劉樂敏 胡小平 籍永強(qiáng) 曹 凱 李 雷

（北方工業(yè)大學(xué)智能交通控制研究所 北京 100144）

0 引 言

城市道路交通控制方法中，干線協(xié)調(diào)控制（也稱綠波控制）作為區(qū)域協(xié)調(diào)控制的一種，其配時(shí)方法較為簡便，因此在城市交通信號控制實(shí)踐中得到廣泛應(yīng)用.從1917年世界第一個(gè)交通線控制系統(tǒng)在美國出現(xiàn)至今，城市干線協(xié)調(diào)控制作為緩解城市交通擁堵的重要手段之一，一直是各國學(xué)者工程師研究的焦點(diǎn).

公交車進(jìn)站停靠造成的瓶頸效應(yīng)對通行能力的影響，國內(nèi)外的相關(guān)學(xué)者也作了大量研究.A.B.Larry和A.T.Mark 對于無公交專用道的非港灣式停靠站的通行能力進(jìn)行了研究［1］.哈爾濱工業(yè)大學(xué)的裴玉龍分析了次干路上的公交?？空緦o信號交叉口通行能力的影響，并根據(jù)上下游停靠站對無信號交叉口通行能力的影響分別建立了理論模型，指出當(dāng)?？空咎帥]有公交車?？繒r(shí)，?？空緦β范瓮ㄐ心芰Φ挠绊懣梢哉J(rèn)為是不存在的［2］.

實(shí)際交通環(huán)境下，執(zhí)行綠波帶控制的路口間往往建有公交?？空?，進(jìn)出車站的公交車輛不斷地從車流中分流、?？?、合流，對周圍其他車輛產(chǎn)生了很大的影響.在制定或執(zhí)行綠波帶控制配時(shí)時(shí)，如果不考慮公交?？繉β范谓煌鬟\(yùn)行的影響，所制定的配時(shí)策略會與實(shí)際所需要的情形產(chǎn)生較大差異，必定會影響控制效果.因此，研究公交車輛停靠對基本路段（基本路段是指不受交叉口和進(jìn)出口等因素影響的道路路段）通行能力的影響，并從理論上定性及定量的分析公交?？科款i影響下的綠波控制策略改進(jìn)方法，對于提高城市交通信號控制效果，進(jìn)而緩解城市交通擁堵，具有重要意義.

1 公交?？科款i對綠波控制的影響分析

1.1 理論依據(jù)

集散波理論是指以車流波動理論為基礎(chǔ)，用于描述由于車輛的集聚和消散形成的車流波現(xiàn)象的方法.在路網(wǎng)中行駛的車輛，行進(jìn)到交叉口處遇到紅燈后，陸續(xù)停車排隊(duì)而集結(jié)成高密度的隊(duì)列，綠燈開啟后，排隊(duì)車輛陸續(xù)啟動而疏散成一列具有適當(dāng)密度的車流［3］.此時(shí)，在2種不同密度的車流分界面形成一種傳播的車流波，稱為集散波，文獻(xiàn)［3］中已經(jīng)證明了將交通流波動理論應(yīng)用于交通分析中的合理性.因此，本文采用集散波理論分析公交?？科款i對綠波控制的影響.

1.2 基于集散波理論的公交?？科款i對綠波控制的影響分析

N2部分是利用集散波原理繪制的與N1部分對應(yīng)“距離－時(shí)間”圖.在分析過程中假設(shè)各種車輛在相同的道路流量內(nèi)是以同一個(gè)速度勻速行駛的，即行駛車輛均為均勻車流［5－6］.

1）當(dāng)T1≥R1＋R2＋TS時(shí)

各變量關(guān)系見圖1a），從圖中不難得出

圖1 用集散波分析道路交通圖

當(dāng)車輛進(jìn)入研究路段的時(shí)刻ta＜tH時(shí)，最大綠波帶寬度為

當(dāng)ta≥tH時(shí)，最大綠波帶寬度為

2）當(dāng)T1＜R1＋R2＋TS時(shí)

各變量關(guān)系如圖1b），可得

同理可知產(chǎn)生的相位差為

對應(yīng)最大綠波帶寬度

當(dāng)ta＜tH時(shí)，為

在實(shí)際應(yīng)用中，可以通過調(diào)查道路的實(shí)際情況，忽略一些與測量不相關(guān)的因素.測得數(shù)據(jù)后，首先要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得到有用數(shù)據(jù)，再將其代入上式即可求得相位差和實(shí)際的最大綠波寬度，最后根據(jù)計(jì)算結(jié)果調(diào)整上下游交叉口信號燈的相位差以實(shí)現(xiàn)該路段最大的通行效率.

