盧凱，裴晟輝，錢(qián)喆，吳瑤婷

(1. 華南理工大學(xué) 土木與交通學(xué)院 亞熱帶建筑科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510640；2. 廣州無(wú)線電集團(tuán)有限公司，廣東 廣州 510656)

傳統(tǒng)的單點(diǎn)感應(yīng)式信號(hào)控制是基于車輛檢測(cè)器所檢測(cè)的車輛到達(dá)情況，實(shí)施相應(yīng)的綠時(shí)延長(zhǎng)，沒(méi)有固定的綠信比及周期長(zhǎng)度，因此難以實(shí)現(xiàn)多個(gè)相鄰交叉口的協(xié)調(diào)控制[1-2]。美國(guó)公路合作研究組織(NCHRP)[3]提出了一種基于協(xié)調(diào)信號(hào)背景方案的感應(yīng)協(xié)調(diào)控制模型，即是在固定信號(hào)周期、綠信比和相位相序的基礎(chǔ)背景方案上，利用全感應(yīng)控制的綠時(shí)延長(zhǎng)或綠燈早斷對(duì)信號(hào)控制進(jìn)行實(shí)時(shí)微調(diào)，以實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)方向的綠波通行。該法實(shí)質(zhì)上是基于各個(gè)方向進(jìn)口道的實(shí)際交通量，在周期時(shí)長(zhǎng)內(nèi)對(duì)通行時(shí)間進(jìn)行重分配。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于感應(yīng)協(xié)調(diào)控制的研究主要集中在信號(hào)參數(shù)優(yōu)化方面。LI等[4]基于感應(yīng)信號(hào)控制邏輯設(shè)計(jì)了干道實(shí)時(shí)感應(yīng)控制系統(tǒng)，針對(duì)感應(yīng)信號(hào)優(yōu)先級(jí)邏輯算法展開(kāi)研究；TOLEDO等[5]結(jié)合中觀交通模擬、MESCOP和信號(hào)控制遺傳算法設(shè)計(jì)系統(tǒng)框架，對(duì)具有優(yōu)先控制功能的干道感應(yīng)系統(tǒng)作信號(hào)參數(shù)優(yōu)化；LEE等[6]研究分析了相位綠燈切斷時(shí)刻的運(yùn)行機(jī)制，經(jīng)過(guò)模型驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)感應(yīng)協(xié)調(diào)2種控制模式Fixed Force-offs相比Floating Force-offs能更加有效應(yīng)對(duì)各種交通需求；WANG等[7-8]對(duì)感應(yīng)控制中的可延長(zhǎng)時(shí)間和相位差進(jìn)行研究分析，發(fā)現(xiàn)合理設(shè)置感應(yīng)控制參數(shù)可以有效優(yōu)化相位通行時(shí)間，提升控制效果；宋現(xiàn)敏等[9]提出了感應(yīng)式協(xié)調(diào)信號(hào)控制下綠信比的優(yōu)化方法，能夠在不改變相位差的情況下，實(shí)時(shí)優(yōu)化各相位綠信比；HE等[10]分析了感應(yīng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)與信號(hào)優(yōu)先系統(tǒng)的沖突，提出的模型方法能夠在仿真環(huán)境下有效減少公交車等大型車的延誤；CHEN等[11]詳細(xì)地分析了感應(yīng)協(xié)調(diào)控制模型中的早啟綠燈時(shí)間、延后綠燈時(shí)間、早斷綠燈時(shí)間等參數(shù)算法，以及這些參數(shù)對(duì)干道綠波帶的動(dòng)態(tài)影響；章琨[12]使用連續(xù)N個(gè)信號(hào)周期作為一個(gè)生成背景方案的步距，利用上個(gè)步距計(jì)算下一步距的期望基礎(chǔ)綠燈時(shí)間，建立了考慮BRT優(yōu)先的感應(yīng)協(xié)調(diào)控制模型，此方法計(jì)算量大且適用范圍較??；此外，盧凱等[13]針對(duì)各交叉口過(guò)渡信號(hào)周期的允許取值范圍，利用交叉口相位差調(diào)整比例的極小極大原理，提出了單周期對(duì)稱調(diào)節(jié)過(guò)渡算法與N周期加權(quán)調(diào)節(jié)過(guò)渡算法。以往的感應(yīng)協(xié)調(diào)控制研究多局限于參數(shù)優(yōu)化，未能從適應(yīng)實(shí)時(shí)交通流變化的角度實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)控制方案的滾動(dòng)優(yōu)化與交叉口之間的聯(lián)動(dòng)控制。對(duì)此，本文針對(duì)未飽和狀態(tài)下協(xié)調(diào)方向交通量波動(dòng)性較大的干道，兼顧協(xié)調(diào)相位和非協(xié)調(diào)相位的通行需求，提出了一種基于可變公共信號(hào)周期的感應(yīng)協(xié)調(diào)控制模型。該模型在傳統(tǒng)感應(yīng)控制改變綠時(shí)的基礎(chǔ)上，拓展了信號(hào)參數(shù)中周期時(shí)長(zhǎng)和相位差的改變方式，能夠繼承傳統(tǒng)感應(yīng)協(xié)調(diào)控制的綠燈延時(shí)控制邏輯，以實(shí)現(xiàn)信號(hào)控制方案滾動(dòng)優(yōu)化與交叉口聯(lián)動(dòng)控制，保障交叉口整體通行效益，具有良好的協(xié)調(diào)效果。

