交叉口的信號(hào)優(yōu)化與仿真

劉霞+?？⌒?/p>

收稿日期：2013-06-10

基金項(xiàng)目：湖北省教育廳科學(xué)技術(shù)研究青年項(xiàng)目（Q20123401）；武漢市科技計(jì)劃項(xiàng)目（201250499145-24）

作者簡(jiǎn)介：劉 霞（1977—），女，江西星子人，副教授，博士，研究方向：系統(tǒng)集成與優(yōu)化。

文章編號(hào)：1003-6199(2014)02-0133-04

摘 要：以減小車均延誤為目標(biāo)，在調(diào)查交叉口交通流量和當(dāng)前信號(hào)控制的基礎(chǔ)上，采用韋伯斯特配時(shí)算法進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，并通過通行能力、交通流量比等指標(biāo)來確定信號(hào)周期時(shí)長(zhǎng)和各相位綠燈時(shí)間，改善相位飽和度，從而充分利用道路的通行能力。以建設(shè)大道新華路交叉口為例，基于實(shí)際數(shù)據(jù)對(duì)優(yōu)化前后的交叉口利用vissim軟件進(jìn)行仿真，結(jié)果表明，優(yōu)化后各相位的飽和度較優(yōu)化前更為平均，沒有出現(xiàn)很高或很低的極端情況，優(yōu)化后的車均延誤明顯改善。

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關(guān)鍵詞：交通控制；交叉口；配時(shí)；仿真

中圖分類號(hào)：U491.51文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

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Signal Optimization and Simulation of Intersections

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LIU Xia, NIU Junxiong

(School of Physics and Information Engineering, Jianghan University, Wuhan,Hubei 430056)

Abstract:Webster timing method is adopted to minimize per vehicle delay based on investigation of traffic flow and current signal timing of intersections. Cycle time and green light time are determined by analyzing road capacity and traffic flow ratio, so as to improve phase saturation and make full use of the capacity of roads. The intersection of Jianshe road and Xinhua road as an example, simulation for signal timing is implemented based on the VISSIM software, and results are compared before and after optimization. It shows that phase saturation is more balanced without extreme cases of very high or very low and the average value of vehicle delay is decreased after optimization.

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Key words:traffic control; intersection; signal timing; simulation

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1 引 言

在城市快速發(fā)展過程中，出現(xiàn)了日益嚴(yán)重的交通擁堵問題，給人們的工作和生活帶來了種種不便與損害，成為制約城市可持續(xù)發(fā)展的主要瓶頸［1-3］。以武漢市為例，三環(huán)線內(nèi)平均車速2008、2009、2010年分別為23.2、20.4、20公里/時(shí)。2012年由于新建快速路網(wǎng)的通車，主城路網(wǎng)交通容量增加，平均車速提升至23.1公里/小時(shí)。但因?yàn)闄C(jī)動(dòng)車擁有量處于快速膨脹期， 2012年增至130萬輛，導(dǎo)致交通流量快速增長(zhǎng)，高峰擁堵路口從2008年的68個(gè)增加至100個(gè)，交通發(fā)展形勢(shì)嚴(yán)峻。而在道路擁擠當(dāng)中又以交叉口所造成的擁堵最為明顯，交叉口的信號(hào)控制在配時(shí)上不盡合理等現(xiàn)象時(shí)常發(fā)生［4-6］。本文以最小延誤為目標(biāo)，采用韋伯斯特配時(shí)方法進(jìn)行交叉口的優(yōu)化控制［7,8］，并以建設(shè)大道與新華路交叉口為例進(jìn)行了分析和仿真。

2 交叉口交通狀況

建設(shè)大道與新華路交叉口是典型的城市主干路平面交叉口，建設(shè)大道和新華路均為武漢市的重要主干道，周圍還有各類銀行、酒店和企事業(yè)單位，交通流量較大，高峰時(shí)段經(jīng)常有擁堵現(xiàn)象。該交叉口東進(jìn)口有三條車道，包含一條左轉(zhuǎn)車道，二條直行車道，其中最右端的直行車道也用于右轉(zhuǎn)；南進(jìn)口有四條車道，包含一條左轉(zhuǎn)車道，三條直行車道，其中最右端的直行車道也用于右轉(zhuǎn)；東出口有兩條車道；南出口有三條車道；西進(jìn)口和東進(jìn)口相同，西出口和東出口相同；北進(jìn)口和南進(jìn)口相同，北出口與南出口相同。交叉口車道分布具體情形如圖1所示。交叉口車道分布具體情形如圖1所示。信號(hào)控制分為南北直行、南北左轉(zhuǎn)、東西直行、東西左轉(zhuǎn)四個(gè)相位，對(duì)于每個(gè)方向的右轉(zhuǎn)則不受紅綠燈信號(hào)影響，只要前面沒有直行車輛擋道，則可以直接前進(jìn)。交叉口信號(hào)相位如圖2所示。

