基于綠波交通信號控制的城市快速通道節能減排應用研究

楊欣

摘要： 隨著現代社會的進步以及汽車工業的蓬勃發展，城市道路不斷出現交通擁擠、阻塞現象。加之我國城市化進程速度的日益加快，城市人口數量和汽車保有量不斷增加，致使道路擁堵現象日益嚴重，同時引發一系列交通問題和環境問題。本項目選取揚州市邗江中路為研究對象，將當前城市快速通道的交叉口汽車尾氣排放與綠波交通信號控制下勻速行駛的汽車尾氣排放進行對比，突出其節能減排的效益和改善空氣環境的作用，為建設生態社會，推廣綠波交通信號控制提供理論參考。

Abstract： With the progress of modern society and the vigorous development of the automobile industry， traffic congestion occur continuously in urban roads. In addition， with the acceleration of the urbanization process in our country， the number of urban population and the number of cars are increasing constantly， which leads to the increasingly serious traffic congestion， and a series of traffic problems and environmental problems. The project selected Hanjiang Road in Yangzhou as the research object， and compared the current city fast track intersection vehicle exhaust emissions with green wave traffic signal control vehicle exhaust emissions under uniform traffic to highlight its energy saving effect， the benefit and improvement of the air environment. It also provided a theoretical reference to promote green traffic signal control for the construction of ecological society.

關鍵詞： 綠波；信號配時；道路交叉口；節能減排；揚州市

Key words： green wave；signal timing plan；road intersection；energy-saving and emission-reduction；Yangzhou

中圖分類號：U491.5+1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）03-0066-03

0 引言

針對交通控制方式的研究方法和研究成果較多，并能在不同城市不同道路的交通管理中加以應用，對交通組織起到了很好的效果；綠波交通信號控制方式可以明顯提高道路的通行效率，但是在該控制方式下的節能減排效果的量化研究較少，城市快速通道的節能減排的計算模型和理論依據尚有深入研究的空間。

與大多數城市一樣，在交通狀況不斷改善的同時，居民數量的攀升和人均車輛保有量的迅速增加給城市交通帶來了不可忽視的通行壓力。故針對此情況，本項目以揚州邗江區的邗江中路為例，進行基于綠波交通信號控制的城市快速通道節能減排應用研究。

1 交通數據調查與分析

選取邗江中路沿線（邗江中路—江陽路、邗江中路—興城西路、邗江中路—開發西路、邗江中路—文匯西路交叉口），進行晚高峰時段（17：00-19：00）的詳細交通調查，主要包括交通信號控制現狀、道路現狀、交叉口間距、路段車速、流量（路段和交叉口）、行人和非機動車干擾情況等。

2 交通信號協調控制設計

2.1 單個交叉口定時信號控制參數計算（以開發西路為例）

根據調查數據（表1），可以得知：各交叉口非主干道方向左轉車輛所占比例并不大，故選擇兩相位進行設計。

經驗算，該方案滿足行人過街安全所需的最短綠燈時間的要求，所以可以接受。

2.2 干線交通信號協調控制設計（數解法）

為了方便表述，從開發西路開始，依次給交叉口編號，記為A、B、C、D。采用數解法確定信號相位差，數解法的實質是通過尋找各實際信號與理想信號偏差最小的理想信號間距來確定最優相位差控制方案和綠波車速。

主要計算過程為：

①對于任意合理的理想信號間距，計算偏差量[1]；

②選擇偏差量最小的理想信號間距作為最優的理想信號間距；

③根據最優的理想信號間距及其布局確定各實際信號間的協調關系（交互協調還是同步協調），并計算相位差、綠時損失、有效綠信比等參數，根據有效綠信比計算連續綠波帶寬。

假設原定周期時長，則系統帶速則變為：v=2s/C=2×430/87=9.885m/s=35.6km/h。

由此，生成時空圖，見圖3。

3 邗江中路交通信號協調控制節能減排效益分析

此處采用[2]中的簡單升檔加速工況道路檢測實驗結果進行分析，該實驗結果的加速車速與本交通信號協調控制設計的系統帶速較好地吻合。

3.1 工況的設置

該研究中簡單升檔加速工況的檢測時間為三十秒，汽車從靜止加速，分別進行三次不同的升檔方式提速至四十千米每小時后保持速度不變，行駛至該次工況實驗結束。在這一過程中利用汽車尾氣排放遠程移動檢測系統對汽車排放、發動機轉速和空燃比進行檢測。按照這一過程中檔位的變化情況，可將工況分為三類，見表4和圖4。

3.2 實驗結果

簡單升檔加速工況道路檢測實驗的排放結果——汽車尾氣CO和HC排放量見（以發動機轉速曲線第一個波峰為基點進行了時延修正）如圖4。

在信號交叉口由于受交通信號的影響，行駛的車輛可能需要經歷一個減速—停車—怠速—加速的過程，而受這一過程影響的相關車輛勢必會增加出行延誤、燃油消耗及尾氣排放。為方便討論，本項目選取車輛通過邗江中路主干道的一個周期為研究對象，來分析此過程中汽車尾氣排放的情況。由調查結果及數據分析可知，不設置綠波帶時，汽車的減速停車等待以及啟動加速時間為21+34+25+27+3×4=119s。

3.3 結果分析

由上述分析可知，三種簡單升檔加速工況的主要污染物CO和HC總排放量均大大減少，這說明對城市交叉口進行綠波控制，可以有效的降低機動車在交叉口處的主要污染物CO和HC的排放。在綜合考慮交通因素和環境、能耗因素等情況下，通過對揚州市邗江中路主干道進行交叉口信號配時的實時優化可以最大限度的提高交叉口的運行效率，同時減少尾氣排放和燃油消耗。

4 結論

總之，在邗江中路各交叉口實施交通信號控制的主要目的就是對交叉口的交通流進行合理地調度和引導，盡可能地提高通行率，減少車輛的制動、停車、啟動次數和尾氣排放量，減少環境污染，真正實現低碳生活，為我國建設創新型經濟添磚加瓦。

參考文獻：

[1]陳垚.Synchro的相位差優化方法研究——以長安街交叉口為例[J].北京交通大學，2012.

[2]臧斌.汽車尾氣排放遠程移動檢測技術的研究[D].長沙理工大學，2008.

[3]孫劍，劉好德，李克平.城市干道交通信號協調控制仿真優化[J].同濟大學學報（自然科學版），2009（11）.endprint