五家渠市交通信號控制系統(tǒng)可行性改造研究

楊 帥，程振興，李 智

(1.新疆公安廳交警總隊，新疆維吾爾自治區(qū) 烏魯木齊 830000；2.新疆生產建設兵團第六師公安局交通警察支隊，新疆維吾爾自治區(qū) 五家渠市 831300；3.新疆交通科學研究司法鑒定中心，新疆維吾爾自治區(qū) 烏魯木齊 830000)

1 引 言

五家渠市位于天山北麓，與昌吉市、烏魯木齊市相接，是新疆維吾爾自治區(qū)天山北坡經濟腹心地帶，也是從烏魯木齊到古爾班通古特沙漠最近的綠色通道。近年來，五家渠市社會經濟穩(wěn)步發(fā)展，機動車保有量增長迅速，城市交通管理控制的供需矛盾進一步凸顯。

傳統(tǒng)交通信號控制系統(tǒng)雖然可以實現交叉口流量分配，但單點控制模式不能對交通路網進行綜合考慮，控制模式較為單一。在某一交叉口產生較大車流量時，容易造成交叉口間的交通混亂現象。本文通過對交通信號控制系統(tǒng)進行改造升級，實現交叉口交通優(yōu)化控制。從而改善五家渠城市交通發(fā)展中存在的部分路口交通秩序混亂、交通設施配備不齊全不規(guī)范等問題，預防和減少交通事故，保障人民出行安全和社會穩(wěn)定。

2 道路交通控制系統(tǒng)

道路交通信號控制系統(tǒng)，是智能交通系統(tǒng)(ITS)在交通管理工作中的基本應用也是城市智能交通控制系統(tǒng)中最直接、最基礎的應用系統(tǒng)。完善的智能交通信號控制系統(tǒng)可以實現區(qū)域統(tǒng)籌優(yōu)化控制、關鍵路口擁堵控制、特殊勤務控制、聯(lián)網控制。

(1)區(qū)域統(tǒng)籌優(yōu)化控制

城市主干道具有明顯潮汐特征，需要結合不同的控制目標和控制模式，實施定周期控制或者擁堵控制，統(tǒng)籌協(xié)調路段通行能力、延誤水平、停車次數等關鍵指標，實現交通管控最優(yōu)化。

(2)關鍵路口擁堵控制

對產生擁堵的道路交叉口，需要利用瓶頸控制的方法，在擁堵路段上游進行信號配時調節(jié)和通行疏導，控制駛入的車流量，在擁堵路段下游相應增大通行能力，快速疏解交通。

(3)特殊勤務控制

針對特殊勤務，需要利用智能勤務控制功能，保障勤務車隊通行優(yōu)先；同時，相關交叉口應預留足夠的路口清空時間，保障相交方向的交通安全；引入視頻監(jiān)控，實時判斷路口特勤執(zhí)行時間和接觸時間，有效提高現場執(zhí)法效率。

(4)聯(lián)網控制

交通信號聯(lián)網控制以單個交叉口信號控制為基礎，在獨立控制的基礎上，通過統(tǒng)一的智能交通管控平臺實現與城市所有交叉口信號燈進行統(tǒng)一協(xié)調控制。

3 五家渠交通量預測

本文根據OD調查及對五家渠交通量調查結果，在路網現狀及規(guī)劃的基礎上，采用“擬合回歸法”預測五家渠市的交通流量。綜合考慮趨勢交通量、誘增交通量和轉移交通量，包括對未來交通增長趨勢、城市發(fā)展建設及不同交通方式間的轉換進行分析。

根據調研，截止2018年12月中旬五家渠市機動車保有量20 937輛，非機動車(電動車)保有量約21 000輛(其中在冊7 432輛)，注冊機動車駕駛人52 230人。目前，市區(qū)道路交通比較通暢，早晚高峰尚未出現嚴重擁堵路段。

結合五家渠市歷年經濟和人口規(guī)模、機動車保有量及主要城市主干道交通量增長情況，預計2020年五家渠市機動車保有量接近3萬輛，小城市日均機動化出行次數按2次/日，考慮過境及外埠車輛通行需要，預測五家渠城市道路機動車出行總量將達到6萬pcu/日以上。

4 現存問題

(1)既有信號控制設施陳舊，部分路口依然在沿用20世紀80年代安裝的信號燈及控制設施。信號控制機柜表面銹蝕、變形，不能實現密封防水的要求，機柜內電源及信號線束陳舊、搭放混亂、接口老化，容易受惡劣天氣或周邊環(huán)境，如暴雨、路面凈化、綠化灑水的影響，存在盜竊、漏電等安全隱患。

(2)重點城市道路交叉口信號控制設施廠家、型號、防水性、工作溫度及通信接口及其它技術參數標準不統(tǒng)一，一些交叉口非機動車、行人通行信號燈缺失或失靈，不利于建立城市交通控制信息平臺。