1 不變周期感應(yīng)干道協(xié)調(diào)控制分析

如圖1所示，為了實(shí)現(xiàn)干道協(xié)調(diào)交叉口的聯(lián)動(dòng)控制，需要在交叉口4個(gè)方向的進(jìn)口道處均設(shè)置車輛檢測(cè)器。為了檢測(cè)各車道到達(dá)車輛的流向，使用視頻檢測(cè)器作為本文感應(yīng)協(xié)調(diào)控制的檢測(cè)方式。設(shè)東西方向?yàn)閰f(xié)調(diào)方向，I1，I2，I3，I4交叉口東西南北方向均采用對(duì)稱放行。按照協(xié)調(diào)相位定義，任意包含協(xié)調(diào)車流方向的相位稱為協(xié)調(diào)相位，其余相位為非協(xié)調(diào)相位，則該干道4個(gè)交叉口的東西對(duì)稱放行相位為協(xié)調(diào)相位。

圖1 相鄰4個(gè)信號(hào)交叉口感應(yīng)協(xié)調(diào)控制示例Fig. 1 Example of adjacent four signal intersection actuated coordinated control

感應(yīng)協(xié)調(diào)信號(hào)控制原理如圖2所示。常見(jiàn)的感應(yīng)協(xié)調(diào)控制方式如圖2(c)和2(d)所示，即是通過(guò)挪移非協(xié)調(diào)相位的通行時(shí)間至協(xié)調(diào)相位，設(shè)置綠燈早啟時(shí)間tGes和綠燈后延時(shí)間tGex來(lái)實(shí)現(xiàn)。

圖2 感應(yīng)信號(hào)控制原理Fig. 2 Principle of actuated signal control

公共信號(hào)周期發(fā)生變化的情況主要出現(xiàn)在干道協(xié)調(diào)方向交通量大幅度波動(dòng)變化或者干道的某個(gè)交叉口產(chǎn)生了額外的交通需求，且出現(xiàn)額外交通需求交叉口的非協(xié)調(diào)相位不能提供多余的通行時(shí)間供協(xié)調(diào)相位使用。若這種情況下協(xié)調(diào)相位綠燈時(shí)間延長(zhǎng)至最大綠燈時(shí)間時(shí)仍檢測(cè)到車輛到達(dá)，綠燈時(shí)間內(nèi)未實(shí)現(xiàn)車輛清空，進(jìn)口道處會(huì)出現(xiàn)滯留車輛。若重復(fù)多個(gè)周期間隔均檢測(cè)到上述情況，則表明當(dāng)前干道整體方案不適應(yīng)當(dāng)前交叉口通行狀況，需要根據(jù)后續(xù)車輛到達(dá)狀況調(diào)整背景信號(hào)方案，并使所有交叉口協(xié)調(diào)效果一致。相應(yīng)的，若后續(xù)協(xié)調(diào)方向車流減小，信號(hào)方案也需要進(jìn)行周期縮短調(diào)整。

