預防排隊溢出策略在城市經濟中的作用

文/陸玉雪 晏永廷 肖海承（.昆明理工大學交通工程學院；.曲靖交通信號配時中心）

一、預防排隊溢出策略對城市經濟的意義

經濟社會的發展帶來最直接的社會變化，就是人們之間的信息交流、物質交流呈暴發式增長，出行頻率越來越高，出行距離越來越遠，貨物交流的數量越來越多、速度越來越快，由此造成的后果就是交通越來越堵。城市是人類最集中、經濟最活躍、交通最繁忙的地方。城市交通擁堵已成為各國各城市的難題，制約著經濟社會的可持續發展。現實生活中經常有這樣的情況，一個區域的經濟會隨著這個區域交通擁堵的加劇而逐漸衰落，交通擁堵與民生息息相關，解決交通問題就是在解決民生問題。道路交叉口是交通的節點，排隊溢出又是導致節點不暢的重要原因，解決好排隊溢出問題，對提高路口通行能力、保障交通安全和暢通、提高城市經濟水平具有重要意義。

交通擁堵不僅會導致經濟社會諸項功能的衰退，而且還將引發城市生存環境的持續惡化，成為阻礙發展的“城市頑疾”。交通擁堵給社會整體經濟造成了巨額的損失。首先，市民的日常工作效率明顯下降。擁堵浪費了大量的有效工作和休息時間，所造成的緊張抑郁情緒也讓市民的工作效率大打折扣。以北京為例，在平均每年每人擁堵耗時100個小時的情況下，每年所造成的時間價值損失高達282億元。在政府投入方面，政府不得不為了緩解擁堵，追加在道路養護和修建方面的投入，拓寬原有道路，新建微循環道路和停車設施等。交通擁堵造成的大氣污染問題也需要政府投入巨資治理，并為大氣污染所導致的病患支付更多的醫療費用，并追加醫院等醫療設施的投入。根據交通運輸部發布的數據，交通擁堵帶來的直接經濟損失相當于每年GDP的5%-8%，高達2500億元。

隨著我國經濟的快速發展和人們收入水平的不斷提高，全國各地出現了交通擁堵現象。現如今，交通狀況已經成為影響經濟發展的重要條件。城市交通擁堵對經濟的直接影響主要體現在企業內部經濟和客戶利益兩方面，這兩方面都與經濟相關，一個是對運輸相關企業的影響，一個是對消費者的影響。交通狀況好，能促進經濟的發展，狀況不好將制約或阻礙經濟的發展，這已經或正在被現實所證實。交通的通暢或擁堵是一個通行的問題，同時在很大程度上又是一個經濟和社會問題，必須認真研究并設法解決。因此本文為預防排隊溢出導致大面積交通擁堵，對曲靖市麒麟區的交通狀況進行調查后根據交叉口排隊長度提出一些交通管理策略，促進交通狀況良性發展，以推動城市經濟的發展。

二、預防排隊溢出策略的研究現狀

關于交叉口車輛排隊長度的研究，早期主要側重于檢測方面的研究。Rourke A[1]為了描述交叉口排隊情況和交通擁堵狀態，利用在交叉口處的關鍵位置設置攝像頭，記錄交叉口車輛運行情況及排隊情況，后期通過計算機硬件和圖像處理觀察交叉口的情況。Fathy M 等[2]通過在交叉口設置攝像頭的方法調查交叉口車輛排隊長度，提出了有關交通參數檢測的兩種方法，即車輛檢測和車輛排隊長度檢測。此外，Fathy M 等通過設置邊緣檢測器對交通數據進行調查，對所調查數據研究后提出了一種全新的交通背景更新和動態閾值選擇的方法[3]。

