基于綠波控制的道路連續(xù)交叉口配時(shí)優(yōu)化

尹衍航，宋新萍

（201600 上海市 上海工程技術(shù)大學(xué) 機(jī)械與汽車工程學(xué)院）

0 引言

城市的交通狀況與城市的發(fā)展息息相關(guān)，當(dāng)城市規(guī)劃沒(méi)有預(yù)見(jiàn)性，在城市發(fā)展到一定程度時(shí)，落后的城市規(guī)劃就會(huì)帶來(lái)交通擁堵的問(wèn)題，其中，連續(xù)交叉口的擁堵?tīng)顩r尤為嚴(yán)重。在不對(duì)道路進(jìn)行重新規(guī)劃的情況下，優(yōu)化交通配時(shí)就能極大減輕道路的擁堵?tīng)顩r[1]。

針對(duì)連續(xù)道路交叉口的信號(hào)配時(shí)問(wèn)題，目前較為公認(rèn)的方法就是綠波控制[2]。通過(guò)協(xié)調(diào)相鄰路口的信號(hào)配時(shí)，實(shí)現(xiàn)綠波通行，達(dá)到快速通行的目的。以日照市濟(jì)南路為例，在菏澤路、北京路之間的路段交通信號(hào)配時(shí)存在缺陷，此路段周圍環(huán)境復(fù)雜，有學(xué)校和大型商場(chǎng)，高峰時(shí)車流量大，交通擁堵情況非常嚴(yán)重。

1 道路數(shù)據(jù)

1.1 道路基本情況

山東路主路為雙向8 道布局，路口處為2 條直行道，一條左轉(zhuǎn)道，一條直行道。所選路段有3 個(gè)交叉口，分別與菏澤路、棗莊路、北京路相交，下文將其交叉口簡(jiǎn)稱為交叉口1，交叉口2和交叉口3。其中，菏澤路與北京路相距約420 m，棗莊路與北京路相距約450 m。菏澤路為雙向6車道，棗莊路為雙向4 車道，北京路為雙向8 車道。

1.2 道路車流量

車流量選取某一高峰時(shí)間段數(shù)據(jù)，如表1所示。

表1 高峰時(shí)各路口車流量(pcu/h)Tab.1 Traffic flow at each junction during peak hours (pcu/h)

1.3 道路現(xiàn)有信號(hào)燈配時(shí)方案

各路口現(xiàn)有信號(hào)配時(shí)相互獨(dú)立，周期也不相同，如表2—表4 所示。

表2 菏澤路-濟(jì)南路現(xiàn)行信號(hào)配時(shí)Tab.2 Current green signal time of Heze Road -Jinan Road

表3 濟(jì)南路-棗莊路現(xiàn)行信號(hào)配時(shí)Tab.3 Current green signal time of Jinan Road -Zaozhuang Road

表4 濟(jì)南路-北京路現(xiàn)行信號(hào)配時(shí)Tab.4 Current green signal time of Jinan Road -Beijing Road

2 配時(shí)優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 確定信號(hào)周期

利用Webster 配時(shí)方法[3]分別確定每一個(gè)交叉口的信號(hào)周期

式中：C0——最佳周期時(shí)長(zhǎng)，s；L——信號(hào)周期的總損失時(shí)間，s；Y——所有相位最大流量比之和。

式中：l——啟動(dòng)損失時(shí)間，s；Ii——第i 相位末的綠燈間隔時(shí)間，s；Ai——第i 相位末的紅燈間隔時(shí)間，s。

式中：qi——第i 相位的最大車流量直行當(dāng)量值；ST——各進(jìn)口直行飽和流率值。

經(jīng)過(guò)計(jì)算，所選路段3 個(gè)交叉口信號(hào)周期分別為119，86，142 s。其中第3 個(gè)路口信號(hào)周期最長(zhǎng)，且為關(guān)鍵路口，因此確定系統(tǒng)周期為142 s。

2.2 確定各相位綠燈時(shí)間與相位差

首先確定每一個(gè)交叉口的有效綠燈時(shí)間[4]：

式中：Ge——有效綠燈時(shí)間，s；C——系統(tǒng)周期時(shí)間，s。

然后，根據(jù)各相位交通量比值分配各相位有效綠燈時(shí)間

式中：gi——第i 相位有效綠燈時(shí)間，s；yi——第i 相位的流量比。

計(jì)算后得各路口綠燈時(shí)間如表5—表7 所示。

表5 濟(jì)南路-菏澤路改進(jìn)后信號(hào)配時(shí)Tab.5 Green signal time after improvement of Jinan Road -Heze Road

表6 濟(jì)南路-棗莊路改進(jìn)后信號(hào)配時(shí)Tab.6 Green signal time after improvement of Jinan Road -Zaozhuang Road

表7 濟(jì)南路-北京路改進(jìn)信號(hào)配時(shí)Tab.7 Green signal time after improvement of Jinan Road -Beijing Road

最后確定各交叉口的相位差[5]。相位差是決定整個(gè)系統(tǒng)控制效果的關(guān)鍵，利用圖解法[6]計(jì)算，如圖1 所示。經(jīng)過(guò)計(jì)算，路口3 的相位偏位為0 時(shí)，路口2 的相位偏移為42 s，路口1 的相位偏移為62 s 時(shí)，道路通行能力最強(qiáng)。

圖1 時(shí)距圖Fig.1 Time interval diagram

3 仿真分析

利用Vissim 軟件進(jìn)行仿真分析，繪制路網(wǎng)，建立道路模型，將道路流量、配時(shí)方案、平均車速等基本數(shù)據(jù)導(dǎo)入模型后進(jìn)行仿真仿真。

分別將現(xiàn)有交通信號(hào)配時(shí)方案與改進(jìn)后的配時(shí)方案導(dǎo)入模型進(jìn)行模擬。

通過(guò)Vissim 自帶的評(píng)估功能，我們分別對(duì)2種配時(shí)方案下濟(jì)南路東西道路通行情況進(jìn)行了評(píng)估。本次評(píng)估選擇延誤、行程時(shí)間與平均排隊(duì)長(zhǎng)度作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，評(píng)價(jià)結(jié)果如表8 所示。

對(duì)比評(píng)估結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于現(xiàn)有交通配時(shí)方案，本文配時(shí)方案的各方面指標(biāo)都優(yōu)于現(xiàn)有配時(shí)方案，通過(guò)綠波控制形成的綠波帶極大提高了道路的通行效率，有效地減輕了交通擁堵的狀況。

表8 改進(jìn)前后信號(hào)配時(shí)方案評(píng)價(jià)結(jié)果Tab.8 Evaluation results of signal timing scheme before and after improvement

4 結(jié)論

本文從實(shí)際出發(fā)，發(fā)現(xiàn)道路信號(hào)控制存在的缺陷，利用綠波控制思想，對(duì)整個(gè)路段信號(hào)配時(shí)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)優(yōu)化，并用Vissim 軟件對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行仿真模擬，最終確定最優(yōu)化道路配時(shí)方案，解決了道路擁堵和通行效率低下的問(wèn)題。