唐燁

【摘 要】隨著我國經(jīng)濟(jì)、社會的迅速發(fā)展、居民收入的提高、城市化進(jìn)程的加快，城市交通擁堵日益嚴(yán)重。交通擁堵使居民出行的經(jīng)濟(jì)和時間成本增加，不確定因素増多，駕駛體驗降低，油氣資源大量浪費，局部環(huán)境污染問題加劇等等。我認(rèn)為要對城市格局和用地合理規(guī)劃，改變居民出行的空間分布；鼓勵公共交通、發(fā)展大容量公交系統(tǒng)、鼓勵自行車發(fā)展和步行方式出行，引導(dǎo)居民出行方式轉(zhuǎn)換；新建或改擴(kuò)建交通基礎(chǔ)設(shè)施，在不超過城市環(huán)境承載力的前提下進(jìn)一步擴(kuò)大交通系統(tǒng)容量，提高運輸效率。

【關(guān)鍵詞】城市道路；擁堵疏導(dǎo)；信號疏導(dǎo)控制；邊界信號控制

引言

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展、城市化進(jìn)程的加快W及小汽車逐步進(jìn)入家庭，各大、中城市的交通擁堵現(xiàn)象日益嚴(yán)重，極大的影響了城市的可持續(xù)發(fā)展及人民生活水平的提高。交通擁堵使得交通延誤增大，行車速度降低，帶來時間損失；同時，在交通擁堵狀態(tài)下低速行駛増加耗油量所帶來的資源浪費、環(huán)境惡化等問題也給城市居民生活帶來諸多困擾。

造成交通擁堵的原因有很多，歸根到底，主要有以下幾個方面：一是交通供需矛盾突出，城市交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上交通需求増長速度；二是城市交通管理設(shè)施落后，管理水平不高，人們的現(xiàn)代交通意識淡薄，法制觀念差，交通法規(guī)不健全，交通秩序混亂，使得已有道路交通網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)無法完全發(fā)揮其應(yīng)有的作用；三是出行方式結(jié)構(gòu)失衡，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和收入水平的提高，小汽車開始進(jìn)入家庭。由于公共交通發(fā)展速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于私人交通工具，人們的出行方式選擇逐步向小汽車出行方式傾斜，較低的客運效率給有限的道路資源帶來了更大的壓力。

1、城市道路路網(wǎng)交通擁堵判別——路網(wǎng)擁堵動態(tài)分區(qū)方法

1.1擁堵劃分標(biāo)準(zhǔn)

交通狀態(tài)判別通常以某個交通流參數(shù)是否超過閾值作為標(biāo)準(zhǔn)，或者是以流量、速度、密度為基本數(shù)據(jù)，通過統(tǒng)計分析得到反映交通狀態(tài)變化的一個或多個表征量，以表征量是否超過特定閾值來判別。目前的交通狀態(tài)判別模型與方法，主要集中在利用檢測器采集到的流量、速度和占有率等參數(shù)實現(xiàn)對路網(wǎng)交通擁堵的實時判別。在實際應(yīng)用中，一般將路網(wǎng)交通狀態(tài)劃分為暢通、輕微擁堵、嚴(yán)重?fù)矶潞投氯姆N狀態(tài)。為了便于判斷路網(wǎng)的交通狀態(tài)，需要對參數(shù)進(jìn)行定量描述。

1.2擁堵動態(tài)分區(qū)原則

為了便于在局部區(qū)域靈活的實施信號控制方案，根據(jù)飽和度將交叉口劃分為不同的擁堵等級，考慮交叉口不同飽和度的動態(tài)分區(qū)需滿足以下基本原則：

（1）路段關(guān)聯(lián)度原則

關(guān)聯(lián)度較高的路段取為關(guān)聯(lián)，關(guān)聯(lián)度較低的路段取為非關(guān)聯(lián)，控制子區(qū)分界線適宜劃在一組關(guān)聯(lián)度較低的路段上。

（2）交通相似度原則

要求交通狀態(tài)密切相關(guān)，若相鄰各交叉口飽和度均較高，可考慮將這些交叉口放入同一個子區(qū)，從一個較大的范圍實施信號協(xié)調(diào)控制策略緩解擁堵狀況；另一方面，若交叉口飽和度相近，即兩個交叉口的交通流特性相似，較適宜劃入同一個子區(qū)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。

（3）周期原則

劃入同個子區(qū)參與協(xié)調(diào)的交叉口要共用一個信號周期或半周期，故相鄰交叉口的信號周期相差不大，適宜劃入同一個控制子區(qū)。

（4）中心關(guān)鍵-周邊疏通原則

飽和度較高的一個或幾個相鄰交叉口為關(guān)鍵節(jié)點，緊鄰的周邊路口為疏通節(jié)點。

（5）最遠(yuǎn)距離約束原則

若路段間距較遠(yuǎn)，由于車流的離散性，從上游駛出的車流到達(dá)下游已呈隨機(jī)狀態(tài)，實施信號協(xié)調(diào)會降低系統(tǒng)的整體效益，故間距較遠(yuǎn)的兩交叉口不宜劃入同個子區(qū)。

