城市干道交通信號(hào)優(yōu)化控制方案研究

蔣亞明

中遠(yuǎn)海運(yùn)科技股份有限公司 上海 200135

1 前言

交通信號(hào)管理是一項(xiàng)綜合性的系統(tǒng)控制工程。隨著交通環(huán)境的日益復(fù)雜以及交通流量的激增，治堵，除了發(fā)展公共交通等大舉措，還要從細(xì)處著手，通過(guò)精細(xì)化管理，緩解城市擁堵。結(jié)合城市交通管理的實(shí)際需求，建立及時(shí)有效的信號(hào)控制，更好地應(yīng)對(duì)復(fù)雜的交通狀況，使道路交通更加智能、高效。城市干道通行效率是衡量交通信號(hào)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)重要指標(biāo)，也是城市交通管理的重要組成部分。

2 信號(hào)控制的常見(jiàn)方式

有效的信號(hào)管理旨在減少平均停車時(shí)間，確保車輛行駛的順暢和安全。主干道信號(hào)控制將多個(gè)交叉口信號(hào)控制系統(tǒng)連接到城市中心，并在相鄰交叉口的信號(hào)開(kāi)始時(shí)產(chǎn)生相位差，以便車輛能夠以限定速度，沿干道盡可能連續(xù)、不停車行駛。作為區(qū)域信號(hào)管理的一部分，一個(gè)區(qū)域內(nèi)的所有信號(hào)交叉口協(xié)調(diào)控制稱為區(qū)域控制，即面控[1]。根據(jù)這種控制模式，所有來(lái)自該區(qū)域的控制信號(hào)都被傳輸?shù)娇刂浦行模?dāng)車輛通過(guò)交叉口時(shí)，時(shí)間線被調(diào)整，可以減少等待時(shí)間，提高了中心、區(qū)域控制和路網(wǎng)的效率。當(dāng)交通條件相對(duì)穩(wěn)定且隨機(jī)變化較小時(shí)，可選擇時(shí)間控制方式。時(shí)間控制方式簡(jiǎn)單，多階段協(xié)調(diào)，設(shè)備小巧可靠。這是國(guó)內(nèi)外使用最廣泛的信號(hào)管理方法。

3 交通信號(hào)控制管理工作上存在的困境

（1）人力不足，特別是在對(duì)于交通信號(hào)優(yōu)化需求很大的一二線城市，一般都是一個(gè)民警負(fù)責(zé)一個(gè)交通信號(hào)控制交叉口，往往都是顧此失彼，無(wú)法做到對(duì)每個(gè)交通信號(hào)交叉口的精細(xì)化管理，對(duì)于這樣的情況民警也是心有余而力不足；

（2）交通信號(hào)調(diào)優(yōu)技術(shù)專業(yè)性不強(qiáng)，大部分民警都是依靠長(zhǎng)期在工作崗位上積累的經(jīng)驗(yàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)交通信號(hào)優(yōu)化管理，交叉口的相位設(shè)置以及配時(shí)的合理性得不到保證[2]；

（3）交管部門對(duì)于交通信號(hào)調(diào)優(yōu)的人員和技術(shù)沒(méi)有一套完整的管理模式，調(diào)優(yōu)技術(shù)良莠不齊，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)優(yōu)技術(shù)和流程的統(tǒng)一性。

4 交通信號(hào)優(yōu)化內(nèi)容

交通信號(hào)優(yōu)化工作一直在發(fā)展和完善并形成一套較完整的體系，不再是簡(jiǎn)單的對(duì)交通信號(hào)燈配時(shí)和方案的調(diào)優(yōu)了，現(xiàn)在已經(jīng)從技術(shù)優(yōu)化發(fā)展成為管理模式優(yōu)化。交通信號(hào)優(yōu)化工作主要包括四個(gè)部分：基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集、技術(shù)優(yōu)化、日常巡查、技術(shù)研究。