Wunderlich[4]為預測交叉路口穩定流的最大排隊長度，提出了基于計算機網絡領域的新算法。根據所估計的最大排隊長度，對交叉口的信號控制進行調節。該算法可應用于單個交叉口的信號控制問題。其研究結果表明，根據交叉口車輛排隊長度對交通信號控制進行調節，其調節可以降低交叉口車輛排隊長度，提高交叉口的車輛通行效率。Henry X.Liu 等[5]利用沖擊波理論，根據所調查的當前信號控制周期內到達交叉口的車輛數，對未來交叉口車輛排隊長度實施預測，其研究結果表明，通過現有交通量預測排隊長度精度較高，可以為交通管理部門提供數據依據。Hangfei LIN and Daren LIU[6]利用出租車的GPS定位系統所獲得的數據，提取出交叉口車輛排隊及過街數據，從而計算交叉口未來的排隊長度和通行延誤。錢喆[7]利用停車波的傳播原理，通過在交叉口處設置線圈檢測器調查交叉口的車輛排隊數據，基于此數據建立了交叉口綠燈時間結束后兩交叉口間的路段滯留的車輛排隊模型，和基于現有交叉口的車輛排隊長度預測交叉口車輛排隊溢出模型，通過分別對兩個模型的量化來判斷交叉口的交通狀況，并驗證了該方法的可操作性和合理性。

綜上所述，現有研究大部分是建立模型或是利用軟件進行仿真，驗證模型的可行性，而對于運用到實際案例的少之又少，因此本文基于在云南省曲靖市交通警察支隊實習，參與其中真實案例的交通管理調節，通過實時觀測交通管理調節前后的優化效果，提出針對中小城市優化效果較為突出的幾種策略。

三、基于交叉口排隊長度的交通管理調節策略

本文基于對云南省曲靖市麒麟區165個信號控制交叉口進行排隊情況調查并根據實時排隊長度進行時空一體化交通管理調節。一方面，基于城市道路交通路網的結構，利用道路平面交叉口渠化、標志標線對交通流進行合理分流，緩解各道路交叉口的交通壓力，減小排隊長度；另一方面，對各道路交叉口基本情況以及全天高峰、平峰、低峰的流量情況進行實地調查，匯集整理相關路口資料，對交叉口的信號配時進行設計并上傳SCATS信號機系統運行，利用百度地圖結合交叉口視頻監控系統實時觀測交通擁堵情況，并在SCATS信號機系統上實時動態地對交叉口信號配時方案進行調整，降低交叉口排隊長度，避免排隊溢出造成交通擁堵，同時保障交叉口安全運營，提高交叉口綜合效益。通過道路交通渠化和交通信號配時優化，高效利用好道路時空資源，提高路網的通行效率，以緩解曲靖中心城區不斷加劇的交通擁堵現象，為經濟社會的可持續發展創造一個良好的道路交通環境。

（一）預防直行排隊溢出的交通管理調節策略

交叉口直行溢流是兩交叉口間路段上的直行車輛排隊長度占據了整個路段甚至溢出到上游交叉口，影響上游交叉口各個方向的車輛通行。為預防交叉口直行排隊溢出，提出了以下12個基于排隊長度的交通管理調節策略。

（1）壓縮綠燈時間策略；（2）延長綠燈時間策略；（3）跳躍相位策略[9]；（4）上游交叉口截流策略；（5）下游交叉口放空策略；（6）綠波協調控制策略；（7）增加進口車道或設置潮汐導向車道策略；（8）暢通出口策略；（9）減少相位數量策略；（10）右轉車不受燈控策略；（11）非機動車停車區前置策略；（12）重交通流引導線策略。

（二）綠波協調控制策略案例優化效果分析

以云南省曲靖市麒麟區寥廓南路與文昌街交叉口為案例，對其進行濾波協調控制策略優化其交通問題，過程包括優化前的交通問題調查、針對問題提出相應方案、方案調優及方案評價等，具體交叉口優化方案評價指標如表1所示。