2 交通調(diào)查與分析

實(shí)例調(diào)查分別選取北京市石景山區(qū)魯谷路上永樂西小區(qū)公交站路段以及八角西街上八角西街公交站路段作為研究對象.

2.1 魯谷路

魯谷路為東西方向各2車道，進(jìn)、出口機(jī)動車道之間以及非機(jī)動車道與機(jī)動車道之間均由隔離帶隔離，且車流量均以東西向?yàn)橹?該路段公交站無公交車進(jìn)站港灣，每次可容1輛公交車?？?，公交車進(jìn)站停靠時(shí)，占據(jù)2條機(jī)動車道中的1條，易形成道路瓶頸，較適合作為研究對象.

調(diào)查選取東向西方向行駛的道路，時(shí)間為晚高峰17：25～18：55.期間共有105 輛公交車進(jìn)站.

通過對調(diào)查數(shù)據(jù)的分析，魯谷路車輛集散原理圖見圖2.

圖2 魯谷路車輛集散原理圖

將以上數(shù)據(jù)代入相應(yīng)公式可得：在無公交停靠瓶頸和有公交?？科款i2種情況下，相位差前后變化為Tab＝5.09s；路段現(xiàn)狀有公交?？科款i時(shí)的最大綠波帶寬度為Tmax＝47.64s.

該路段兩端信號燈的周期均為105s，其中協(xié)調(diào)相位紅燈時(shí)間為50s，協(xié)調(diào)相位綠燈時(shí)間為50s，黃燈時(shí)間為5s.未進(jìn)行相位調(diào)整前道路兩端信號燈的相位差為45.24s，綠波帶寬為47.64s.根據(jù)計(jì)算結(jié)果對相位進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整后道路兩端信號燈的相位差為50.33s，綠波帶寬為50s.因此，可以看出信號燈的配時(shí)在考慮公交停靠瓶頸時(shí)綠波帶寬有所增加，但是在此路段綠波帶寬的改善并不是很明顯.

2.2 八角西街

八角西街南北方向各1條機(jī)動車道，晚高峰時(shí)段車流量以南北向?yàn)橹?該路段公交站無公交車進(jìn)站港灣，每次可容1輛公交車停靠，公交車進(jìn)站停靠時(shí)，占據(jù)全部非機(jī)動車道及機(jī)動車道的1／3，只允許同向車輛勉強(qiáng)通過，極易形成道路瓶頸，適合作為研究對象分析.

調(diào)查時(shí)間為晚高峰17：55～18：55，期間一共有54輛公交車進(jìn)站?？?

實(shí)際調(diào)查可得，Q1＝576 輛／h，v1＝34.96 km／h，R1＝20.6s，l3＝200 m，S1＝432輛／h，v2＝12.74km／h，l2＝15.37m，R2＝23.94s，S2＝648輛／h，v3＝23.87km／h，l1＝112.2m.對應(yīng)八角西街的車輛集散原理圖見圖3.將以上數(shù)據(jù)代入相應(yīng)公式可得Tab＝14s，Tmax＝35s.

圖3 八角西街車輛集散原理圖

該路段兩端信號燈的周期均為112s，其中協(xié)調(diào)相位紅燈時(shí)間為49s，協(xié)調(diào)相位綠燈時(shí)間為60 s，黃燈時(shí)間為3s.未進(jìn)行相位調(diào)整前道路兩端信號燈的相位差為33.74s，綠波帶寬為46s.調(diào)整后道路兩端信號燈的相位差為47.74s，綠波帶寬度為60s，即綠燈時(shí)間內(nèi)車輛通過數(shù)目增加了.因此，在此路段信號燈的配時(shí)考慮公交?？科款i時(shí)綠波帶寬得到了明顯的改善.

3 在線仿真

采用VISSIM4.3進(jìn)行建模，在交通調(diào)查數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，再結(jié)合上述計(jì)算結(jié)果，分別就考慮公交瓶頸影響的綠波配時(shí)與在現(xiàn)有（不考慮瓶頸影響下）的綠波配時(shí)兩種情況，模擬魯谷路和八角西街道路通行情況.選取流量、排隊(duì)長度、延誤、旅行時(shí)間等指標(biāo)輸出，用于校核和評價(jià).