而在交叉口低飽和度情況下，非協(xié)調(diào)相位通行時(shí)間和協(xié)調(diào)相位通行時(shí)間之和小于周期時(shí)長(zhǎng)，非協(xié)調(diào)相位提供給協(xié)調(diào)相位的額外綠燈時(shí)間能夠滿足協(xié)調(diào)方向交通量的波動(dòng)，無(wú)需增加額外的周期時(shí)長(zhǎng)。此時(shí)利用協(xié)調(diào)相位和非協(xié)調(diào)相位的早斷綠燈時(shí)間、早啟綠燈時(shí)間、延長(zhǎng)綠燈時(shí)間等信號(hào)參數(shù)來(lái)實(shí)時(shí)調(diào)配綠燈時(shí)間，維持綠波通行。

2 模型方法

2.1 可變公共周期分析

2.1.1 公共周期延長(zhǎng)調(diào)整

在感應(yīng)協(xié)調(diào)控制過(guò)程中，為剔除少數(shù)短暫的交通流波動(dòng)帶來(lái)的影響，只在重復(fù)多次周期間隔的協(xié)調(diào)相位出現(xiàn)停車或排隊(duì)的情況下認(rèn)定相位存在額外的通行需求。

以出現(xiàn)額外通行需求的周期間隔內(nèi)滯留車輛消散時(shí)間作為單個(gè)間隔內(nèi)的周期額外延長(zhǎng)時(shí)間：

計(jì)算n個(gè)周期間隔內(nèi)第i個(gè)交叉口周期平均延長(zhǎng)時(shí)間ΔCei(k)，以此作為系統(tǒng)調(diào)整的周期延長(zhǎng)時(shí)間：

式中：ΔCei(k)為第i號(hào)交叉口第k個(gè)信號(hào)周期的實(shí)際延長(zhǎng)時(shí)間；n為計(jì)算周期個(gè)數(shù)，n=1表示即時(shí)優(yōu)化，n＞1表示滾動(dòng)優(yōu)化；αk-j+1(1≤k-j+1≤n)為之前的第k-j+1個(gè)信號(hào)周期的權(quán)重系數(shù)，既可以取常數(shù)1，表示前n個(gè)計(jì)算周期的權(quán)重相等，也可以取為衰減系數(shù)，例如即α1=1，，表示加權(quán)滾動(dòng)優(yōu)化。各信號(hào)周期權(quán)重系數(shù)均取1，計(jì)算周期個(gè)數(shù)n取3時(shí)的滾動(dòng)優(yōu)化計(jì)算原理如圖3所示。

圖3 滾動(dòng)優(yōu)化計(jì)算原理Fig. 3 Calculation principle of rolling optimization

使用滾動(dòng)優(yōu)化的方式計(jì)算n個(gè)周期間隔的周期延長(zhǎng)時(shí)間平均值，可以綜合考慮前k-j+1個(gè)信號(hào)周期的車流量影響，有效避免了具有波動(dòng)性的交通流可能導(dǎo)致的周期時(shí)長(zhǎng)頻繁變化情況。

每經(jīng)過(guò)一個(gè)周期間隔，均按照式(2)計(jì)算ΔCei(k)，并按式：ΔCei(k)≤tlei判斷ΔCei(k)是否小于該交叉口的周期延長(zhǎng)調(diào)整閾值tlei。若其超過(guò)閾值，則取當(dāng)前ΔCei(k)最大的交叉口為關(guān)鍵交叉口k，并令關(guān)鍵交叉口周期延長(zhǎng)時(shí)間等同于當(dāng)前交叉口周期延長(zhǎng)時(shí)間：ΔCek(k)=ΔCei(k)，實(shí)施周期延長(zhǎng)策略。

圖4是在[600,1 000] s仿真時(shí)段內(nèi)，假設(shè)單車道飽和流量為2 100 pcu/h，單車道流量由500 pcu/h均勻增加至900 pcu/h不同信號(hào)周期優(yōu)化方案的運(yùn)行結(jié)果對(duì)比情況。其中圖4(a)表示執(zhí)行當(dāng)前初始信號(hào)周期后存在的待滯留車輛數(shù)，圖4(b)表示為執(zhí)行當(dāng) 前周期調(diào)整時(shí)長(zhǎng)后的實(shí)際滯留或空余車輛數(shù)。可以看到，在流量增加的情況下，滾動(dòng)優(yōu)化方式會(huì)導(dǎo)致周期變化時(shí)間出現(xiàn)一定的時(shí)滯，難以及時(shí)清空當(dāng)前周期的待滯留車輛，如圖4(a)與4(b)所示。

