鄧志和，李德慧，林 科

(1.廣州優(yōu)控信息科技有限公司，廣州 511400;2.北京理工大學(xué)珠海學(xué)院，珠海 519085)

1 概論

在我國各大城市，城市的交通壓力日益凸顯，交通擁堵現(xiàn)象更是在“北上廣”等一線大城市尤為突出.為了緩解城市交通擁堵等問題，從20世紀(jì)60年代以來發(fā)達(dá)國家就開始進行交通信號控制的研究，而在我國先后有北京、上海、廣州等城市開始進行干線交通信號協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的研究和試驗，并開始使用車輛檢測器和感應(yīng)式交通信號控制機，取得了很大的成效.

1.1 各種信號控制方式優(yōu)缺點

定時式控制方式具有工作穩(wěn)定可靠，便于與相鄰交叉口的交通信號進行協(xié)調(diào)，但難以適應(yīng)交通需求的變化;感應(yīng)式控制方式對車輛隨即到達(dá)以及交通需求變化較大的情況適應(yīng)性較強，但是協(xié)調(diào)性差，設(shè)施成本高;自適應(yīng)控制方式具有較強的實時性和獨立性，但控制策略比較復(fù)雜，且需要配套相應(yīng)的檢測裝置.

1.2 梅華西路交通現(xiàn)狀

梅華西路是位于香洲區(qū)的東西走向主干道，研究路段東連梅華西路－紅山路交叉口，西接梅華西路－明珠北路交叉口，路段周圍有市體育中心、政府機關(guān)單位和多個住宅小區(qū).隨著城市發(fā)展，梅華西路交通壓力凸顯，東西方向交通流量較大，晚高峰交通擁堵現(xiàn)象越來越嚴(yán)重，鳳凰山隧道開通后，高峰期西往東方向的車流量明顯加大.而進行信號協(xié)調(diào)控制是提高現(xiàn)有道路通行能力和緩解交通擁堵等問題最有效的方法之一.本文將采用信號協(xié)調(diào)控制的方法提高現(xiàn)有道路通行能力，緩解交通擁堵.

2 梅華西路的交通現(xiàn)狀分析

2.1 梅華西路道路現(xiàn)狀

珠海市梅華西路是主城區(qū)的主干道，全長約4.0 km，路段基本為雙向6車道，交叉口進口道拓寬車道4～6個車道，共有4個信號控制交叉口，各個交叉渠化如圖1所示.

圖1 梅華西路各個交叉渠化現(xiàn)狀

2.2 梅華西路交通量現(xiàn)狀

梅華西路各交叉口流量流向以東西方向車流量為主，西進口的車流量變化不大;南北方向車流量相對較小.鳳凰山隧道開通后，使西往東方向高峰期車流量明顯增大，另外梅華西路－健民路交叉口的總交通流量最大.隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，城市化進程也逐漸加快，梅華西路的交通量仍有很大的增長趨勢.

圖2 梅華西路各交叉口高峰小時交通量

2.3 梅華西路信號協(xié)調(diào)控制現(xiàn)狀

通過對現(xiàn)狀信號配時分析，梅華西路信號協(xié)調(diào)控制只做了東往西方向的單向協(xié)調(diào)控制，帶速33.4 km/h，帶寬39 s，如圖3所示，協(xié)調(diào)效果有進一步優(yōu)化的空間.

圖3 梅華西路信號協(xié)調(diào)控制現(xiàn)狀

3 梅華西路交叉口信號協(xié)調(diào)控制方案

本文采用雙向信號協(xié)調(diào)控制.雙向信號協(xié)調(diào)控制，當(dāng)各交叉口的間距相等時，比較容易實現(xiàn)，當(dāng)信號交叉口間車輛行駛時間正好是線控系統(tǒng)周期時長一半的整數(shù)倍時，協(xié)調(diào)效果更加理想.交叉口間距不相等時，信號協(xié)調(diào)控制就較難實現(xiàn)，需要采取折中的方法調(diào)整信號協(xié)調(diào)方案［1］.

3.1 梅華西路交叉口配時方案對比

通過韋伯斯特配時方法計算得到交叉口信號配時方案，考慮梅華西路的高峰小時交通流量等交通情況并參考廣州市交通信號控制優(yōu)化技術(shù)經(jīng)驗，選定梅華西路－健民路交叉口為關(guān)鍵交叉口，公共周期時長為180 s，最小綠燈時長為20 s.此外，為了得到更好的信號協(xié)調(diào)效果，重新設(shè)計了梅華西路－健民路交叉口的相位方案.

表1 梅華西路交叉口配時方案對比

3.2 圖解法和數(shù)解法求時差方案

確定協(xié)調(diào)線控制系統(tǒng)相鄰信號間的時差，有圖解法和數(shù)解法2種比較實用的方法，在條件允許的情況下，還可以通過結(jié)合2種方法對信號協(xié)調(diào)控制進行調(diào)整.