4.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集

（1）制定交通信號(hào)巡查、優(yōu)化、數(shù)據(jù)建檔工作流程。

（2）歸納不同路類型的相位設(shè)計(jì)模式、子系統(tǒng)設(shè)計(jì)模式以及路口信號(hào)的各類解決方法。

（3）建立路口臺(tái)賬，對(duì)所有路口的交通信號(hào)控制參數(shù)有關(guān)的信息進(jìn)行核查。

4.2 技術(shù)優(yōu)化

（1）對(duì)路口的各時(shí)段的交通流運(yùn)行特征進(jìn)行分析，針對(duì)交叉口交通控制現(xiàn)狀的不合理的地方提出更加符合路口現(xiàn)狀的控制方案，通過(guò)分析、仿真、方案優(yōu)化等工作生成科學(xué)高效的配時(shí)方案。

（2）各時(shí)段對(duì)對(duì)綠波路段路測(cè)，針對(duì)不同交通流對(duì)應(yīng)的綠波效果評(píng)測(cè)，通過(guò)分析、仿真、方案優(yōu)化等工作生成科學(xué)高效的綠波方案。

（3）在基于點(diǎn)控、線控的基礎(chǔ)上開(kāi)展面控的工作，通過(guò)分析各個(gè)路段的特點(diǎn)合理劃分區(qū)域，實(shí)行區(qū)域協(xié)調(diào)控制，及時(shí)優(yōu)化不合理的子系統(tǒng)[3]。

4.3 日常巡查

（1）24小時(shí)監(jiān)視路口報(bào)警提示及時(shí)報(bào)修。

（2）巡查路口信號(hào)燈桿件、信號(hào)機(jī)箱等硬件，對(duì)需要維修的硬件設(shè)施及時(shí)報(bào)修。

（3）巡查交叉口相位以及配時(shí)的準(zhǔn)確性和合理性，做好巡查記錄。

（4）巡查路段綠波運(yùn)行效果，及時(shí)發(fā)現(xiàn)綠波的狀態(tài)做好記錄。

（5）對(duì)交管微博、郵件、市長(zhǎng)熱線等渠道收集市民反映的交通信號(hào)問(wèn)題巡查核實(shí)具體情況。

4.4 技術(shù)研究

（1）研究交通信號(hào)控制關(guān)鍵技術(shù)及控制策略。

（2）對(duì)指定范圍、目標(biāo)對(duì)象進(jìn)行專題研究、評(píng)估、撰寫專題報(bào)告。研究并開(kāi)發(fā)交通信號(hào)優(yōu)化相關(guān)輔助軟件。

5 交通信號(hào)控制管理平臺(tái)

樹(shù)立交通信號(hào)優(yōu)化的理念，總結(jié)長(zhǎng)期積累的交通信號(hào)優(yōu)化經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合交通信號(hào)優(yōu)化管理者工作上遭遇的困境，針對(duì)性地開(kāi)發(fā)交通信號(hào)優(yōu)化管理平臺(tái)。

在交通信號(hào)控制管理平臺(tái)中，處于頂層的交管部門是整個(gè)信號(hào)控制優(yōu)化工作的管理者和主導(dǎo)者；中間層是為交通信號(hào)優(yōu)化工作相關(guān)的各種服務(wù)團(tuán)隊(duì)，這一層是各種問(wèn)題反饋、溝通、協(xié)調(diào)的關(guān)鍵；底層是具體工作內(nèi)容產(chǎn)生的數(shù)據(jù)、文檔、報(bào)告等資料的輸出。平臺(tái)決策層就是交通信號(hào)控制服務(wù)，這個(gè)服務(wù)是由交管部門代表、交通信號(hào)優(yōu)化團(tuán)隊(duì)代表、各支隊(duì)聯(lián)系人等組成。一切與信號(hào)控制優(yōu)化工作相關(guān)的任務(wù)計(jì)劃制定、任務(wù)單分派及各方資源的統(tǒng)籌調(diào)度都由核心層來(lái)完成。平臺(tái)執(zhí)行層就是交通信號(hào)優(yōu)化服務(wù)，這個(gè)服務(wù)是由交通信號(hào)優(yōu)化工作相關(guān)的各種服務(wù)團(tuán)隊(duì)組成，團(tuán)隊(duì)在工作上必須嚴(yán)格落實(shí)“兩化”，規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化。規(guī)范化主要體現(xiàn)在團(tuán)隊(duì)成員的配備和團(tuán)隊(duì)工作的內(nèi)容兩個(gè)方面，標(biāo)準(zhǔn)化主要體現(xiàn)在相關(guān)的數(shù)據(jù)和執(zhí)行的工作流程[4]。