圖4 交通流量增加情況下不同信號(hào)周期優(yōu)化方案的運(yùn)行結(jié)果對(duì)比Fig. 4 Comparison of operation results of different signal cycle optimization schemes under the condition of increasing traffic flow

2.1.2 公共周期延時(shí)時(shí)刻

如圖5所示，設(shè)①→④方向?yàn)橄滦蟹较颍瑓f(xié)調(diào)方向?yàn)閷?duì)稱放行，且協(xié)調(diào)相位和非協(xié)調(diào)相位所需通行時(shí)間之和超過(guò)了周期時(shí)長(zhǎng)。將交叉口I2確定為關(guān)鍵交叉口后，系統(tǒng)記錄背景信號(hào)方案中綠波帶下行線穿越關(guān)鍵交叉口的綠燈時(shí)間時(shí)刻點(diǎn)TBPk，將此時(shí)刻記作感應(yīng)協(xié)同基準(zhǔn)時(shí)刻，中央控制機(jī)在該時(shí)刻向所有協(xié)調(diào)交叉口發(fā)布綠燈延時(shí)指令，各協(xié)調(diào)交叉口接收到指令后開(kāi)始進(jìn)行信號(hào)背景方案的過(guò)渡。下行方向的下游交叉口的延時(shí)時(shí)刻Tddexi可按式(3)，(4)和(5)計(jì)算。

圖5 公共周期延長(zhǎng)調(diào)整示意圖Fig. 5 Schematic diagram of common signal cycle extension adjustment

因?yàn)樵诟袘?yīng)協(xié)同基準(zhǔn)時(shí)刻，車流已經(jīng)通過(guò)上游交叉口I1，所以交叉口I1需要在綠波帶上行線所穿越的相位的下一周期間隔延長(zhǎng)周期時(shí)長(zhǎng)。上游交叉口延時(shí)時(shí)刻Tduexi可按式(6)與式(7)計(jì)算。

同理，上行方向車流的下游交叉口綠燈延時(shí)時(shí)刻可按式(3)，(4)和(5)計(jì)算，上行方向車流的上游交叉口綠燈延時(shí)時(shí)刻可按式(6)和式(7)計(jì)算。

為保證調(diào)整后的背景方案協(xié)調(diào)效果，無(wú)論各相位的綠燈延長(zhǎng)時(shí)間長(zhǎng)短，協(xié)調(diào)交叉口的周期時(shí)長(zhǎng)必須在2個(gè)周期間隔內(nèi)達(dá)成一致。此外，為防止上游車輛不斷到達(dá)導(dǎo)致協(xié)調(diào)相位綠燈時(shí)長(zhǎng)過(guò)長(zhǎng)，調(diào)整的公共周期時(shí)長(zhǎng)必須設(shè)置限值CBmax。延長(zhǎng)調(diào)整后的公共周期時(shí)長(zhǎng)CBe需滿足關(guān)系式：CBe=CB+ΔCek(k)≤CBmax。

系統(tǒng)按照計(jì)算后的公共周期時(shí)長(zhǎng)，重新對(duì)綠信比、相位差等參數(shù)進(jìn)行整體方案變換，進(jìn)行背景控制方案過(guò)渡。

2.1.3 延長(zhǎng)綠時(shí)分配和信號(hào)方案更新原理

計(jì)算得出各交叉口協(xié)調(diào)相位延時(shí)時(shí)刻后，需要對(duì)干道交叉口的綠時(shí)和相位差進(jìn)行微調(diào)以求獲得系統(tǒng)最大綠波帶寬。各交叉口的延長(zhǎng)綠燈時(shí)間參考式(8)和式(9)計(jì)算。

式中：ΔtGek為關(guān)鍵交叉口k延長(zhǎng)綠時(shí)；ΔCek為關(guān)鍵交叉口k新增周期時(shí)間；ΔtGei為交叉口i延長(zhǎng)綠時(shí)；tGri為交叉口i協(xié)調(diào)相位的實(shí)際綠燈時(shí)間。

