城市區域交通疏導系統控制

劉士源 陳偉利 郭慧鑫 孫天璽 王賀群 李旺函

（吉林建筑大學電氣與計算機學院，吉林長春 130000）

信號控制環形交叉路口在中國的每個城市都得到了廣泛的應用。交叉路口中，存在各種各樣的交通問題影響居民的出行，降低了出行效率，同時也影響了駕駛體驗，其主要原因是由于在環島中，部分信號燈的控制方式沒有得到改善，并且存在著沖突和“交織”現象，所以，部分環島交叉路口應當為其設計合理的交通信號控制方案。本篇論文選取長春市新民廣場的環形交叉路口作為研究主題，對該區域的信號交通燈控制方案進行調查、分析，后推出行之有效的解決方案。在與原來的方案進行比較，在對比分析的基礎上提出新民廣場環島最優方案。

1 新民廣場環島交通情況概述

本組成員為了對新民廣場環島進行研究，了解其運行特點，全面展開交通方面調查，新民廣場環島共有五個分支路口，這五個分支路口分別是：（1）東工農大路；（2）新民大街；（3）自由大路；（4）西工農大路；（5）延安大街。新民廣場除環行五道支進入延安大街入口無信號燈外，其他入口道路均設有信號燈。基于此環島，我們分派五個人分別對這些路口的交通燈進行監控，檢測起交通燈變換時間，以及在擁堵路段時，各個路口擁堵程度，最后進行匯總分析（如表1 所示）。全面檢測擁堵時段，各個路口大致擁堵狀況，全面了解新民大街實際路況，對擁堵情況繪制道路擁堵指數圖（如圖1 所示）。

交叉路口 紅燈亮起時間 黃燈亮起時間 綠燈亮起時間東工農大路 37s（秒） 3s（秒） 50s（秒）新民大街 47s（秒） 3s（秒） 40s（秒）自由大路 42s（秒） 3s（秒） 45s（秒）西工農大路 23s（秒） 3s（秒） 64s（秒）延安大街 無交通信號燈 無交通信號燈 無交通信號燈

圖1 環島支路入口道燈色圖

從圖信號燈色配時圖（圖1）以及道路擁堵指數圖（圖2）中能夠更為直觀的觀察交通信號燈在各個路口的分布時間，其總周期為90s（秒）（由于延安大街未安裝交通信號燈，所以圖1 中沒有描繪該路口信號燈各色時間分布）。

圖2 道路擁堵指數圖

經上述圖表總結以及組內成員實際調查分析，得出問題原因有以下兩點：

（1）西工農大路車流量較大，同時其與新民大街有嚴重的交織現象，在較大程度上阻礙了駛出工農大路的車流，甚至導致車流在使出環島的交叉口內，排隊等候。

（2）相比于新民大街和延安大街，東工農大路車輛相對比較混亂，且東工農大路入口前人行橫道沒有對路人進行指揮的交通信號燈，同時也存在大量非機動車，此處車流量較大，其與延安大街之間交織現象嚴重，很大程度上影響了車流運行，造成交通擁堵。

基于上述兩點，本文提出一種基于協調控制思想的控制方案,用以對長春市新民廣場交通擁堵情況進行改善。

2 基于協調思想的環島信號燈控制方案

由于環形交叉口為特殊交叉口形式，所以在某種程度上，它也屬于交叉口，從這方面來講在正常機動車道路上的交叉路口有用的理論在環島也是發揮作用的。當交叉口采用信號控制時，為了提高其控制效率，通常采用與周圍上游不連接的協調控制方法，以減少平均延誤時間，使通過交叉口的車輛能夠順利通過。

控制思路：

基于以上分析，通過分析新民廣場環島各個分支與上游交叉口的擁堵情況，提出一種協調控制方案：通過控制新民廣場各個支路它們的上游交叉路口交通信號燈綠燈的長短，協調控制使得行駛到新民廣場環島的各個支路口的車流在時間上分離[1]，從而解決新民廣場早晚高峰，因環島問題引發的嚴重交通堵塞，以及汽車擁堵水泄不通的現狀。