6 交通信號(hào)控制協(xié)調(diào)優(yōu)化

6.1 制定信號(hào)控制策略計(jì)劃，推進(jìn)信號(hào)分配精細(xì)化管理

（1）交通信號(hào)控制計(jì)劃。根據(jù)城市道路交通現(xiàn)狀，結(jié)合交通管制特點(diǎn)、現(xiàn)有道路條件、設(shè)備條件，在全市規(guī)劃、城市道路交通規(guī)劃、城市交通管理規(guī)劃的基礎(chǔ)上，制定專項(xiàng)交通管制法規(guī)。規(guī)劃和指導(dǎo)交通控制設(shè)施建設(shè)，優(yōu)化交通信號(hào)布置。

（2）定制交通信號(hào)場(chǎng)景的控制策略。通過(guò)分析路況、交通流的特點(diǎn)和變化趨勢(shì)，分析不同交通場(chǎng)景下的交通控制目標(biāo)，如商業(yè)集中、區(qū)域連通道路、快速道路通道、重要橋隧、主干道等，明確長(zhǎng)距離綠波協(xié)調(diào)、短程綠波協(xié)調(diào)等，配合其它技術(shù)措施，建立交通信號(hào)現(xiàn)場(chǎng)的控制策略。

（3）建立了交通信號(hào)的時(shí)區(qū)控制措施。在高峰時(shí)段，強(qiáng)調(diào)交通流的平衡，增加交通流量，積極緩解交通壓力。對(duì)信號(hào)時(shí)間周期進(jìn)行調(diào)整、優(yōu)化相位，并采取綠波協(xié)調(diào)等措施，以確保綠波協(xié)調(diào)損失最小、停車次數(shù)最少為目標(biāo)，保證車輛有序、高效通過(guò)，達(dá)到最高通行效率。在平峰和夜間時(shí)段，通過(guò)縮短時(shí)間、簡(jiǎn)化相位、引導(dǎo)控制、協(xié)調(diào)速度控制等措施，以確保道路通行安全為重點(diǎn)，減少交通延誤。

（4）設(shè)置靈活的交通信號(hào)控制相位。根據(jù)交通流量的變化，結(jié)合整個(gè)信號(hào)控制策略，分析路況特征、交通流特征和交通行為習(xí)慣，通過(guò)選擇信號(hào)控制階段，如合并階段，優(yōu)化整體交通信號(hào)控制。同時(shí)，在創(chuàng)新相位優(yōu)化過(guò)程中，通過(guò)各種手段強(qiáng)化宣傳，加強(qiáng)交叉口的培訓(xùn)引導(dǎo)，提升相位控制效果。

（5）交通信號(hào)控制設(shè)計(jì)。其設(shè)計(jì)旨在提供多時(shí)段和多方向控制，根據(jù)道路交通流高峰、平峰和夜間時(shí)段的變化改變控制周期，并設(shè)計(jì)分配計(jì)劃以滿足每個(gè)時(shí)段的交通流特征。根據(jù)惡劣天氣條件提前安排專項(xiàng)控制計(jì)劃。

6.2 優(yōu)化配套交通組織措施，促進(jìn)時(shí)空一體化發(fā)展

（1）注重交通信號(hào)控制與交通組織結(jié)合。通過(guò)完善交通標(biāo)志、標(biāo)線、隔離護(hù)欄、行人安全島等設(shè)施設(shè)置，減少機(jī)動(dòng)車、非機(jī)動(dòng)車和行人的相互沖突與交織。在采用綠波協(xié)調(diào)的路段，統(tǒng)籌考慮交通流匯入控制，通過(guò)合并道路沿線出入口、設(shè)置中央隔離護(hù)欄、調(diào)整公交站臺(tái)或人行橫道位置等方式，盡可能減少對(duì)主線交通的干擾，保障綠波協(xié)調(diào)控制的效果。

