(yōu)相位組合，如表4所示。

采用作圖法，確定其相位差如圖3所示。

表4 控制子區(qū)2最優(yōu)相位組合表

3 仿真分析

3.1 仿真建模

用Vissim仿真軟件對(duì)連升路的交通流進(jìn)行仿真所需要的條件包括道路條件和交通條件，其中道路條件包括車道數(shù)、車道寬度、車道長度、縱坡度和縱坡長等；交通條件包括交通組成、交通量、車輛基本性能等情況。

（1）道路條件依據(jù)虎門鎮(zhèn)連升路平面布局圖 （如圖1所示），雙向8車道，車道寬3.25m，其他參數(shù)視具體情況設(shè)置。

（2）交通條件中的交通量依據(jù)線圈實(shí)際采集的交通流數(shù)據(jù)。在連升路上距離各個(gè)交叉口進(jìn)口道停車線約100米處埋設(shè)了檢測(cè)線圈，通過線圈采集交通流數(shù)據(jù)，經(jīng)整理得到2007年6月30日連升路上各個(gè)交叉口的晚高峰小時(shí)流量。

（3）車輛的幾何尺寸選用Vissim軟件中2D或3D模型中的類似車型尺寸和速度根據(jù)連升路具體情況設(shè)置，如表5所示。依據(jù)虎門鎮(zhèn)連升路平面布局圖 （如圖1所示）在Vissim交通仿真軟件中建立仿真路網(wǎng)，依據(jù)表5中的車輛特性設(shè)置模型中車輛的特性，并將表相關(guān)交通流量數(shù)據(jù)輸入到該模型中，最后得到連升路交通仿真模型，如圖4所示。

表5 車輛特性參數(shù)設(shè)置表

圖4 連升路仿真模型圖

3.2 仿真結(jié)果分析

對(duì)該干道仿真模型分別采用單點(diǎn)控制、傳統(tǒng)數(shù)解法協(xié)調(diào)控制、各進(jìn)口單獨(dú)放行條件下的協(xié)調(diào)控制等信號(hào)控制方案，通過模擬仿真，得出各種信號(hào)控制方案的各種交通信號(hào)控制指標(biāo)，經(jīng)整理得出連升路的仿真結(jié)果，如表6所示。

表6 連升路總體運(yùn)行效果對(duì)比表

仿真結(jié)果表明：各進(jìn)口單獨(dú)放行條件下的協(xié)調(diào)控制方案優(yōu)于傳統(tǒng)數(shù)解法協(xié)調(diào)控制方案，能夠有效地協(xié)調(diào)干道交叉口群，使車輛在各個(gè)交叉口上的延誤時(shí)間大大地降低，提高通行效率。現(xiàn)已對(duì)虎門鎮(zhèn)連升路實(shí)施了各進(jìn)口單獨(dú)放行條件下的綠波協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果表明連升路上車隊(duì)通過8個(gè)交叉口，遇到6次綠燈，僅需停車1次，有效地提高了交叉口的通行能力，減少了交叉口延誤，改善了交叉口服務(wù)水平。

4 結(jié)束語

通過運(yùn)用微觀交通仿真軟件Vissim來分析東莞市虎門鎮(zhèn)連升路在分別采用單點(diǎn)控制、傳統(tǒng)數(shù)解法協(xié)調(diào)控制、各進(jìn)口單獨(dú)放行條件下的協(xié)調(diào)控制等信號(hào)控制下的各種交通信號(hào)控制指標(biāo)，仿真結(jié)果表明，與傳統(tǒng)數(shù)解法協(xié)調(diào)控制相比，各進(jìn)口單獨(dú)放行條件下的協(xié)調(diào)控制適用于由于幾何條件不對(duì)稱、對(duì)向流向交通量不均衡而采用各進(jìn)口單獨(dú)放行的干道交叉口群，能大大地降低車輛在各個(gè)交叉口的延誤時(shí)間，提高了通行效率，改善了交叉口服務(wù)水平。

[1]楊兆升，王爽.基于Vissim仿真軟件的交通信號(hào)配時(shí)研究[J].交通與計(jì)算機(jī)，2005,23(1)：7-11.

[2]劉麗莎，王亞.基于Vissim的交通微觀仿真討論[J].交通科技，2006(1)：79-81.

[3]鄧潤飛，李冬梅.基于Vissim仿真軟件的交通組織方案研究[J].現(xiàn)代交通科技，2006(3)：61-63.

[4]楊兆升，王爽.Vissim在交叉口交通設(shè)計(jì)與運(yùn)行分析中的應(yīng)用[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)：交通科學(xué)與工程版，2004,28(2)232-235.

[5]秦雅琴，熊堅(jiān).基于VISSIM仿真系統(tǒng)的城市路網(wǎng)評(píng)價(jià)——以昆明城市路網(wǎng)整治為例[J].昆明理工大學(xué)學(xué)報(bào)：理工版，2006,31(6)：87-89.

[6]楊佩昆，吳兵.交通管理與控制[M].2版.北京：人民交通出版社，2003：89-121.

[7]林曉輝，徐建閩，盧凱.各進(jìn)口單獨(dú)放行條件下的雙向綠波設(shè)計(jì)方法研究[J].交通與計(jì)算機(jī)，2007,25(5)：8-12.