3.2.1 圖解法

在時間－距離圖上調(diào)整協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的時差，同時調(diào)整確定通過帶速度.圖解法最后得到帶速約為42.0 km/h，帶寬24 s，周期時長180 s的13.3%，如圖4所示.

圖4 梅華西路信號協(xié)調(diào)控制設(shè)計方案(圖解法)

3.2.2 數(shù)解法

設(shè)梅華西路東往西方向4個交叉口分別為:A、B、C、D，A、B 交叉口之間距離為875 m，B、C 為 774 m，C、D 為615 m，取有效數(shù)字簡寫為87.5、77.4 和61.5.算得關(guān)鍵交叉口的周期時長為180 s，各交叉口的綠信比經(jīng)計算列于表3第4行，相應(yīng)的系統(tǒng)帶速暫定為v=11.7 m/s(42 km/h).

1)計算a列

先計算v·c/2=11.7×180/2=1 053(取有效數(shù)字105.3)，以105.3±10作為調(diào)整，下同為最適當(dāng)?shù)膙·c/2的變動范圍，即95.3～115.3，將此范圍填入表2的a列內(nèi).

若距離理想信號偏大(大于105.3)，則減去一個理想信號的距離.

2)計算a行各列

第1行，a=95.3時，AB交叉口實際間距為87.5，由于交叉口間距小于理想信號間距，則將87.5填入AB之間的一列內(nèi).

BC原間距為77.4，則87.5+77.4－95.3=69.6，將69.6填入BC之間的一列內(nèi).

其他數(shù)據(jù)以此類推，數(shù)據(jù)見表2.

3)計算b列

以a=95.3為例，將實際信號位置與理想信號位置的挪移量按順序排列(從小到大)，計算各相鄰挪移量之差，將此差值之最大者記入b.

a=95.3一行的b值為35.8

4)確定最合適的理想信號位置

由表2可知，當(dāng)a=113.3時，b=51.6為最大值，即取vC/2=1 133 m時，可以得到最好的系統(tǒng)協(xié)調(diào)效率.由表2最后一列可得A～C同理想信號的挪移量最大，則理想信號同F(xiàn)間的挪移量為:

也即各實際信號距理想信號的挪移量最大為61.7.

表2 梅華西路交叉口配時方案對比

理想信號距A為617 m，即A前移617 m為第一理想信號，然后依次每1 133 m間距將各理想信號列在各實際信號前.

5)作連續(xù)行駛通過帶

圖5 連續(xù)行駛通過帶

6)時差

把各交叉口信號配時計算所得的主干道綠信比列入表3的第4行.因?qū)嶋H信號與理想信號位置不一致所造成的綠時損失，以其位置挪移量除以理想信號的間距表示，如A交叉口的綠燈損失時間為617/1 133=54.5%，并列入表3的第5行.

各交叉口的計算綠信比減去其綠燈損失即為各交叉口的有效綠信比，列入表3第6行.交叉口A、C、D的時差為100% －0.5λ%，交叉口B的時差為50% －0.5λ%.計算時差并填入表3最后一行.

表3 計算綠時差

如保持原定周期時長則系統(tǒng)帶速應(yīng)調(diào)整為:

通行帶和計算最后得到帶速約為45 km/h，帶寬38 s，周期時長180 s的21.1%，如圖6所示.

在實施線控配時方案之前，應(yīng)該到現(xiàn)場調(diào)試方案的效果;在實施之后還應(yīng)進一步實地驗證，通過調(diào)查車輛平均延誤、平均車速和排隊長度等評價指標(biāo)，對信號協(xié)調(diào)控制效果進行評價分析.如果協(xié)調(diào)效果不夠理想，要根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查的各項交通數(shù)據(jù)(即平均車速、干道與支路上的交通流量與流向等)重新計算配時方案，及時調(diào)整配時設(shè)計［1］.

圖6 梅華西路信號協(xié)調(diào)控制設(shè)計方案(數(shù)解法)

4 Paramics仿真信號協(xié)調(diào)控制方案對比分析

4.1 仿真評價思路

根據(jù)前期對梅華西路現(xiàn)狀的調(diào)查，結(jié)合Paramics微觀交通仿真軟件對梅華西路進行模擬仿真分析實際道路交通的情況，仿真評價思路設(shè)計見圖7.

4.2 建立仿真模型

根據(jù)梅華西路道路基礎(chǔ)信息和各交叉口協(xié)調(diào)控制設(shè)計方案數(shù)據(jù)，對梅華西路信號協(xié)調(diào)控制進行模擬仿真.

圖7 仿真評價思路設(shè)計圖

用圖解法和數(shù)解法2種方法求得協(xié)調(diào)線控制系統(tǒng)相鄰信號間的時差，以梅華西路－健民路交叉口為關(guān)鍵交叉口，則該交叉口的絕對時差為0 s.