對(duì)于干道公共信號(hào)周期的更新原理與執(zhí)行機(jī)制進(jìn)行直觀分析，如圖6所示。當(dāng)交叉口I3要求的信號(hào)周期延長(zhǎng)時(shí)間ΔCe3(k-6)大于變化閾值t1ei且增加后的信號(hào)周期時(shí)長(zhǎng)Ce3(k-6)≤Cmax，并將交叉口I3作為關(guān)鍵交叉口，以交叉口I3的第k-6個(gè)信號(hào)周期結(jié)束時(shí)刻作為公共信號(hào)周期調(diào)整時(shí)刻，對(duì)交叉口I1與交叉口I2盡快進(jìn)行信號(hào)周期時(shí)長(zhǎng)調(diào)整，即分別在其第k-4個(gè)與第k-5個(gè)信號(hào)周期進(jìn)行周期時(shí)長(zhǎng)調(diào)整，Ce2(k-5)=Ce3(k-6)，Ce1(k-4)=Ce3(k-6)。

圖6 干道公共信號(hào)周期更新原理與執(zhí)行機(jī)制Fig. 6 Update principle and implementation mechanism of common signal cycle on the artery

2.1.4 公共周期縮短調(diào)整

當(dāng)協(xié)調(diào)相位綠燈時(shí)間結(jié)束前存在一定時(shí)間的綠燈空放時(shí)，可以參照流量增加時(shí)信號(hào)周期調(diào)整原理，根據(jù)空余車輛數(shù)NCi(k)與單位車輛清空時(shí)間ΔtCi(k) ，計(jì)算第i個(gè)交叉口第k個(gè)信號(hào)周期的允許縮短時(shí)間Δ(k) ，如式(10)所示，計(jì)算第i個(gè)交叉口第k個(gè)信號(hào)周期的實(shí)際縮短時(shí)間ΔCsi(k) ，如式(11)所示，再根據(jù)關(guān)系式Csi(k)=Csi(k-1)+ΔCsi(k)可以算出第k個(gè)信號(hào)周期的實(shí)際時(shí)長(zhǎng)。

圖7是在[600,1 000] s仿真時(shí)段內(nèi)，假設(shè)單車道飽和流量為2 100 pcu/h，單車道流量由900 pcu/h均勻減少至500 pcu/h不同信號(hào)周期優(yōu)化方案的運(yùn)行結(jié)果對(duì)比情況。假設(shè)權(quán)重系數(shù)針對(duì)計(jì)算周期個(gè)數(shù)n的不同取值，計(jì)算信號(hào)周期優(yōu)化方案運(yùn)行結(jié)果如圖7(a)，7(b)和7(c)所示?？梢钥吹?，在流量減少的情況下，即時(shí)優(yōu)化與滾動(dòng)優(yōu)化2種方式均會(huì)產(chǎn)生空余車輛，如圖7(a)所示。

圖7 交通流量減少情況下不同信號(hào)周期優(yōu)化方案的運(yùn)行結(jié)果對(duì)比Fig. 7 Comparison of operation results of different signal cycle optimization schemes under the condition of decreasing traffic flow

公共信號(hào)周期縮短更新機(jī)制如圖6所示，當(dāng)交叉口I1，I2和I3要求的信號(hào)周期縮短時(shí)間滿足ΔCs1(k-1)≤-t1ei, ΔCs2(k-1)≤-t1ei, ΔCs3(k-1)≤-t1ei且減少后的最大信號(hào)周期時(shí)長(zhǎng)Cs2(k)≥Cmin，干道公共信號(hào)周期應(yīng)調(diào)整為Cs2(k)=Cs2(k-1)+ΔCs2(k)，并將最早要求信號(hào)周期縮短時(shí)間超過(guò)變化閾值的交叉口I2作為關(guān)鍵交叉口，以交叉口I2的第k個(gè)信號(hào)周期結(jié)束時(shí)刻作為公共信號(hào)周期調(diào)整時(shí)刻，對(duì)交叉口I1與交叉口I3盡快進(jìn)行信號(hào)周期時(shí)長(zhǎng)調(diào)整，即分別在其第k+1個(gè)與第k個(gè)信號(hào)周期進(jìn)行周期時(shí)長(zhǎng)調(diào)整，使得Cs1(k+1)=Cs2(k)，Cs3(k)=Cs2(k)。

