交通紅綠燈配時優化模型研究

倪飛+李明+肖行+陳迪+胡夢薔+李媛媛

摘 要：在人民物質生活日益提高的今天，解決交通的擁堵狀況成為一大難題。文章通過對三角湖路口的交通狀況進行探究，利用采集到的數據，如車輛的到達率和離開率，車輛的延誤時間等，建立良好的模型，對紅綠燈的時長進行相應的優化，達到優化等待時間的目的，最后將一些影響甚微的因素考慮進來，使得優化更精確。

關鍵詞：車輛到達率；離開率；延誤時間；紅綠燈時長

1 概述

近年來，隨著國內經濟的迅猛發展，人們的交通出行方式開始多樣化，但機動車通行依然占據著主導地位，隨著我國機動車數量的不斷增多，交通事故和交通擁堵的現象也開始頻發，而交叉路口在其中起著至關重要的作用，合理的優化紅綠燈配時不僅能緩解交通壓力，還能達到節能減排的目的，促進可持續發展。本文利用目前流行的紅綠燈模型優化實際通行道路。

2 模型假設

（1）車輛在通行過程中，無交通事故造成擁堵。（2）忽略人為造成的交通現象。（3）忽略天氣影響。（4）交通信號燈正常工作。

3 模型的建立

因為在不同的交叉路口，交通量呈現很大的隨機性，所以在統計不同方向和車道的車輛時要尤為注意（在本次試驗的路口有2個方向是無法左轉的）。通過對車流量信息的統計，為模型建立提供數據。因為路口交通情況復雜，有很多因素影響著交通，如：過馬路的行人數量，車輛的車速等等，那么如何來評定一個路口的交通狀況好壞呢，可以利用車輛的延誤時間的作為參考因素，因為車輛作為交叉路口通行情況的主要制造者，車輛因為各種因素造成的延誤時間越長，交通狀況就越差，延誤時間越短，交通狀況就越好，因為每個方向的車輛數，車道數存在差異，因此將4個方向的車輛延誤時間之和，即總延誤時間，作為評定標準。

通過實地研究發現，車輛的延誤時間和每個路口車輛的到達率，離開率以及信號周期有關。記d為交叉路口的車輛到達率（輛/s），c為交叉路口的車輛離開率（輛/s），T為交叉路口信號周期（s），t綠為綠燈持續時間，發現：t1時刻紅燈亮時，車輛陸續停留在路口等候，那么到達的車輛數就是車輛達到率乘車輛等候時間n1=d×t等，等到t2時刻綠燈亮時，車輛安全通過路口，當然不一定所有的等候車輛都能一次通過，有的車輛可能要等待2次紅燈，那么在綠燈亮到t3時刻，即等候車輛都能安全通過（本文為優化交通狀況，故視為一次均通過），通過車輛數為n2=c×（t3-t2）。當然離開率要大于到達率（不造成擁堵）。可以知道：滿足等候車輛數和通過車輛數相同時，達到目的。

實際上：車輛的等候時間包括了等待紅燈的時間和離開路口的時間（即等候的最后一輛車離開路口），可以說車輛的等待時間就是車輛的延誤時間，因為在這一時間段，車輛要么速度為0，要么速度很慢，對交通的正常通行會造成影響。

因此考慮到4個路口，得出總的延誤時間為：

記由東往西為方向1，由西往東為方向3，由南往北為方向2，由北往南為方向4。又因為調查發現：在每天的不同時間段，情況又有所不同，但大部分時間時，由東往西和由西往東的車輛同步，由南往北和由北往南的車輛同步，故綜合只考慮2個方向。

通過對三角湖交叉路口的車流量進行調查記錄得到：

c東西=0.62輛/s；d東西=0.32輛/s；c南北=0.35輛/s；d南北=0.21輛/s

受交叉路段影響，只有從西往北有左轉道，其余方向禁止左轉。

獲得數據如表1：

經計算得：總的延誤時間為：286.5秒

當然這個總的延誤時間包含了車輛數

統計在相同車輛數的情況下，即到達率和離開率相同的情況下：

列出表2方案：

計算得：總的延誤時間為195.2秒（小于286.5秒）達到目的

當然在有些交叉路口，信號周期是一定的，那么可以適當增大綠燈時間，使延誤時間變短。

4 模型應用

此模型可應用于多個領域，找到一個明確的影響因素（如本文的總延誤時間），分析其影響因子（如本文的信號周期，車輛到達率和離開率），從而得出其最優方案，通過方案和模型得出的數據和實際的統計數據和調查結果相比較，可知方案是否可行。在通行能力小的路段和通行能力強的路段都可采用此模型，單方向和雙向的道路也行。

5 模型評價

本模型能一定程度上達到優化交通擁堵的情況，即緩解了擁堵情況，又減少了尾氣排放，優化環境。同時在其他參考的資料中發現，很多時候大家忽略了黃燈給交通帶來的影響，實際上，黃燈亮時，車輛是可以通行的，但由于一些人存在闖紅燈的心理，故會選擇加速通過，此時對交通擁堵是會造成影響的，故本文考慮到了黃燈的影響。本模型并不像其他模型那么復雜化，同時的的確確能夠達到緩解的目的。當然也有其不足之處，它并非適用于所有的交叉路口的交通配時，不具備普遍性，沒有考慮到高峰期的影響。且每天某一時段車輛的到達率和離開率不一定會相同，因此延誤時間也會產生波動，盡管最后的模擬結果可能與實際設置情況稍有差別，但優化結果確實達到了降低平均總延誤時間的目標，總的來說，此模型考慮的因素充足，具備強大的說服力，能夠達到緩解交通壓力，提高交通通行率，減少交通污染的目的。

參考文獻

[1]嚴欽豪.紅綠燈交叉路口優化模型[D].華中師范大學，2016（1）.

[2]林荷靜，高甲，劉雪靜，等[Z].東北大學秦皇島分校，2016（23）.