劉宜恩，劉易家，尹世德，許倫輝

（華南理工大學(xué) 土木與交通學(xué)院，廣州 510000）

交叉口信號配時(shí)是交通路網(wǎng)擁堵解決方案的一個(gè)重要手段，良好的配時(shí)方案不僅有助于緩解交通擁堵，提高通行能力[1]，同時(shí)可以提升城市的整體形象。信號的優(yōu)化配時(shí)是交叉口不斷提升通行能力的一個(gè)重要手段，基于信號優(yōu)化配時(shí)的評價(jià)也正逐漸成為交叉口優(yōu)化的一個(gè)不可或缺的組成。

基于Vissim的仿真軟件對交叉口信號配時(shí)優(yōu)化前后的交通狀況作出準(zhǔn)確的評價(jià)，從而就優(yōu)化方案的效果作出客觀的評判，得出優(yōu)化方案的優(yōu)劣[2]。文中以廣州市天河區(qū)天河北路與體育西路的交叉口為例進(jìn)行評價(jià)。

1 道路及車流量設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

1.1 交叉口環(huán)境及周邊狀況

研究節(jié)點(diǎn)為廣州市天河區(qū)天河北路與體育西路交叉口，為普通T形交叉口。天河北路為東西走向的城市主干道，西起廣州大道中，往東至五山路，全長約3.2 km，所研究交叉口位于其東往西700 m處；體育西路是一條南北向的城市次干道，北起天河北路，南至黃埔大道西，全長1600 m。2條道路橫跨整個(gè)天河區(qū)，成為天河CBD與外界連接的重要交通命脈，人流量、車流量巨大。項(xiàng)目所研究的交叉口及附近道路所在位置如圖1所示。

圖1 項(xiàng)目研究交叉口的位置Fig.1 Project study intersection location

天河北路與體育西路交叉口附近用地情況復(fù)雜，包含商業(yè)金融用地、體育用地、居住用地和教育科研用地，人流密集，且臨近地鐵站口。其用地情況如圖2所示。

圖2 交叉口附近用地情況Fig.2 Land use in the vicinity of intersections

1.2 交叉口節(jié)點(diǎn)范圍道路現(xiàn)狀

交叉口主干道為雙向8車道，進(jìn)口道拓寬1條車道共5條車道，出口道收窄1條車道共3條車道；次干道為雙向6車道，進(jìn)口道、出口道皆為3條，進(jìn)口道有右轉(zhuǎn)專用道，受單獨(dú)信號燈控制，出口道有2條主路和1條輔路。設(shè)計(jì)簡圖如圖3所示，道路主要橫截面的幾何結(jié)構(gòu)如圖4所示。

1.3 交叉口車流量現(xiàn)狀

根據(jù)道路設(shè)計(jì)規(guī)范，在為設(shè)計(jì)交叉口的信號配時(shí)方案時(shí)，大客車直行、右轉(zhuǎn)、左轉(zhuǎn)的折算系數(shù)分別為1.67，1.82和2.67，其中標(biāo)準(zhǔn)車=小客車+大客車×折算系數(shù)，其統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。表中流量單位為pcu/h，即交通流量每小時(shí)。

圖3 交叉口設(shè)計(jì)簡圖Fig.3 Intersection design sketch

圖4 道路橫截面幾何結(jié)構(gòu)Fig.4 Road cross-section geometry structure

表1 交叉口車流量的統(tǒng)計(jì)結(jié)果Tab.1 Statistical results of traffic flow at intersection

體育西路與天河北路交叉口為丁字形交叉口。天河北路東進(jìn)口的車流分為直行、左轉(zhuǎn)和掉頭車流，體育西路南進(jìn)口為右轉(zhuǎn)、左轉(zhuǎn)與掉頭車流，天河北路西進(jìn)口車流分為右轉(zhuǎn)、直行和掉頭車流，共9股車流，如圖5所示。

圖5 交叉口各股車流Fig.5 Intersection traffic flow

對機(jī)動(dòng)車通行權(quán)設(shè)置三相位信號控制，機(jī)動(dòng)車、行人相位控制方案如圖6所示。

圖6 三相位信號控制方案Fig.6 Three-phase signal control scheme

第1相位為東西方向車流直行和西進(jìn)口右轉(zhuǎn)車流通行，東西方向車流通行時(shí)長為65 s，西進(jìn)口右轉(zhuǎn)車流通行時(shí)長為37 s，之后行人可以在南進(jìn)口東西方向通行；第2相位為東進(jìn)口左轉(zhuǎn) （含掉頭）車流、南進(jìn)口右轉(zhuǎn)車流和西進(jìn)口掉頭車流通行，行人在西進(jìn)口南北方向通行，通行時(shí)長為55 s；第3相位為西進(jìn)口右轉(zhuǎn)車流、南進(jìn)口左轉(zhuǎn)（含掉頭）車流通行，行人在東進(jìn)口南北方向通行，通行時(shí)長為30 s。

經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)研，發(fā)現(xiàn)交叉口為固定配時(shí)，信號配時(shí)見表2，信號相位時(shí)序圖如圖7所示。

1.4 現(xiàn)狀Vissim仿真結(jié)果

根據(jù)以上道路設(shè)計(jì)、現(xiàn)狀車流量及信號配時(shí)，進(jìn)行Vissim仿真。仿真時(shí)長5 min，現(xiàn)狀仿真評價(jià)結(jié)果如圖8所示。圖中的中英文對照如下[3-4]：