(3)部分交叉口通行管控設施不完備、缺少信號控制，路口渠化不足，交通高峰期機非混行嚴重，容易導致交通安全事故；一些路段標志標線舊損或缺失，機動車輛隨意停放、占道停放現象多發(fā)。

5 項目改造方案

5.1 基建方面

為了進一步聚焦重點、破解關鍵難題，規(guī)范區(qū)域交通秩序，提升城市形象，結合五家渠市城市道路交通實際，本文選擇將交通影響較大、交通問題較為突出的人民路、軍墾路、長征街、長安街等城市主干路，以及棗園街、學苑路等次干路沿線及周邊重點交叉口進行工程建設和改造。經調查統(tǒng)計，符合本項目新建要求的交叉口共17處，符合改建要求的交叉口共17處，總計需建設34處。

新建信號燈設施的交叉口：采用集中協(xié)調式信號機；有獨立左轉車道時，設計左轉信號燈；交叉口有人行橫道線時，設計人行信號燈；渠化路口，采用雙側立桿設置信號燈。

改造信號燈設施的交叉口：原有單點式信號機更換為集中協(xié)調式信號機；有獨立左轉車道時，設計左轉信號燈；交叉口有人行橫道線時，設計人行信號燈；盡量利用原有的立桿及信號燈。

交叉口信號燈一般由機動車信號燈、非機動車信號燈、人行信號燈組成。所有燈控交叉口必須設置機動車信號燈，可以設置非機動車信號燈和人行信號燈。典型十字型交叉口信號燈和T字型交叉口信號燈布設方式如圖1、圖2所示。

圖1 典型交叉口信號燈平面布置圖(十字型)

圖2 典型交叉口信號燈平面布置圖(T字型)

5.2 交通信號控制系統(tǒng)改造

傳統(tǒng)的交通信號控制系統(tǒng)采用單點控制模式，并配合人力信號配時調節(jié)。控制方式單一、控制方案死板，在交通流高峰時期只對單一交叉口控制容易造成多個交叉口混亂。對信號系統(tǒng)的改造采用了集中協(xié)調式智能信號機，以固定信號配時方案、單點控制為基礎，接入交通管理指揮中心信號控制平臺，為實現聯(lián)網控制打下了基礎。實現了基于交通流量分析和視頻監(jiān)測的多種優(yōu)化調節(jié)控制方式，并針對特殊車輛、勤務、警衛(wèi)任務建立臨時管控方案。

交通信號控制系統(tǒng)是交通指揮中心采集交通數據、控制交通流的核心子系統(tǒng)，通過自動優(yōu)化交通信號燈配時方案，減少交叉口車輛擁堵和延誤，充分發(fā)揮交通信號控制系統(tǒng)的調控作用。

(1)系統(tǒng)結構

基于對五家渠市現行城市路網布局及交通流特征分析，本文采用“強調單點交叉口和干線(綠波帶)的戰(zhàn)術控制(中心弱干預)”與“強調中心(區(qū)域)網絡的戰(zhàn)略控制(中心強干預)”相結合的架構思路。交通信號控制系統(tǒng)采用三級分布式系統(tǒng)結構框架，即單點路口級信號控制系統(tǒng)、區(qū)域(子區(qū))級信號控制系統(tǒng)和中心網絡級信號控制系統(tǒng)。通過路口控制級、區(qū)域控制級、中心控制級逐層傳遞，將信號機及檢測器采集交叉口實施交通數據分析轉化為交通信息，從而對交叉口信號機進行數據分配，以調整配時方案，自主控制各入口燈色變換。

(2)網絡架構

改造的智能交通信號控制系統(tǒng)主要由交通信號中心控制中心、智能交通信號控制機、通信網絡三部分組成。信號控制機負責現場交通信號的處理和實施上層控制命令的功能；交通信號控制系統(tǒng)中心完成交通信號的控制、管理與優(yōu)化。交通信號控制系統(tǒng)的網絡架構主要包括信號部分及通信部分，其中信號服務器及客戶端安裝于計劃的指揮中心，主要用于監(jiān)視和修改路口控制參數等；通信部分主要包括光端機和通信網絡，本文設計各路口采用光端機與中心設備相連，通信接口采用RJ45口。

6 總 結

通過對現有信號控制系統(tǒng)單一控制方式的改造，改造后的交通信號控制系統(tǒng)具有路口信號機實時監(jiān)測功能，系統(tǒng)能夠實時獲得路口信號機的狀態(tài)信息，包含檢測器檢測到的車輛信息，如流量、車速、占有率等檢測器信息、信號機的工作狀態(tài)的故障信息、控制點信號燈的燈色狀態(tài)的信號燈燈色信息、及信號機特征參數及時間信息。通過這些信息，智能交通信號控制系統(tǒng)可以實現綠波帶設置功能，實現整個控制子區(qū)的最優(yōu)化控制，各交叉口運行狀況達到整體最優(yōu)化。