馬淑梅 康清鵬 馬忠學(xué)

蘭州有色冶金設(shè)計研究院有限公司 甘肅 蘭州 730000

1.1 叉口現(xiàn)狀及評價

受“河谷型”地形的限制，蘭州市城關(guān)區(qū)人口過度集聚，隨著城鎮(zhèn)化進程的快速推進，小汽車出行比例較高，城市交通設(shè)施承載的交通流迅速增加，難以滿足增長的出行需求，道路建設(shè)在創(chuàng)造規(guī)模效益的同時，已凸顯邊際效益遞減的趨勢，城市交通陷入交通擁堵、出行體驗差的困境[1]。在資源環(huán)境約束和高質(zhì)量發(fā)展的背景下，不應(yīng)再過分追求設(shè)施規(guī)模，而需要更加重視空間優(yōu)化、組織管理乃至系統(tǒng)優(yōu)化以尋求設(shè)施的最大化利用，提高城市交通系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的能力。

本文選取蘭州市城關(guān)區(qū)典型道路作為研究對象，先利用交叉口可靠度模[2]型對單點交叉口進行研究，分析現(xiàn)狀交叉口存在的問題并提出優(yōu)化方案，然后采用干線協(xié)調(diào)控制[3]交叉口進行信號配時優(yōu)化，最后通過VISSIM軟件仿真檢驗方案的合理性、可行性。

1 現(xiàn)狀分析

研究路段平?jīng)雎罚|崗西路—火車站）是南北向的一條交通性主干道，雙向4車道，路段長1.8km，由南向北依次與火車站西路、和政路、民主東路、麥積山路、甘南路、東崗西路-慶陽路相交，交叉口均為平面交叉，交叉口平均間距300m。路段沿線地塊開發(fā)成熟，商業(yè)、辦公用地集中，道路沿線分布有汽車站、火車站、廣場商圈、多所中小學(xué)校，地鐵2號線沿該路段南北向布置，路段人流密集、交通量較大，高峰時段經(jīng)常發(fā)生交通擁堵[4]。

圖1 研究路段及交叉口平面圖

1.1.1 交叉口交通量

路段各交叉口交通流量（早高峰7：00-9：00，晚高峰18：00-19：30）如下表1。

表1 蘭州市城關(guān)區(qū)平?jīng)雎范卧绺叻褰徊婵诘慕煌髁?/p>

1.1.2 交叉口信號現(xiàn)狀配時方案

圖2 平?jīng)雎贰獤|崗西路交叉口現(xiàn)狀信號配時方案

利用VISSIM軟件仿真現(xiàn)狀交通運行狀況，早晚高峰交通流量變化不大，但各交叉口普遍存在南北方向通行能力較低，除民主東路、和政路交叉口外，其余四個交叉口進口道服務(wù)水平均介于E-F之間，較為擁堵，因此，需對各交叉口南北方向的信號配時方案進一步優(yōu)化以提高服務(wù)水平和通行效率。各交叉口評價指標及計算結(jié)果見表2。

表2 平?jīng)雎犯鹘徊婵诳煽慷燃敖徊婵谘诱`、服務(wù)水平

2 交叉口信號配時方案優(yōu)化

2.1 單點優(yōu)化

本文采用粒子群算法[7]求得交叉口信號周期時長和相位綠燈時間，因研究路段早、晚高峰交通量變化較小，優(yōu)化后的信號配時方案可同時用于早、晚高峰。

2.1.1 平?jīng)雎?東崗西路交叉口

圖3 優(yōu)化后早高峰、晚高峰信號配時方案

① 該交叉口位于廣場商圈，人流量、車流量均較大，沖突點多，信號周期延用現(xiàn)狀周期時長150s。

② 相序：南、北進口相位設(shè)置為搭接相位，優(yōu)先放行交通量較大的南進口直行車道、左轉(zhuǎn)車道，30s后南進口左轉(zhuǎn)車道停止同時放行北進口直行車道；最后放行北進口左轉(zhuǎn)車道，在時空上分離直行與左轉(zhuǎn)車流，從而消除直行與左轉(zhuǎn)沖突點，雖減少了南、北進口直行車道的綠燈相位時長，但避免了因沖突造成車輛滯留交叉口內(nèi)。

2.1.2 平?jīng)雎?甘南路交叉口

圖4 優(yōu)化后早高峰、晚高峰信號配時方案

① 該交叉口西北角有初中、小學(xué)，早、晚接送學(xué)生的車流量較大，交叉口內(nèi)非機動車、行人與機動車的沖突點多，車輛通行效率低，故將信號周期從100s增加至110s，適當增加車輛通行的綠燈時間。

② 相序：優(yōu)先放行交通量較大的北進口直行車道、左轉(zhuǎn)車道，17s后放行南進口直行車道，減少對向車輛沖突。

③ 在交叉口設(shè)置“潮汐車道”，北進口左轉(zhuǎn)車輛借助潮汐車道通行。

④ 優(yōu)先放行單側(cè)行人，避免左轉(zhuǎn)車輛與行人沖突，保障行人過街安全。

2.1.3 平?jīng)雎?麥積山路交叉口

圖5 優(yōu)化后早高峰、晚高峰信號配時方案

該交叉口信控優(yōu)化采用上一交叉口策略，以減少左轉(zhuǎn)車輛與直行車輛、左轉(zhuǎn)車輛與行人的沖突。

2.1.4 平?jīng)雎?民主東路交叉口

通過優(yōu)化模型計算，該交叉口整體服務(wù)水平為C，滿足現(xiàn)狀交通需求，不進行優(yōu)化。

2.1.5 平?jīng)雎?和政路交叉口

圖6 優(yōu)化后早高峰、晚高峰信號配時方案

① 經(jīng)評價，現(xiàn)狀信號配時方案能滿足交通需求。因該交叉口周圍有多所中小學(xué)校及地鐵二號線站點，人流量、非機動車流量均較大，故信號周期從75s調(diào)整為110s。