（2）強(qiáng)化交通信號(hào)與渠化設(shè)計(jì)融合。強(qiáng)化交通信號(hào)與交叉口渠化設(shè)計(jì)的融合，提高道路資源利用率。在實(shí)施交通信號(hào)控制的交叉口同步優(yōu)化渠化設(shè)計(jì)，通過(guò)調(diào)整進(jìn)口車道功能、非機(jī)動(dòng)車和行人過(guò)街方式和設(shè)置待行區(qū)等措施，確保交通信號(hào)控制效果得以實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，因不同路段、路口采取設(shè)置可變車道、潮汐車道、共享車道、分時(shí)段禁向管理等方法，最大程度提高交叉口時(shí)空利用率。

（3）大力推廣時(shí)空資源深度挖掘技術(shù)應(yīng)用。大力推廣時(shí)空資源深度挖掘應(yīng)用技術(shù)，緩解時(shí)空資源不足交叉口的交通擁堵。通過(guò)“時(shí)間與空間互補(bǔ)、順向與逆向車道互補(bǔ)、寬度不足長(zhǎng)度補(bǔ)”等交通組織理念，應(yīng)用逆向可變車道控制、潮汐車道控制、同向可變車道控制等時(shí)空融合技術(shù)，充分利用精細(xì)化、規(guī)范化管理手段，深度挖掘道路時(shí)空資源[5]。

6.3 規(guī)范信號(hào)設(shè)施建設(shè)，提高系統(tǒng)智能化水平。

（1）規(guī)范信號(hào)控制設(shè)施建設(shè)。按照《道路交通信號(hào)燈設(shè)置與安裝規(guī)范》（GB14886）的規(guī)定，加快推進(jìn)符合條件的非燈控交叉口的信號(hào)燈建設(shè)；尚不具備設(shè)置信號(hào)燈條件的交叉口要設(shè)置相應(yīng)的讓行標(biāo)志、標(biāo)線；新增或更換信號(hào)機(jī)時(shí)應(yīng)充分考慮控制需求、信號(hào)管控范圍以及系統(tǒng)設(shè)備兼容性等因素，合理選擇交通信號(hào)控制機(jī)品牌與型號(hào)；交通信號(hào)機(jī)應(yīng)盡可能的滿足感應(yīng)控制、實(shí)時(shí)交通信號(hào)優(yōu)化、行人過(guò)街、公交信號(hào)優(yōu)先、可變車道信號(hào)控制等多種應(yīng)用需求，具備自動(dòng)校時(shí)、交通信號(hào)遠(yuǎn)程控制、勤務(wù)控制、預(yù)案控制、遠(yuǎn)程方案調(diào)試、協(xié)調(diào)控制、多時(shí)段控制等控制功能；要確保設(shè)備的穩(wěn)定性，同一控制區(qū)域盡量選用同一品牌的交通信號(hào)機(jī)，便于實(shí)現(xiàn)設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)和協(xié)調(diào)控制，連接信號(hào)燈和信號(hào)機(jī)的接線端子和電纜應(yīng)保證一燈一線，滿足靈活調(diào)整的信號(hào)相位需要。

（2）加強(qiáng)交通檢測(cè)設(shè)備建設(shè)及應(yīng)用。推進(jìn)交通檢測(cè)設(shè)備接口標(biāo)準(zhǔn)化，鼓勵(lì)各類檢測(cè)設(shè)備與信號(hào)機(jī)在前端實(shí)現(xiàn)直聯(lián)互通和數(shù)據(jù)共享，提高交通信號(hào)控制設(shè)備對(duì)交通流的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確感知能力。對(duì)選用的線圈、地磁、視頻、微波或雷達(dá)等交通檢測(cè)設(shè)備，要精準(zhǔn)采集交通流量、排隊(duì)長(zhǎng)度、占有率、車頭時(shí)距等多元數(shù)據(jù)，為交通信號(hào)控制提供數(shù)據(jù)支撐。

7 結(jié)束語(yǔ)

城市干道交通信號(hào)控制系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)化和管理優(yōu)化是提高道路通行效率、充分發(fā)揮道路服務(wù)作用的關(guān)鍵。