2.2 感應(yīng)干道協(xié)調(diào)控制流程

經(jīng)驗(yàn)證，采用NEMA雙環(huán)相位結(jié)構(gòu)的感應(yīng)交叉口能夠合理調(diào)整相序結(jié)構(gòu)來(lái)保證交通流的連續(xù)，采用這種相位結(jié)構(gòu)的相鄰交叉口具有一定的協(xié)調(diào)性[14]。在NEMA雙環(huán)相位基礎(chǔ)上，本文針對(duì)干道協(xié)調(diào)控制進(jìn)行相位結(jié)構(gòu)調(diào)整：為保證干道協(xié)調(diào)效果穩(wěn)定，協(xié)調(diào)交叉口的相對(duì)相位差必須保持不變，因此協(xié)調(diào)方向的對(duì)稱放行相位的相序必須固定不變；同時(shí)采用Fixed force-offs模式，即非協(xié)調(diào)相位基于基礎(chǔ)綠燈切斷時(shí)刻，將其未使用的綠燈時(shí)間傳遞給下一相位，這種模式相較于Floating forceoffs模式來(lái)說(shuō)協(xié)調(diào)相位的啟亮?xí)r間更為穩(wěn)定，對(duì)系統(tǒng)協(xié)調(diào)效果破壞較小。

由上述研究?jī)?nèi)容，基于可變公共信號(hào)周期的感應(yīng)協(xié)調(diào)控制流程如圖8所示。

圖8 基于可變公共信號(hào)周期感應(yīng)協(xié)調(diào)控制流程Fig. 8 Control flow of actuated coordinated control based on variable common cycle length

3 算例分析

本文以廣州市花都區(qū)紫薇路的4個(gè)相鄰十字交叉口干道為仿真背景構(gòu)建算例。以東西向作為協(xié)調(diào)方向(主干道方向)，按照由西往東方向依次記為交叉口I1，I2，I3，I4，相鄰交叉口間距依次為275，285和420 m。主干道為雙向6車道，次干道為雙向4車道，每個(gè)進(jìn)口道均設(shè)左轉(zhuǎn)專用道，同時(shí)設(shè)置右轉(zhuǎn)渠化島以避免排隊(duì)車輛干擾右轉(zhuǎn)車流。按照單點(diǎn)交叉口飽和度標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置交通流量如表1所示，按此交通流量設(shè)置可使交叉口由低飽和度狀態(tài)動(dòng)態(tài)變化到中低飽和度的狀態(tài)[15-16]，符合本文模型適用情況。

表1 仿真算例交通流量數(shù)據(jù)Table 1 Traffic flow data of simulation example

假設(shè)車輛平均行駛速度為45 km/h，基礎(chǔ)背景方案公共周期時(shí)長(zhǎng)為100 s，滾動(dòng)優(yōu)化周期計(jì)算數(shù)取5，5個(gè)周期的權(quán)重系數(shù)均設(shè)為1，周期延長(zhǎng)調(diào)整閾值設(shè)置為24 s。在預(yù)設(shè)仿真場(chǎng)景下，分別設(shè)置方案①：基礎(chǔ)背景方案，方案②：感應(yīng)協(xié)調(diào)方案和方案③：基于本文模型的感應(yīng)協(xié)調(diào)方案。其中，基礎(chǔ)背景方案是基于MAXBAND模型得出的最優(yōu)協(xié)調(diào)方案，感應(yīng)協(xié)調(diào)方案是基于基礎(chǔ)背景方案的感應(yīng)協(xié)調(diào)控制信號(hào)方案。3種信號(hào)方案的信號(hào)參數(shù)如表3所示。

表3 不同控制方案的信號(hào)參數(shù)Table 3 Signal parameters of different control schemes

在方案③仿真過(guò)程中，在交通流量變化的900～1 400 s內(nèi)車輛檢測(cè)器記錄各周期間隔內(nèi)四交叉口的最大停車數(shù)如表2所示。使用最大停車數(shù)代入實(shí)際滯留車輛數(shù)Nsi(k)，計(jì)算顯示仿真時(shí)長(zhǎng)4 800 s內(nèi)交叉口I2在周期間隔14的ΔCe2(14)超過(guò)了設(shè)定的周期延長(zhǎng)調(diào)整閾值，即交叉口出現(xiàn)了額外的交通需求，關(guān)鍵交叉口額外周期延長(zhǎng)時(shí)間為25 s。方案③在1 400 s時(shí)刻完成周期時(shí)長(zhǎng)的延長(zhǎng)調(diào)整，持續(xù)該調(diào)整方案2 800 s，并在4 200 s時(shí)刻變回公共周期為100 s的方案②。