② 相序：先放行西進口左轉(zhuǎn)和直行，再放行南、北進口直行；因麥積山路和甘南路均為單行道，部分車輛在該交叉口掉頭和左轉(zhuǎn)，故設(shè)置南、北進口道左轉(zhuǎn)相位，減少直行與左轉(zhuǎn)沖突。

2.1.6 平?jīng)雎?火車站西路交叉口

圖7 優(yōu)化后早高峰、晚高峰信號配時方案

① 該交叉口的信號周期由75s增加至90s。

② 相序：優(yōu)先放行各進口道左轉(zhuǎn)，以減少直行和左轉(zhuǎn)沖突。

③ 調(diào)整行人過街信號時長，減少左轉(zhuǎn)車輛與行人沖突，但火車站人流量較大，建議相關(guān)部門配合其他工程措施，如設(shè)置立體行過街設(shè)施，在時空上分離行人和車輛，確保交叉口秩序。

3 干線協(xié)調(diào)控制優(yōu)化

圖8 研究路段交叉口示意圖

根據(jù)改進的MAXBAND綠波帶控制模型對六個交叉口進行干線協(xié)調(diào)控制。結(jié)合單點信號控制優(yōu)化得到各交叉口的周期時長為：

在多個交叉口信號協(xié)調(diào)控制中，確定公共周期不僅取決于單點信號配時結(jié)果，還需要考慮交叉口間距。在信號控制系統(tǒng)中，為使各交叉口的交通信號能取得協(xié)調(diào)[8]，各個交叉口的周期時長必須保持一致。為此，需按單點定時信號方法確定交叉口信號配時方案，根據(jù)系統(tǒng)各交叉口的布局及交通量，計算各個交叉口交通信號所需的周期時長，從中選出最大的周期時長作為干線系統(tǒng)的周期時長。在近代的控制系統(tǒng)中[9]，對交通量較小的交叉口可將信號周期時長定成系統(tǒng)周期時長的一半。因此公共周期需要經(jīng)過不斷試算求得。根據(jù)單點交叉口優(yōu)化方案，確定干線系統(tǒng)的周期時長為：，對六個交叉口重新配時。計算結(jié)果如表3所示[10]。

表3 基于交叉口可靠度的MAXBAND綠波帶控制模型干線信號配時方案

通過VISSIM仿真，得到優(yōu)化后研究路段評價指標，與現(xiàn)狀評價指標對比如下：

圖9 平?jīng)雎?東崗西路交叉口優(yōu)化前后排隊長度對比圖

圖10 平?jīng)雎?東崗西路交叉口優(yōu)化前后車輛平均延誤對比圖

圖11 平?jīng)雎?甘南路交叉口優(yōu)化前后排隊長度對比圖

圖12 平?jīng)雎?甘南路交叉口優(yōu)化前后車輛平均延誤對比圖

由上圖可知，優(yōu)化后各進口道車輛排隊長度、平均延誤明顯降低，車輛停車次數(shù)減少，車道占有率低，且車流相對勻速，減少了車輛的油耗損失，提高了通行能力，減少了因排隊或相位時間不當造成的車輛停車次數(shù)、延誤等。

4 仿真評價

以交通量為基礎(chǔ)，本文采用VISSIM交通軟件[11]對干線信號協(xié)調(diào)配時方案將進行仿真，基于可靠度的單點信號配時方案和干線協(xié)調(diào)配時方案與現(xiàn)狀方案綜合對比分析，結(jié)果如下表所示。

表4 各方案優(yōu)化前后評價指標綜合對比

上表對比結(jié)果表明：單點交叉口的優(yōu)化方案和干線協(xié)調(diào)控制方案在平均延誤、平均停車次數(shù)和排隊長度上均優(yōu)于現(xiàn)狀方案。其中，干線協(xié)調(diào)優(yōu)化方案相比現(xiàn)狀方案，車輛平均延誤時間降低了47.70%，平均停車次數(shù)降低了23.03%，排隊長度降低了50.88%。

5 結(jié)束語

城市交通具有隨機性和系統(tǒng)復(fù)雜性，本文在以下方面有待改進。

（1）路網(wǎng)可靠度研究的關(guān)鍵是基于車輛到達的不確實性，因未考慮行人和非機動車的影響，存在模型中車輛到達交叉口的方差設(shè)定偏小的可能。另外延誤方差是通過假設(shè)給定某一延誤分布的基礎(chǔ)上獲得的，沒有具體分析延誤與信號控制之間的關(guān)系。

（2）在單點交叉口算例中，僅考慮車輛到達服從正態(tài)分布的情況，未考慮其他分布情況下的信號控制方案。在干線協(xié)調(diào)控制算例中，當交叉口較多時，模型的適用性、可靠性有待進一步探究。

（3）模型方面，均采用單目標優(yōu)化，沒有考慮多目標同時優(yōu)化，且現(xiàn)有的研究多停留于宏觀框架和概念，實踐應(yīng)用成果較少，有待根據(jù)應(yīng)用情況反饋進一步改進。