摘要 文章以東崗東路七個(gè)交叉口為研究對(duì)象，首先調(diào)研道路現(xiàn)狀，分析路段存在的交通問題；接著通過韋伯斯特（Webster）信號(hào)周期算法計(jì)算最佳周期，并確定理想的公共周期；然后根據(jù)交叉口寬度、兩交叉口路段距離、車輛平均設(shè)計(jì)時(shí)速、主線道路上直行方向各綠燈時(shí)長(zhǎng)，及協(xié)調(diào)方向的綠燈開始時(shí)間等參數(shù)，利用蘭州市信號(hào)智能調(diào)優(yōu)系統(tǒng)，優(yōu)化綠波帶寬度，最終計(jì)算出相位差并下發(fā)信號(hào)機(jī)運(yùn)行；最后通過浮動(dòng)車法驗(yàn)證優(yōu)化策略的改善效果。分析結(jié)果表明，優(yōu)化后行程時(shí)間及停車次數(shù)有所降低，平均時(shí)速有一定提高。

關(guān)鍵詞 城市交通控制；交通優(yōu)化；擁堵緩解；綠波協(xié)調(diào)

中圖分類號(hào) U491.54 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）07-0021-04

0 引言

隨著城市不斷發(fā)展，機(jī)動(dòng)車保有量也不斷增長(zhǎng)。截至2023年6月，蘭州市汽車保有量超過127萬輛?，F(xiàn)有的路網(wǎng)資源已不能滿足持續(xù)增長(zhǎng)的交通需求，交通擁堵問題日益凸顯。解決交通擁堵問題，除了從空間上合理配置道路資源，還可以從時(shí)間上不斷優(yōu)化信號(hào)配時(shí)，降低綠燈損失，設(shè)置干線綠波協(xié)調(diào)，提高車流通行效率。由于主干道交通需求相比其他道路更為顯著，因此，研究主干道干線綠波協(xié)調(diào)控制優(yōu)化具有重要意義[1]。

干線協(xié)調(diào)控制，即對(duì)多個(gè)路口組成的路段進(jìn)行“綠波”協(xié)調(diào)，通過對(duì)某條道路上連續(xù)幾個(gè)交叉口信號(hào)燈聯(lián)動(dòng)控制，使車隊(duì)的前幾輛車到達(dá)其中每個(gè)交叉口時(shí)剛好遇上綠燈，不用再停車等待，減少停車延誤[2]。

1 路段現(xiàn)狀及存在問題

1.1 路段現(xiàn)狀

東崗東路是東西方向主干道，此次優(yōu)化子區(qū)路段西起東崗東路—嘉峪關(guān)北路交叉口，東至東崗東路—甸子街交叉口，路段周邊有東歐國(guó)際兒童城、飛天家園、時(shí)代偉業(yè)、蘭泰小區(qū)、五里埔小學(xué)、第三十二中學(xué)、蘭大一院東崗院區(qū)等多處大型交通發(fā)生吸引點(diǎn)，通行需求大；交通流組成以小汽車為主，中大型貨運(yùn)車輛占比次之。該路段轄區(qū)全天時(shí)段內(nèi)的東西雙向交通壓力明顯，特別是早晚高峰時(shí)段沿線交叉口排隊(duì)較長(zhǎng)，偶有溢出現(xiàn)象發(fā)生。

該次協(xié)調(diào)優(yōu)化路段全程3.3 km，沿線共有7個(gè)燈控路口，其中東崗東路—拱星墩后街、東崗東路—焦家灣東路兩個(gè)交叉口是臨時(shí)信號(hào)燈，無法聯(lián)網(wǎng)協(xié)調(diào)控制。

1.2 問題分析

（1）路段各交叉口信號(hào)燈單獨(dú)控制，未進(jìn)行干線協(xié)調(diào)，車輛行經(jīng)路段需多次停車等待紅燈。但由于路段七個(gè)路口中，存在兩個(gè)路口的信號(hào)燈未實(shí)現(xiàn)聯(lián)控，導(dǎo)致無法在整個(gè)路段設(shè)置干線綠波協(xié)調(diào)策略。

（2）時(shí)段劃分精細(xì)化程度不夠，同一時(shí)段內(nèi)交通流特性發(fā)生變化時(shí)，易造成綠燈時(shí)間不能被有效利用，加劇車流擁堵。

（3）東崗東路—嘉峪關(guān)北路交叉口與東崗東路—魚池口路交叉口距離僅245 m，上游排隊(duì)車輛多，易導(dǎo)致下游路口車輛溢出。

2 干線協(xié)調(diào)優(yōu)化

2.1 控制策略

首先進(jìn)行子區(qū)的劃分。因東崗東路—拱星墩后街交叉口、東崗東路—焦家灣東路交叉口處信號(hào)燈無法聯(lián)網(wǎng)控制，且東崗東路—焦家灣路與東崗東路—范家灣路兩路口間距超過1.4 km，如整個(gè)路段協(xié)調(diào)可能導(dǎo)致協(xié)調(diào)效果不好。現(xiàn)將東崗東路（嘉峪關(guān)北路至甸子街）路段劃分為東崗東路（嘉峪關(guān)北路至焦家灣路）和東崗東路（范家灣路至甸子街）兩個(gè)子區(qū)分別進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，以提高路段整體車流通行效率，降低行車延誤，減少行程時(shí)間，改善駕乘體驗(yàn)。