圖1 建設(shè)大道與新華路交叉口車道分布圖

計(jì)算技術(shù)與自動(dòng)化2014年6月

第33卷第2期劉 霞等：交叉口的信號(hào)優(yōu)化與仿真

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圖2 交叉口信號(hào)相位

該交叉口信號(hào)配時(shí)參數(shù)為：周期150s，第一到第四相位顯示綠燈時(shí)間分別為56 s、53 s、32 s、27 s，黃燈時(shí)間均為4 s。信號(hào)配時(shí)方案如圖3所示。

圖3 交叉口信號(hào)配時(shí)方案

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3 交叉口優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 主要參數(shù)

3.1.1 有效綠燈時(shí)間

某信號(hào)相位的有效綠燈時(shí)間是指一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)該信號(hào)相位能夠利用的通行時(shí)間，用gei表示，其值等于綠燈信號(hào)時(shí)段減去相位前后損失時(shí)間，如（公式1）所示。

gei=gi+Ai－li (公式1)

其中，gei為第i相位有效綠燈時(shí)間，gi為第i相位綠燈時(shí)間，Ai為第i相位黃燈時(shí)間，li為第i相位損失時(shí)間，即一個(gè)信號(hào)相位時(shí)間內(nèi)不能被充分利用的時(shí)間，包括起動(dòng)停車導(dǎo)致的前后損失時(shí)間，設(shè)前損失時(shí)間為3s，后損失時(shí)間為2 s秒。

計(jì)算可得：第一相位ge1=43s；第二相位ge2=23s；第三相位：ge3=47s；第四相位：ge4=17s。

3.1.2 綠信比

綠信比是指一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)某信號(hào)相位的有效綠燈時(shí)間與信號(hào)周期的比值，用λ表示。

λi=geiC (公式2)

其中，λi表示第i相位的綠信比；C表示該交叉口的信號(hào)周期。

計(jì)算可得：第一相位λ1=0.287；第二相位λ2=0.153；第三相位：λ3=0.313；第四相位：λ4=0.113。

3.1.3 飽和流量

飽和流量是指單位時(shí)間內(nèi)車輛通過交叉口停車線的最大流量，即排隊(duì)車輛加速到正常行駛速度時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)通過停車線的穩(wěn)定車流量，用S表示。飽和流量取決于道路條件、車流狀況以及配時(shí)方案，與配時(shí)信號(hào)的長(zhǎng)短基本無關(guān)。根據(jù)《道路通行能力手冊(cè)》HCM2000的建議，飽和率的計(jì)算如（公式3）所示。

Sij=1710*PPHFNij(公式3)

其中，Sij表示第i相位j進(jìn)口方向的飽和率；PPHF為高峰小時(shí)系數(shù)，取為0.92；Nij為第i相位j進(jìn)口方向的車道數(shù)量。

由于南、北進(jìn)口車道數(shù)量相同，東、西進(jìn)口車道數(shù)量相同，可計(jì)算出各相位的飽和流量：第一相位S1=4719.6pcu/h；第二相位S2=1573.2pcu/h；第三相位S3=3146.4pcu/h；第四相位S4=1573.2pcu/h。

3.1.4 通行能力

通行能力是指在現(xiàn)有道路條件（飽和流量）和交通管制（綠信比配置）下，車輛以能夠接受的行車速度行駛時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)一條道路或道路某一截面所能通過的最大車輛數(shù)，用Q表示。

Qij=SijgeiC=Sijλi (公式4)