表1 寥廓南路與文昌街交叉口方案評價指標

（1）優化前交通情況

寥廓南路與文昌街優化前存在的問題是早高峰時段北進口排隊長度過長，影響上游路口書院路南出口車輛通行。

（2）優化策略

針對寥廓南路與文昌街交叉口北進口排隊長度過長問題，結合調查情況，通過將寥廓南路與文昌街路口寥廓南路書院路路口、西關街路口連接為綠波協調路口，以提高路口通行效率，改善寥廓南路與文昌街路口北進口的排隊溢出情況。

（3）優化后效果

寥廓南路與文昌街路口、寥廓南路書院路路口、西關街路口鏈接為協調路口，提高了路口通行效率，改善了寥廓南路與文昌街路口北進口的排隊情況。北進口左轉綠燈亮起前排隊長度降低了42.85%，而直行綠燈亮起前排隊長度降低了46.15%。

（三）預防左轉排隊溢出的交通管理調節策略

交叉口左轉溢流，即左轉車輛排隊長度超過了兩交叉口間的路段長度，發生排隊溢出到上一個交叉口，影響上一個交叉口各個方向車輛的通行。為預防左轉車輛排隊溢出，可以在預防直行排隊溢出交通管理策略的基礎上再提出以下4個交通管理調節策略。

（1）增設左轉車道；（2）左轉待行區；（3）借對向出口道左轉；（4）借本向直行進口道左轉。

（四）借對向出口車道左轉案例優化效果分析

以云南省曲靖市麒麟區寥廓南路與沿江南路交叉口為案列，對其進行借對向出口車道左轉策略優化其交通問題，過程包括優化前的交通問題調查、針對問題提出相應方案、方案調優及方案評價等，具體交叉口優化方案評價指標如表2所示。

表2 寥廓南路與沿江南路交叉口優化方案評價指標

（1）優化前交通狀況

早高峰1時段（7:10-7:40）：寥廓南路與沿江南路南進口左轉排隊溢出到玉帶路口，影響玉帶路口車輛通行。早高峰2時段（7:40-8:10）：進城方向交通流量增大，同時寥廓南路與玉帶路路口西進口左轉車流較大，寥廓南路與沿江路東西向直左沖突，導致路口車輛通行緩慢，南進口車輛排隊溢出，在玉帶路口形成 “交通鎖”。早高峰3時段（8:10-9:00）：進城方向交通流量較大，隧道口片區三個路口南進口交通壓力較大，沿江南路南進口排隊溢出。

（2）優化策略

經觀測當前沿江南路南進口一個左轉調頭車道已經不能滿足現有交通量，另外當沿江南路南進口左轉調頭車道排滿車輛時，由沿江南路到玉帶路進行調頭左轉的車輛較少，一個周期有2～3輛車，造成該車道利用率較低。因此將沿江南路出口道的左轉調頭車道設為可變車道，在沿江南路東西向放行時供南進口車輛左轉調頭車輛排隊，提高車道利用率，緩解南進口排隊溢出現象。

（3）優化后效果

在結合時間和空間條件下，對沿江南路口的信號配時方案（相位、相序、配時）和道路渠進行優化后，沿江南路早高峰南進口左轉調頭車輛在直行左轉綠燈結束時，無排隊溢出現象，提高了沿江路口、玉帶路口的通行效率。南進口左轉綠燈亮起前排隊長度降低了54.55%，而直行綠燈亮起前排隊長度降低了25.00%。

四、結論

城市交通與社會經濟相互聯系、相互影響，是城市化進程的關鍵構成，是城市產業布局的關鍵因素，也是城市社會經濟發展的促進劑，因此，交通擁堵的產生和蔓延會對社會經濟產生多種影響。本文通過對云南省曲靖市麒麟區的165個信號控制交叉口進行調查，分析了2個實際案例，發現綠波協調控制方案和借道左轉方案對預防排隊溢出的優化效果較為突出，其可為中小城市交通管理部門提供一個參考，推動城市經濟發展。