4.3 建立仿真評價指標(biāo)

通過對信號協(xié)調(diào)控制備用方案進行多次的模擬仿真，整體分析仿真所得數(shù)據(jù)，從中獲取的車輛平均延誤、平均排隊時間和平均速度3項數(shù)據(jù)，作為仿真效果對比評價的主要指標(biāo).

表4 時差備用方案 s

4.4 方案仿真評價與對比分析

在進行多次信號控制備用方案仿真的過程中，通過調(diào)整交叉口相位配時、相位差等參數(shù)得到相對最優(yōu)的信號協(xié)調(diào)控制設(shè)計方案.根據(jù)設(shè)計方案仿真結(jié)果顯示，各評價指標(biāo)都比現(xiàn)狀的仿真效果要好.

4.4.1 車道平均延誤

在路段平均延誤方面，設(shè)計方案仿真總的平均延誤1 423.3 s，比現(xiàn)狀仿真1 486.3 s減少了4.2%，其中東往西方向設(shè)計方案仿真平均延誤222.9 s，比現(xiàn)狀仿真237 s減少了5.9%，西往東方向設(shè)計方案仿真平均延誤283.7 s，比現(xiàn)狀仿真346.3 s減少了18.1%，主要原因是調(diào)整了主干道協(xié)調(diào)方向的相位配時和相位差，從而減少了車輛平均延誤時間.

表5 梅華西路線控方案平均延誤對比 s

4.4.2 車輛排隊時間

在路段平均排隊時間方面，設(shè)計方案仿真總的平均排隊時間302.7 s，與現(xiàn)狀仿真302 s基本相等，東西協(xié)調(diào)方向的平均排隊時間同樣也差不多，說明通過調(diào)整交叉口相位差和相位配時，使主干道協(xié)調(diào)方向的排隊均衡，利于雙向信號協(xié)調(diào)控制.

表6 平均排隊時間對比 s

4.4.3 車道平均速度

在路段平均車速方面，設(shè)計方案都比現(xiàn)狀要稍有提高，東往西方向仿真速度為38.5 km/h與現(xiàn)狀仿真速度38.9 km/h差不多，西往東方向仿真速度為34.6 km/h，比現(xiàn)狀仿真 32.6 km/h提高了6.1%，主要原因是調(diào)整了交叉口的相位順序，使得西往東方向協(xié)調(diào)的帶寬增大，從而提高了路段的平均車速.

4.4.4 仿真結(jié)果評價

總體來說，通過改進信號配時方案、調(diào)整相位差、仿真模型設(shè)計等方法，信號協(xié)調(diào)控制設(shè)計方案在仿真分析中得到較好的效果，使交叉口平均延誤、平均排隊時間和平均速度等各項指標(biāo)都優(yōu)于現(xiàn)狀控制方案.

表7 梅華西路線控方案仿真結(jié)果對比

圖8 梅華西路線控仿真設(shè)計方案圖

5 總結(jié)

本文基于研究的內(nèi)容，對梅華西路協(xié)調(diào)控制路段展開交通調(diào)查與分析，并分析梅華西路交通現(xiàn)狀和各個交叉口現(xiàn)狀配時方案，計算出信號配時設(shè)計方案進行比較，探討交叉口信號控制的問題.其中技術(shù)難點在于信號協(xié)調(diào)控制方案設(shè)計時交叉口絕對相位差的設(shè)計調(diào)整.在此基礎(chǔ)上提出信號協(xié)調(diào)控制設(shè)計方案，經(jīng)過對梅華西路基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的分析后，建立評價體系和微觀交通仿真模型，最后通過Paramics進行微觀交通仿真，將設(shè)計方案仿真效果與現(xiàn)狀協(xié)調(diào)控制方案進行對比分析.結(jié)果表明本文提出的信號協(xié)調(diào)控制設(shè)計方案的優(yōu)化效果明顯優(yōu)于現(xiàn)狀的協(xié)調(diào)控制方案.

［1］吳兵，李曄.交通管理與控制.第4版［M］.北京:人民交通出版社，2009

［2］樹愛兵，苑雷.趙永進城市交通信號干線協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)研究［J］.中國交通信息產(chǎn)業(yè)，2009(1):124-127.

［3］吳小丹，余志，何兆成.基于微觀交通仿真的信號交叉口優(yōu)化方案的評價［J］.公路交通科技:應(yīng)用技術(shù)版，2007(6):175-178.

［4］劉燦齊.城市道路網(wǎng)絡(luò)交通信號協(xié)調(diào)控制的優(yōu)化［J］.同濟大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2004，32(8):1001-1004.

［5］張晶晶.單條主干道信號協(xié)調(diào)方案［J］.科技情報開發(fā)與經(jīng)濟，2009，19(7):96-98.