其中，Qij表示第i相位j進(jìn)口方向的通行能力。

可以看出，交叉口各方向進(jìn)口車道的通行能力隨其綠信比的變化而變化，是一個(gè)可以調(diào)節(jié)的參量，具有非常重要的實(shí)際意義。當(dāng)增加某相位的綠信比時(shí)，該相位對(duì)應(yīng)的車道通行能力將增加，即該相位單位時(shí)間內(nèi)能夠通過更多數(shù)量的車輛，但同時(shí)也會(huì)造成其它信號(hào)相位綠信比的下降，從而導(dǎo)致其它相位所對(duì)應(yīng)的車道通行能力的下降。

3.1.5 交通流量比

車道交通流量比是指道路的實(shí)際流量與飽和流量之比，用y表示。

yij=qijSij(公式5)

其中，yij表示第i相位j進(jìn)口方向的車輛流量比；qij表示第i相位j進(jìn)口方向的車輛到達(dá)率。建設(shè)大道新華路交叉口流量統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 交叉口流量統(tǒng)計(jì)

進(jìn)口道

東

南

西

北

方向

左

轉(zhuǎn)

直

行

右

轉(zhuǎn)

左

轉(zhuǎn)

直

行

右轉(zhuǎn)

左轉(zhuǎn)

直

行

右轉(zhuǎn)

左轉(zhuǎn)

直

行

右

轉(zhuǎn)

車輛到達(dá)率(pcu/h)

178

635

198

252

1103

222

152

570

177

177

1168

201

相位關(guān)鍵車道交通流量比是指某信號(hào)相位中車道交通流量比的最大值。交叉口的總交通流量比為信號(hào)周期內(nèi)所有相位關(guān)鍵車道的交通流量比累加，用Y表示。總交通流量比與相位關(guān)鍵車道交通流量比反映了道路的擁擠狀況，是信號(hào)配時(shí)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)，前者決定信號(hào)周期大小的選取，后者決定各相位綠燈時(shí)間的合理分配。

第一相位，南直行q11S1=11034719.6=0.234，北直行q12S1=11684719.6=0.248，則第一相位關(guān)鍵車道為北直行道，即y1=0.248；同理可得第二相位關(guān)鍵車道為南左轉(zhuǎn)道，y2=0.16；第三相位關(guān)鍵車道為東直行道，y3=0.202；第四相位關(guān)鍵車道為東左轉(zhuǎn)道，y4=0.113。 總交通流量比Y=∑4i=1yi=0.723。

3.1.6 飽和度

某進(jìn)口方向到達(dá)的車流量和該進(jìn)口方向的通行能力之比就是該進(jìn)口的飽和度，用x表示。

xij=qijQij=qijSijCgei=yijλi（公式6）

其中，xij表示第i相位j進(jìn)口方向的飽和度。

相位飽和度為關(guān)鍵車道飽和度，計(jì)算可得：第一相位x1=0.864；第二相位x2=1.046；第三相位x3=0.645；第四相位x4=1。交叉口的總飽和度是指飽和程度最高的相位所達(dá)到的飽和度值，用X表示，此時(shí)X=1.046＞1，交叉口通行能力不足。

3.2 優(yōu)化計(jì)算

3.2.1 確定信號(hào)周期

本文采用韋伯斯特單點(diǎn)配時(shí)方法計(jì)算周期時(shí)長(zhǎng)。

C=1.5L+51－Y （公式7）

其中，L表示一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)總損失時(shí)間，其值等于各相位損失時(shí)間之和，L=∑4i=1li=20s。

則信號(hào)周期C=1.5×20+51－0.723=350.277=126.35，為使周期時(shí)長(zhǎng)具有更好的適應(yīng)性，取周期時(shí)長(zhǎng)C為128s。

3.2.2 設(shè)置綠燈時(shí)間

總有效綠燈時(shí)間Ge=C－L=128－20=108s。

根據(jù)交通流量比分配各相位有效綠燈時(shí)間， gei=yiYGe，計(jì)算可得：第一相位ge1=37s；第二相位ge2=24s；第三相位ge3=30s；第四相位ge4=17s。

實(shí)際綠燈時(shí)間gi=gei+li－Ai，計(jì)算可得：第一相位g1=38s；第二相位g2=25s；第三相位g3=31s；第四相位g4=18s。