2、城市交通擁堵疏導(dǎo)方法研究——準(zhǔn)飽和狀態(tài)路網(wǎng)連貫流信號協(xié)調(diào)控制

多數(shù)研究均假定干道各交叉口采用相同的信號周期時長，然而實際線控系統(tǒng)中，干線各交叉口受其交通流量、幾何條件、行人過街等因素的影響，各交叉口實際所需信號周期時長往往并不相等。對于該問題，通常采取子區(qū)劃分將信號周期相近的交叉口劃在同一子區(qū)進(jìn)行綠波協(xié)調(diào)疏導(dǎo)控制，然而不同子區(qū)之間仍采取不同信號周期時長，一定程度上割裂了子區(qū)間的聯(lián)系，降低了綠波疏導(dǎo)效果。

針對上述不足，本節(jié)提出基于交通波理論提出準(zhǔn)飽和狀態(tài)路網(wǎng)連貫流信號協(xié)調(diào)控制模型與方法，當(dāng)路網(wǎng)處于準(zhǔn)飽和狀態(tài)時，利用交通波理論建立信號交叉口間的延誤模型，提出準(zhǔn)飽和狀態(tài)信號疏導(dǎo)控制方法，并擴(kuò)展應(yīng)用到周期不等的信號交叉口間協(xié)調(diào)問題中，提出了準(zhǔn)飽和狀態(tài)信號疏導(dǎo)控制方法研究

帶寬最大化和延誤最小化是兩種最常用的相位差優(yōu)化方法。在未飽和狀態(tài)下，帶寬最大化能夠保證盡可能多的車流在綠波帶中運行，系統(tǒng)運行效率最高；但當(dāng)車流量較大時，車輛通過時間大大高于綠波帶寬度，帶寬最大化最多能服務(wù)于綠波帶中的車隊，對于未能跟上車隊的車流可能會遭遇更多的紅燈而導(dǎo)致更大的延誤。本節(jié)根據(jù)車流延誤模式提出對應(yīng)的協(xié)調(diào)控制策略；以車流總延誤最小為目標(biāo)建立準(zhǔn)飽和狀態(tài)路網(wǎng)連貫流信號協(xié)調(diào)模型，以更適應(yīng)交通流量較大，交叉口進(jìn)口道甚至接近飽和的交通流狀態(tài)。

3、城市道路單交叉口擁堵疏導(dǎo)仿真實驗

在本節(jié)中，主要考慮飽和度較高的交叉口分布在干線上，僅沿著干線方向同時出現(xiàn)連續(xù)2個或多個交叉口飽和度較高，且擁堵的交叉口之間無交叉耦合的關(guān)系的情形，針對過飽和干道提出上截下泄的疏導(dǎo)策略。首先劃分擁堵區(qū)，然后針對擁堵區(qū)的上游交叉口群，沿著擁堵車流累積的方向，劃分截流區(qū)，逐級實施截流措施，優(yōu)化駛?cè)霌矶聟^(qū)域的綠燈時長；沿著干線擁堵車流行進(jìn)的方向，劃分泄流區(qū)，實施信號協(xié)調(diào)，設(shè)置最優(yōu)相位差，加速車流駛出擁堵區(qū)域。如圖1所示，東西向干線包含9個信號交叉口，交叉口3和4為西進(jìn)口飽和度較高的交叉口，定義為擁堵區(qū)，擁堵車流行進(jìn)的方向為由西向東。擁堵區(qū)處于最下游的交叉口3和交叉口1、2構(gòu)成泄流區(qū)，擁堵區(qū)上游的交叉口5、6、7、8、9構(gòu)成截流區(qū)。

根據(jù)上圖，本文提出本文上截下泄的車流疏導(dǎo)策略，劃定截流區(qū)的范圍，實施多級截流，將排隊均勻分散到截流區(qū)域內(nèi)的路段上，既避免擁堵狀態(tài)的發(fā)生，又避免擁堵向外圍擴(kuò)散。基于流量累積路徑的上截下泄的車流疏導(dǎo)策略主要分為三個步驟：

（1）確定擁堵。

沿著干線方向搜索，若存在連續(xù)2 個或多個飽和度較高的交叉口，則將這些交叉口以及相鄰路段劃為擁堵區(qū)。

（2）劃分 1 級、2 級截流區(qū)和泄流區(qū)

主要考慮各級截流區(qū)最上游交叉口進(jìn)口道路段的長度、進(jìn)口道流量比、進(jìn)口道排隊長度等劃分截流區(qū)和泄流區(qū)。

（3）上截下泄控制

通過上游截流，合理控制交通流駛?cè)霌矶聟^(qū)；通過下游泄流，使得車流能迅速駛離擁堵區(qū)，降低擁堵區(qū)的交通負(fù)荷。

結(jié)束語

綜上所述，交通信號控制主要從時間上改變路網(wǎng)的交通流分配，通過合理優(yōu)化交叉口的信號配時，縮短車輛通過交叉口的時間，提高交叉口的通行能力。交通誘導(dǎo)則是為了從空間上均衡路網(wǎng)的交通流，避免由于交通流不均衡導(dǎo)致的路網(wǎng)總通行時間增加。在過飽和狀態(tài)下，僅僅依靠信號控制只能使被控范圍內(nèi)的交叉口的效益最大化，無法充分利用整個路網(wǎng)的空間資源，故有必要將信號控制與路徑誘導(dǎo)結(jié)合，通過對車流的行駛路徑的調(diào)整來改變交通控制的過飽和輸入問題，實現(xiàn)上游截流、下游卸載以及上游分流等功能，使路網(wǎng)的交通壓力能得到最大程度的均分。

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