表2 交叉口固定信號配時(shí)Tab.2 Fixed signal timing at intersections

圖7 現(xiàn)狀信號配時(shí)時(shí)序圖Fig.7 Status signal timing sequence chart

aveQueue 平均排隊(duì)長度

Delay（All） 延誤時(shí)間

maxQueue 最大排隊(duì)時(shí)間

Movement 車流方向

Node 標(biāo)記

Veh（All） 車輛總數(shù)

PersDelay（All） 人均延誤

Pers（All） 總延誤

tStopd（All） 總停車時(shí)間

Stops（All） 車均停車次數(shù)

2 改善方案與Vissim仿真

2.1 改善方案相位設(shè)計(jì)

在原有道路幾何設(shè)計(jì)和主要相位控制不變的情況下，利用實(shí)測車流計(jì)算關(guān)鍵車流、周期、綠信比，改善交叉口。針對西進(jìn)口右轉(zhuǎn)車流與南進(jìn)口左轉(zhuǎn)掉頭車流沖突，調(diào)整第3相位的信號配時(shí)，即南進(jìn)口掉頭車流先通行10 s，再放行西進(jìn)口車流的右轉(zhuǎn)；第1相位西進(jìn)口右轉(zhuǎn)21 s后，再放行行人過街。改善后的相位順序如圖9所示。

圖8 現(xiàn)狀仿真評價(jià)結(jié)果Fig.8 Status simulation evaluation results

圖9 相位控制改善方案Fig.9 Phase control improvement scheme

2.2 改善方案信號配時(shí)

在設(shè)計(jì)交叉口的信號配時(shí)方案時(shí)，大車直行、右轉(zhuǎn)、左轉(zhuǎn)的折算系數(shù)分別為1.67，1.82和2.67。其中，標(biāo)準(zhǔn)車=小客車+大客車×折算系數(shù)，所得數(shù)據(jù)見表3。

表3 道路車流量與分析Tab.3 Road vehicle flow and analysis

根據(jù)飽和流量計(jì)算方法分析可知，若觀測到的車型都是標(biāo)準(zhǔn)小客車，則求出飽和流量S為

式中：S為飽和流量，pcu/h；h為排隊(duì)車輛第4輛車以后的車頭時(shí)距，s，為排除異常一般去掉最大值和最小值；n為數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)。

依據(jù)各流量的交通量及車道飽和流量，計(jì)算車道交通流量比，計(jì)算結(jié)果為

西進(jìn)口直行：

西進(jìn)口右轉(zhuǎn)：

東進(jìn)口直行：

東進(jìn)口左轉(zhuǎn)：

南進(jìn)口左轉(zhuǎn)：

南進(jìn)口右轉(zhuǎn)：

式中：y為相應(yīng)進(jìn)口流量交通流量比；q為相應(yīng)進(jìn)口交通量，pcu/h；S為直行、左轉(zhuǎn)車道飽和流量，pcu/h。

由此可知，東進(jìn)口直行、西進(jìn)口直行、東進(jìn)口右轉(zhuǎn)為關(guān)鍵車流，有

在1個(gè)周期內(nèi)，將黃燈時(shí)間與全紅時(shí)間分別設(shè)定為3 s、2 s，則損失時(shí)間為15 s，由韋氏最佳信號周期公式，可計(jì)算周期c為

此時(shí)，周期時(shí)長取120 s，則各相位有效綠燈時(shí)間（綠燈時(shí)間）為

西進(jìn)口直行有效綠燈時(shí)間：

東進(jìn)口直行有效綠燈時(shí)間：

南進(jìn)口直行有效綠燈時(shí)間：

考慮到行人所需周期最少為25 s，因此第3相位時(shí)間取29 s，故周期取130 s。

2.3 改善方案的Vissim仿真結(jié)果

利用相位調(diào)整和信號配時(shí)對改善方案進(jìn)行Vissim仿真，分析結(jié)果并做進(jìn)一步的信號配時(shí)優(yōu)化。多次仿真優(yōu)化后，得到如圖10所示仿真結(jié)果。

3 結(jié)語

將改善方案的Vissim仿真結(jié)果，與現(xiàn)狀數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，主要提取車均延誤、停車時(shí)間、平均排隊(duì)長度、車均停車次數(shù)4個(gè)效益指標(biāo)進(jìn)行評價(jià)。對比分析結(jié)果見表4[5]。

圖10 相位調(diào)整及信號配時(shí)優(yōu)化Vissim仿真結(jié)果Fig.10 Optimized Vissim simulation result for phase adjustment and signal timing

表4 現(xiàn)狀及改善方案的仿真結(jié)果對比Tab.4 Simulation results comparison of present situation and improvement scheme

由表可知，實(shí)施新方案后交叉口的車均延誤降低到了21.29 s，降低了22.3%；停車時(shí)間降低了24.24%，平均排隊(duì)長度和車均停車時(shí)間也有明顯的改善。信號交叉口服務(wù)水平與延誤時(shí)間的關(guān)系見表5。

表5 信號交叉口服務(wù)水平與延誤時(shí)間的關(guān)系Tab.5 Relationship between service levels and delays at signalized intersections

根據(jù)表4結(jié)果，對照表5，可知交叉口改善前后交叉口的車均延誤有了明顯降低，交叉口的服務(wù)水平由D上升為C。

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