基于實(shí)時(shí)交通量的動(dòng)態(tài)綠波控制應(yīng)用

李沖沖，牟 健

（1.常州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 常州 213100；2.萊陽(yáng)市交通運(yùn)輸服務(wù)中心，山東 萊陽(yáng) 265200）

引言

隨著我國(guó)機(jī)動(dòng)車保有量不斷增加，城市化水平不斷提高，交通擁堵已經(jīng)成為一種“城市病”，我國(guó)一年因交通擁堵造成的經(jīng)濟(jì)損失已經(jīng)超過(guò)2 500億元［1］，單個(gè)交叉口的信號(hào)配時(shí)優(yōu)化已不能滿足現(xiàn)在的交通需求。因此，以干線道路作為研究對(duì)象的城市交通信號(hào)綠波優(yōu)化控制方法已經(jīng)逐步成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究重點(diǎn)［2］。然而現(xiàn)有的干線交通信號(hào)綠波控制多采用平行等寬的綠波，當(dāng)交通量發(fā)生變化時(shí)，可能造成綠波帶寬利用率的下降。因此，研究可根據(jù)交通量動(dòng)態(tài)變化的雙向綠波十分必要［3-4］。以南昌市鳳凰北大道為研究對(duì)象，實(shí)際調(diào)查道路幾何特征、信號(hào)配時(shí)方案、交通量和交通流特征，并通過(guò)調(diào)整交叉口信號(hào)配時(shí)方案，設(shè)計(jì)雙向感應(yīng)式動(dòng)態(tài)綠波控制方案。實(shí)際行車結(jié)果表明該控制方法能夠有效改善道路交通運(yùn)行情況［5］。

1 道路概況

鳳凰北大道位于南昌市紅谷灘新區(qū)東側(cè)，鄰近贛江，北起黃河路，南至香江路，呈南北向走勢(shì)。道路沿線分布著7個(gè)信號(hào)控制路口，其中黃河路為T型路口，其余為十字路口，地勢(shì)平坦，無(wú)較大起伏。該路段依托新區(qū)發(fā)展，鳳凰北大道-濠江路和鳳凰北大道-香江路為關(guān)鍵交叉口。道路北側(cè)的居民住宅區(qū)與南側(cè)的江西省人民醫(yī)院、廣場(chǎng)，是該路段交通量來(lái)源的重要組成部分。作為一條主干道，鳳凰北大道沿線道路條件良好，平峰期交通流穩(wěn)定，交通流處于相對(duì)自由流狀態(tài)；早晚高峰交通量較大，會(huì)出現(xiàn)排隊(duì)、擁堵等情況。鳳凰北大道某進(jìn)口道日交通量見(jiàn)圖1，數(shù)據(jù)單位時(shí)長(zhǎng)為5 min。

圖1 鳳凰北大道某進(jìn)口道日交通量

2 問(wèn)題分析

（1）鳳凰北大道信號(hào)配時(shí)方案與流量不匹配：各路口配時(shí)未按照路口實(shí)際流量進(jìn)行設(shè)計(jì)，導(dǎo)致交叉口有空放現(xiàn)象。如鳳凰北大道-珠江路路口平峰期時(shí)段支路方向92%比例的周期存在綠燈損失時(shí)間，平均每周期綠燈損失時(shí)間為7.7 s，占總體周期的11.86%。（2）鳳凰北大道（香江路-黃河路）已做協(xié)調(diào)優(yōu)化，但通行效果不佳，南北通行仍要多次停車。再者，鳳凰北大道沿線各路口均安裝流量檢測(cè)器，但利用率不高。

3 優(yōu)化策略

根據(jù)鳳凰北大道實(shí)際交通狀況，將鳳凰北大道7個(gè)路口作為一個(gè)整體進(jìn)行分析，依據(jù)流量分布劃分周期與時(shí)段，采用感應(yīng)式動(dòng)態(tài)綠波控制進(jìn)行優(yōu)化。動(dòng)態(tài)綠波控制需配置關(guān)鍵相位和非關(guān)鍵相位，在確保最小綠燈時(shí)間滿足行人安全過(guò)街后，通過(guò)流量檢測(cè)器檢測(cè)車流量。若檢測(cè)到非關(guān)鍵相位沒(méi)有車輛通過(guò)，將截?cái)嗑G燈，把剩余的綠燈時(shí)間分配給之后的關(guān)鍵相位；如果之后沒(méi)有關(guān)鍵相位，將會(huì)增加到下一個(gè)周期的關(guān)鍵相位上，從而增加綠波帶寬，減少綠燈損失。動(dòng)態(tài)綠波控制原理見(jiàn)圖2。

圖2 動(dòng)態(tài)綠波控制原理

在動(dòng)態(tài)綠波控制策略中，公共周期為75 s，平均設(shè)計(jì)速度為35 km/h。當(dāng)實(shí)際平均車速較低，即車流量與車道占有率變化超過(guò)閾值時(shí)，觸發(fā)系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整綠波帶與交叉口信號(hào)配時(shí)。

4 效果評(píng)價(jià)

在感應(yīng)式動(dòng)態(tài)綠波協(xié)調(diào)信號(hào)控制策略實(shí)施后，鳳凰北大道上過(guò)境機(jī)動(dòng)車通行效率顯著提高。主要體現(xiàn)為干線通行時(shí)間減少、干線停車次數(shù)減少、停車延誤減少、平均速度增加，見(jiàn)圖3、圖4，利用優(yōu)化前后一周的交通運(yùn)行情況進(jìn)行對(duì)比分析。

圖3 優(yōu)化前后平均行程時(shí)間對(duì)比

圖3、圖4分析表明：（1）調(diào)優(yōu)后的北向南方向平均行程時(shí)間由224 s減少到204.71 s，減少了8.61%；南向北方向平均行程時(shí)間由198.71 s減少到185.86 s，減少了6.47%。（2）調(diào)優(yōu)后的北向南方向平均停車次數(shù)由1.82次減少到1.02次，減少了43.96%；南向北方向平均停車次數(shù)由1.37次減少到0.53次，減少了61.31%。

圖4 優(yōu)化前后平均停車次數(shù)對(duì)比

從圖5可以看出，動(dòng)態(tài)綠波與定周期綠波相比，帶寬明顯增加，經(jīng)計(jì)算，各支路相位綠燈損失時(shí)間均有所減少［6］。

圖5 不同綠波帶寬

5 結(jié)語(yǔ)

隨著城市交通擁堵越來(lái)越嚴(yán)重，干線綠波控制可以有效緩解擁堵問(wèn)題，在實(shí)際應(yīng)用中有重要意義。對(duì)于大城市而言，單純的干線綠波協(xié)調(diào)控制還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，更需要區(qū)域路網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制；每條道路的幾何特征、交通流量均有所差別，提高控制方法的適應(yīng)性將是未來(lái)研究重點(diǎn)。