2.2 確定公共周期

2.2.1 計(jì)算周期時(shí)長(zhǎng)

周期時(shí)長(zhǎng)的確定應(yīng)考慮延誤、行人過街時(shí)間、飽和度上限、交通流量、排隊(duì)長(zhǎng)度和通行能力等因素?？砂错f斯伯特（Webster）延誤最小公式計(jì)算最佳周期時(shí)長(zhǎng)[3]：

式中，C0——周期時(shí)長(zhǎng)；L——交通信號(hào)總損失時(shí)間（s）；Y——所有關(guān)鍵邏輯燈組流量比之和。

2.2.2 確定公共周期

設(shè)置干線綠波協(xié)調(diào)控制，首先要確定各路口的公共周期，周期過短會(huì)導(dǎo)致各方向車流在一個(gè)綠燈相位內(nèi)無法清空，造成車輛排隊(duì)，一般選取最大的周期時(shí)長(zhǎng)作為公共周期，相應(yīng)的交叉口即為關(guān)鍵交叉口。也可參考公式（2）計(jì)算理想公共周期[4]：

式中，Cm1——理想公共周期（s）；D——相鄰交叉口間的距離（m）；M——整數(shù)倍；V——干線車流通行速度（m/s）。

根據(jù)式（1）與式（2），再結(jié)合路段交通流實(shí)際情況，確定子區(qū)東崗東路（嘉峪關(guān)北路—焦家灣路）早晚高峰周期130 s，平峰周期120 s，夜間周期80 s；子區(qū)東崗東路（范家灣路—甸子街）早晚高峰周期150 s，平峰130 s，夜間周期80 s。

2.3 重點(diǎn)路口優(yōu)化

2.3.1 東崗東路—嘉峪關(guān)北路交叉口

該交叉口原早晚高峰時(shí)段都僅有一套配時(shí)方案，精細(xì)化程度不夠，不完全符合實(shí)際交通需求。經(jīng)過實(shí)地調(diào)研確認(rèn)，交叉口北側(cè)緊鄰五里埔小學(xué)，道路擁堵程度與上下學(xué)時(shí)間緊密相關(guān)；向東245 m就是東崗東路—魚池南口交叉口，兩路口相距較近，路段蓄車能力低，加之上下學(xué)時(shí)段路邊臨停車輛及大量行人過街的影響，路段通行效率低。因此，需根據(jù)接送學(xué)生的時(shí)間及路口交通壓力特性精細(xì)劃分高峰時(shí)段并調(diào)整信號(hào)方案。

原早高峰時(shí)段由7：30—9：30調(diào)整為7：15—9：00，并根據(jù)交通特性劃分為兩段：

（1）早高峰時(shí)段1（7：15—8：10），為送學(xué)生高峰時(shí)段，增加?xùn)|進(jìn)口左轉(zhuǎn)相位綠信比防止東進(jìn)口車輛排隊(duì)溢出，增加?xùn)|側(cè)行人相位綠信比保障行人過街安全。

（2）早高峰時(shí)段2（8：10—9：00），東進(jìn)口左轉(zhuǎn)壓力相對(duì)較小，增加西進(jìn)口直行相位綠信比，提高西進(jìn)口通行能力，緩解其交通壓力。

原晚高峰時(shí)段由17：00—19：30調(diào)整為17：00—19：15，

并根據(jù)交通特性劃分為三段：

（1）晚高峰時(shí)段1（17：00—17：35），東進(jìn)口左轉(zhuǎn)壓力逐漸升高，西進(jìn)口直行壓力相對(duì)較小，增加?xùn)|進(jìn)口左轉(zhuǎn)相位綠信比緩解東進(jìn)口排隊(duì)。

（2）晚高峰時(shí)段2（17：35—18：05），為接學(xué)生高峰時(shí)段，東進(jìn)口路邊臨停車輛較多，路段通行效率降低，且車輛及行人明顯增多，因此進(jìn)一步增加?xùn)|進(jìn)口左轉(zhuǎn)相位綠信比防止東進(jìn)口車輛排隊(duì)溢出，增加?xùn)|側(cè)行人相位綠信比保障行人過街安全。

（3）晚高峰時(shí)段3（18：05—19：15），東進(jìn)口左轉(zhuǎn)壓力減小，西進(jìn)口直行排隊(duì)較長(zhǎng)，因此增加西進(jìn)口直行相位綠信比，加速釋放西進(jìn)口交通壓力。

2.3.2 東崗東路—甸子街交叉口

該交叉口原早晚高峰時(shí)段東西雙向排隊(duì)過長(zhǎng)，需進(jìn)一步優(yōu)化信號(hào)方案。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研及視頻分析，東崗東路—甸子街交叉口緊鄰東崗立交橋，高峰時(shí)段東西雙向通勤交通壓力很大。因此，需提高東西雙向直行相位綠信比，增加北進(jìn)口右轉(zhuǎn)紅燈時(shí)間，消減北右轉(zhuǎn)與東直行合流沖突，提高直行車輛通行效率。如圖1所示：