為了本方案的實行，有必要更加清晰的了解新民廣場環島的各個支路口與其上游交叉路口之間的關系，我們對其上游交叉路口情況進行了調查研究。結果如表2 所示。

表2 各支路口上游信號現有配時方案

由上表不難發現，新民廣場環島各支路上游交叉口整體循環時間約為130s。由于協調控制的基礎是保證每個路口都有相同的周期，所以選擇130s，為各支路的上游交叉路口的共同循環時間，從而進一步重新計算各入口道路的綠燈時間，如表3 所示。

表3 依據本文協調方案得出各路口上游信號配時方案

由此，我們進行了各個支路入道口燈色圖繪制，繪制如下圖3所示。

圖3 各支路入口道燈色圖（虛擬繪圖）

通過組內實際調查得到上游交叉口與各支路入口車輛的平均行駛時間，我們以此作為上游交叉口與各支路入口車輛的相位差[2]，如表4 所示。

表4 上游交叉口行駛至各支路入口道的平均行駛時間

本文提出的交通配時方法，要確定新民廣場各個入口道路的相位差。本組成員實際調查后采用區間車輛的行駛時間作為相位差。如表5 所示。

表5 調查入口道路車輛行駛時間分析表

繪制各支路上游交叉口燈色圖,如圖4 所示。

圖4 各支路其上游交叉口燈色圖

3 進行仿真效果驗證

3.1 VISSIM 仿真軟件介紹。VISSIM 作為交通模擬過程中最常用的仿真軟件，它可以較為微觀地描述駕駛過程道路上車輛的整個復雜的交通過程，同時能夠模擬各種條件下的交通狀況，并且有效地評估它。本文選擇VISSIM 作為仿真平臺。本組利用VISSIM 進行仿真驗證，VISSIM為一種實用的交通仿真軟件。

圖5 新民廣場原有配時方案下的效果仿真圖

圖6 新民廣場協調控制思想提出的配時方案下的效果仿真圖

3.2 仿真實驗。我們對原新民廣場環形交叉口抽取早高峰數據來進行仿真，仿真效果如圖5 所示，不難看出，早高峰車流量大，車流交雜，而且車流量密度大，交通擁堵情況嚴重。然后我們在對本文提出的基于協調控制思想提出的控制方案進行模擬仿真，仿真效果如圖6 所示，車流量發生了改變，大大緩解了交通擁堵的現狀，極大程度上緩解了新民廣場環型交叉口早高峰擁堵情況。

3.3 結果分析。上文分別原新民廣場環島配時方案和本文提出的基于協調控制的配時方案進行仿真驗證。同時并利用各入口道的車輛平均延誤分別與新民廣場原配時方案和本文提出的配時方案[3]進行評估。通過仿真后的我們結果分析發現，基于協調控制思想提出的配時方案將各入口車道平均時延降低了38.51%，這也充分證明了所提本篇文章協調控制思想的方案可行性以及有效性。通過協調控制，改變上游交叉路口的綠燈時間，有效的的解決了新民廣場交通擁堵問題，同時相比于同種類解決道路交通解決方案，本文提出的基于協調控制的配時方案無疑是更加節約成本，省時省力，本方案可實施性強，可以大范圍推廣使用，用以解決類似的環形交叉路口交通疏導的一系列問題。

4 結論

國內交通疏導系統的技術發展還是比較落后的現狀，并且中國是個人口大國，許多大城市的交通現狀并不樂觀，對交通疏導系統的需求也是非常巨大的。所以本文提出了協調控制的疏導方案用以解決日益嚴重的環島交通擁堵問題，選擇以新民廣場為對象，提出一種協調控制配時方案，并利用通用仿真軟件：VISSIM，對改進前后的實施效果進行了仿真驗證，仿真證明了協調控制思想提出的配時方案在工程實踐中的可行性。對緩解信號控制環形交叉口的交通擁堵問題具有非常顯著的效果，對交通實踐中其他類似環形交叉口同樣也具有指導意義。