以魯谷路為例，仿真過程中模擬道路上下游環(huán)境，根據(jù)實(shí)際的調(diào)查數(shù)據(jù)將道路長度設(shè)置為603 m，車流輸入設(shè)置為894輛／h，研究路段上下游路口的信號燈配時(shí)設(shè)置為：紅燈50s，黃燈5s，綠燈50s，相位差為45s（小數(shù)位不作考慮）.將仿真效果與道路的實(shí)際情況進(jìn)行對照檢驗(yàn)：本次選取機(jī)動車流量（分流向）進(jìn)行對照檢驗(yàn)，設(shè)定流量檢測器檢測時(shí)間為900～4500s，統(tǒng)計(jì)間隔為3600s，前900s為“預(yù)熱時(shí)間”，仿真對照結(jié)果見表1.

流量整體誤差為6.49%，符合誤差精度要求.

在現(xiàn)狀仿真中記錄相應(yīng)的指標(biāo)輸出，然后改變上下游路口的相位差為50s，觀察仿真效果并再次記錄相關(guān)指標(biāo)輸出.仿真效果圖見圖4.

圖5為魯谷路晚高峰調(diào)整前與調(diào)整后仿真結(jié)果對比，圖6為八角西街晚高峰調(diào)整前與調(diào)整后仿真結(jié)果對比.

圖5 魯谷路晚高峰調(diào)整前后仿真結(jié)果對比

圖6 八角西街晚高峰調(diào)整前后仿真結(jié)果對比

通過仿真結(jié)果可知，調(diào)整后的指標(biāo)較調(diào)整前均有明顯的降低.

4 結(jié)束語

利用集散波理論分析了公交車進(jìn)站停靠產(chǎn)生的瓶頸效應(yīng)對最大綠波帶寬度的影響，得出了無公交車?？坑绊懞陀泄卉囃？坑绊憙煞N情況下的相位差及最大綠波帶寬的計(jì)算方法.通過對北京市石景山區(qū)道路的實(shí)地調(diào)查，得到相關(guān)的交通數(shù)據(jù)，經(jīng)過分析整理后運(yùn)用VISSIM 仿真軟件進(jìn)行仿真，驗(yàn)證了文中結(jié)論的可行性.

這里還需要指出的一點(diǎn)是，在對實(shí)際交通狀況調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)公交車造成的瓶頸在第一個(gè)路段沒有完全消散，而是延續(xù)到下個(gè)路口時(shí)，公交車?？吭斐傻慕煌〒矶乱呀?jīng)不能夠簡單地通過對綠波協(xié)調(diào)控制的調(diào)整來緩解.這時(shí)就需要考慮該路段公交車站的設(shè)置是否合理，如公交車車站設(shè)置是否過于接近下游路口，是否應(yīng)該考慮設(shè)置公交車停靠港灣等，在必要的情況下就需要對公交車站的布局進(jìn)行合理調(diào)整.

另外，在后續(xù)的研究中，如果能將本課題的方法與控制系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)時(shí)采集交通數(shù)據(jù)對綠波控制進(jìn)行配時(shí)，將會得到更好的控制效果.這些問題都需要我們做進(jìn)一步的研究.

［1］MARK A T，LARRY A B.The effects of network structure on reliability of transit service［J］.Transportation Research Part B：Methodological，1980，14（1）：79－86.

［2］裴玉龍，伍拾煤.公交?？空緦o信號交叉口通行能力的影響分析［J］.哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，46（11）：1523－1526.

［3］薛振清.城市交通誘導(dǎo)策略優(yōu)化研究［D］.西安：長安大學(xué)，2009.

［4］郭冠英，鄒智軍.道路阻塞時(shí)的車輛排隊(duì)長度計(jì)算法［J］.中國公路學(xué)報(bào)，1998，11（3）：92－96.

［5］郭冠英.用集散波法計(jì)算道路交通擁塞長度［J］.上海公路，1997（2）：39－41.

［6］陳 丹，高孝洪.城市區(qū)域交通信號智能控制及其微觀仿真研究［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)：交通科學(xué)與工程版，2009，33（6）：1151－1154.