2.4 干線協(xié)調(diào)控制

確定了公共周期后，根據(jù)交叉口內(nèi)兩條停車線間距離、兩交叉口銜接路段長(zhǎng)度、路段車輛平均時(shí)速、主線道路上直行方向各綠燈時(shí)長(zhǎng)，以及協(xié)調(diào)方向的綠燈開始時(shí)間，確定綠波協(xié)調(diào)相位差[5]。該次優(yōu)化通過信號(hào)智能調(diào)優(yōu)系統(tǒng)計(jì)算出相位差，與優(yōu)化后的信號(hào)配時(shí)方案一并下發(fā)至路口信號(hào)機(jī)執(zhí)行。

2.4.1 確定東崗東路（嘉峪關(guān)北路—焦家灣路）子區(qū)相位差

對(duì)路段東西雙向進(jìn)行綠波協(xié)調(diào)。高峰期間車流量大，主要擁堵原因是周邊學(xué)校大量接送學(xué)生車輛匯聚，在路邊不規(guī)范停車導(dǎo)致道路通行效率降低，雙向協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)平均時(shí)速較低，為35 km/h；平峰路段整體車流量適中，主要優(yōu)化目的為減少停車次數(shù)及行程時(shí)間，提升駕乘體驗(yàn)，雙向協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)平均時(shí)速為45 km/h；夜間低峰路段整體車流量較小，因此在保證行人安全過街時(shí)間的前提下，減小信號(hào)周期，加快各方向循環(huán)，減少車輛等待時(shí)間，雙向協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)平均時(shí)速為50 km/h。在信號(hào)智能調(diào)優(yōu)系統(tǒng)中輸入相關(guān)參數(shù)，同時(shí)優(yōu)化調(diào)整綠波帶寬度，如圖2所示。最終計(jì)算出的相位差見表1。

最后，將計(jì)算的相位差結(jié)果及優(yōu)化后的信號(hào)方案下發(fā)至信號(hào)機(jī)，干線綠波協(xié)調(diào)方案開始運(yùn)行。

2.4.2 確定東崗東路（范家灣路—甸子街）子區(qū)相位差

將該子區(qū)高峰時(shí)間段分別劃分為工作日07：15—09：00、17：00—19：00，非工作日09：00—20：00。

高峰期間車流量大，主要擁堵原因是路口東側(cè)緊鄰東崗立交橋，東西雙向跨區(qū)通勤交通壓力很大，加之路邊不規(guī)范停車，導(dǎo)致道路通行效率降低，東西雙向協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)平均時(shí)速為35 km/h；平峰時(shí)段劃分為工作日06：30—07：15、09：00—17：00、19：00—23：00及非工作日06：30—9：00、20：00—23：00，路段整體車流量適中，主要優(yōu)化目的為提升駕乘體驗(yàn)，雙向協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)平均時(shí)速為45 km/h；夜間時(shí)段劃分為00：00—06：30、23：00—24：00，路段整體車流量較小，在保證行人安全過街時(shí)間的情況下，減小信號(hào)周期，加快各方向循環(huán)，減少車輛等待時(shí)間，雙向協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)平均時(shí)速為50 km/h。綠波圖如圖3所示。計(jì)算出的相位差見表2。

將計(jì)算的相位差結(jié)果及優(yōu)化后的信號(hào)方案下發(fā)至信號(hào)機(jī)，運(yùn)行干線綠波協(xié)調(diào)方案。

2.4.3 浮動(dòng)車法分析優(yōu)化結(jié)果

對(duì)信號(hào)方案優(yōu)化后，通過浮動(dòng)車調(diào)研方式，收集優(yōu)化前與優(yōu)化后的停車次數(shù)、行程時(shí)間和平均車速數(shù)據(jù)，以平峰時(shí)段為例，巡檢結(jié)果對(duì)比見表3。

從表3可以看出，優(yōu)化后停車次數(shù)平均下降50%以上，行程時(shí)間平均縮短33%以上，平均車速提高達(dá)到42.6%，路段整體通行效率大幅提升，出行體驗(yàn)得到明顯改善。優(yōu)化前后行程時(shí)間曲線如圖4～5所示。

3 結(jié)論

該文首先計(jì)算出干線協(xié)調(diào)控制的公共周期并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，然后通過信號(hào)智能調(diào)優(yōu)系統(tǒng)計(jì)算相位差。針對(duì)路段存在信號(hào)燈不可聯(lián)網(wǎng)控制的情況，將干線分為兩個(gè)子區(qū)分別進(jìn)行優(yōu)化，降低了車輛停車延誤，提高了路段通行效率，結(jié)果表明該次優(yōu)化具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。但該次優(yōu)化過程仍受路段掉頭車輛及兩側(cè)臨停車輛影響，下一步需繼續(xù)優(yōu)化交通渠化，加強(qiáng)交通管理，進(jìn)一步提升道路交通環(huán)境。

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