表2 周期間隔內(nèi)最大停車車輛數(shù)Table 2 Maximum number of stops in different cycle

本文算例設(shè)置3種信號(hào)方案，其中方案①和方案②為對(duì)照組，方案③能在仿真過(guò)程中完成交通流量變化、排隊(duì)數(shù)據(jù)收集、調(diào)整參數(shù)計(jì)算、背景方案調(diào)整(周期延長(zhǎng)、周期縮短、綠信比和相位差變化)，與本文模型控制流程基本一致，其仿真結(jié)果具有一定說(shuō)服力。

4 仿真實(shí)驗(yàn)

利用VISSIM仿真軟件構(gòu)建紫薇路干道路網(wǎng)模型如圖9所示。使用VAP模塊構(gòu)建感應(yīng)協(xié)調(diào)控制邏輯，利用仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證可變公共信號(hào)周期的感應(yīng)協(xié)調(diào)控制模型的控制效果。

圖9 VISSIM干道路網(wǎng)模型Fig. 9 VISSIM network model

利用干道路網(wǎng)模型對(duì)第3節(jié)算例進(jìn)行仿真，使用干道平均延誤和平均停車次數(shù)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。匯總3種方案仿真實(shí)驗(yàn)的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，不同方案評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)比如圖10和圖11所示。

通過(guò)圖10和圖11可以看到，只基于基礎(chǔ)背景方案的感應(yīng)協(xié)調(diào)信號(hào)控制效果不佳，上、下行方向平均延誤相較于基礎(chǔ)背景方案只減少了10.45%和15.81%，對(duì)于車輛停車優(yōu)化效果也較為一般，某些時(shí)段內(nèi)的評(píng)價(jià)指標(biāo)甚至劣于基礎(chǔ)背景方案；經(jīng)過(guò)本文模型調(diào)整后的周期延長(zhǎng)感應(yīng)協(xié)調(diào)方案將上、下行方向的平均延誤分別降低了30.66%和17.81%，停車次數(shù)分別降低了39.66%和22.62%。其中下行方向的延誤指標(biāo)優(yōu)化效果較為一般，原因是由于相位挪移調(diào)整中包含了部分單向綠波帶調(diào)整。

圖10 不同時(shí)段內(nèi)3種信號(hào)方案評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)比Fig. 10 Comparison of evaluation indexes of three signal schemes in different periods

圖11 仿真時(shí)長(zhǎng)內(nèi)不同信號(hào)方案下評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)比Fig. 11 Comparison of evaluation indexes under different signal schemes in simulation duration

由圖10可知，本文模型相較于傳統(tǒng)的干道協(xié)調(diào)方案，對(duì)于交通量的波動(dòng)適應(yīng)性更強(qiáng)，對(duì)于新增的交通需求，本文模型控制方案有明顯優(yōu)勢(shì)?？紤]到條件設(shè)置誤差以及VISSIM軟件自身局限，仿真結(jié)果驗(yàn)證了本文模型的優(yōu)化效果，也證明了可變公共信號(hào)周期感應(yīng)協(xié)調(diào)控制方案的可行性。

5 結(jié)論

1) 在未飽和狀態(tài)下，固定信號(hào)參數(shù)的基礎(chǔ)背景方案難以適應(yīng)波動(dòng)性變化的交通流，延誤和停車次數(shù)等評(píng)價(jià)指標(biāo)并不理想，綠波通行效果較差。

2) 在未飽和狀態(tài)下，基于綠時(shí)分配的感應(yīng)協(xié)調(diào)方案相較于基礎(chǔ)背景方案而言，平均延誤和平均停車次數(shù)均有所降低。

3) 為進(jìn)一步增加感應(yīng)干道協(xié)調(diào)控制對(duì)于交通流量波動(dòng)的適應(yīng)性，優(yōu)化協(xié)調(diào)交叉口的聯(lián)動(dòng)控制，本文在感應(yīng)協(xié)調(diào)控制基礎(chǔ)上引入公共信號(hào)時(shí)長(zhǎng)可變的控制策略，通過(guò)算式確定公共信號(hào)周期增量、協(xié)調(diào)相位切換時(shí)刻等參數(shù)，提出了一種改進(jìn)的干道感應(yīng)協(xié)調(diào)控制方案。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，本文方案相較于傳統(tǒng)感應(yīng)協(xié)調(diào)方法，能夠有效降低協(xié)調(diào)方向車隊(duì)的平均延誤和停車次數(shù)。