3.2.3 計(jì)算綠信比

根據(jù)（公式2）計(jì)算綠信比，則第一相位λ1=0.289；第二相位λ2=0.188；第三相位：λ3=0.234；第四相位：λ4=0.133。

3.2.4 計(jì)算飽和度

相位飽和度為關(guān)鍵車道飽和度，根據(jù)（公式6）計(jì)算可得：第一相位x1=0.858；第二相位x2=0.851；第三相位x3=0.863；第四相位x4=0.85，各相位飽和度比較接近。交叉口總飽和度X=0.863＜0.9，可以獲得較好的通行條件。

4 交叉口仿真

基于以上分析，采用vissim軟件對(duì)建設(shè)大道與新華路交叉口進(jìn)行優(yōu)化前后的仿真。建立的仿真模型如圖4所示。

圖4 仿真模型

通過仿真比較與分析，可得到如下結(jié)果：

1）優(yōu)化前車輛平均延誤為54.19s優(yōu)化后車輛平均延誤為45.25s，較優(yōu)化前有一定的改善。

2）優(yōu)化前各相位都是在形成較長(zhǎng)隊(duì)列之后車輛才開始通過交叉口，而優(yōu)化后各相位停車線前排隊(duì)的車輛數(shù)量減少，交叉口交通壓力減小。

5 總 結(jié)

本文以建設(shè)大道新華路交叉口為例，對(duì)單交叉口的信號(hào)控制進(jìn)行了分析與優(yōu)化，通過采用韋伯斯特配時(shí)算法進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，確定信號(hào)周期時(shí)長(zhǎng)和各相位綠燈時(shí)間，在現(xiàn)有道路條件基礎(chǔ)上，有效地改善了各相位飽和度，降低了車均延誤，提高了車輛的通行效率。

參考文獻(xiàn)

［1］ 王浩, 吳翱翔, 楊曉光. 過飽和條件下信號(hào)交叉口協(xié)調(diào)控制可靠性優(yōu)化［J］. 公路交通科技, 29(11): 86-91.

［2］ 祁宏生, 王殿海, 陳松. 基于綜合飽和度的單點(diǎn)信號(hào)控制方法［J］.哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2012, 44(2): 134-137.

［3］ 張雷元, 樹愛兵, 諶華金. 基于關(guān)鍵交通流向的道路交叉口信號(hào)配時(shí)方法［J］.城市交通, 2012, (6): 80-85.

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［5］ 陳科美, 駱勇, 姚云. 基于VISSIM仿真軟件的交叉口信號(hào)控制優(yōu)化研究［J］.交通標(biāo)準(zhǔn)化, 2009, 198(1): 38-41.

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［7］ 閆瑞雪, 胡永舉. 基于VISSIM軟件的交叉口仿真與優(yōu)化設(shè)計(jì)研究［J］.交通標(biāo)準(zhǔn)化, 2010, (1): 90-93.

［8］ 吳兵, 李曄. 交通管理與控制［M］.北京：人民交通出版社, 2009.

由于南、北進(jìn)口車道數(shù)量相同，東、西進(jìn)口車道數(shù)量相同，可計(jì)算出各相位的飽和流量：第一相位S1=4719.6pcu/h；第二相位S2=1573.2pcu/h；第三相位S3=3146.4pcu/h；第四相位S4=1573.2pcu/h。

3.1.4 通行能力

通行能力是指在現(xiàn)有道路條件（飽和流量）和交通管制（綠信比配置）下，車輛以能夠接受的行車速度行駛時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)一條道路或道路某一截面所能通過的最大車輛數(shù)，用Q表示。

Qij=SijgeiC=Sijλi (公式4)

其中，Qij表示第i相位j進(jìn)口方向的通行能力。

可以看出，交叉口各方向進(jìn)口車道的通行能力隨其綠信比的變化而變化，是一個(gè)可以調(diào)節(jié)的參量，具有非常重要的實(shí)際意義。當(dāng)增加某相位的綠信比時(shí)，該相位對(duì)應(yīng)的車道通行能力將增加，即該相位單位時(shí)間內(nèi)能夠通過更多數(shù)量的車輛，但同時(shí)也會(huì)造成其它信號(hào)相位綠信比的下降，從而導(dǎo)致其它相位所對(duì)應(yīng)的車道通行能力的下降。

3.1.5 交通流量比

車道交通流量比是指道路的實(shí)際流量與飽和流量之比，用y表示。

yij=qijSij(公式5)

其中，yij表示第i相位j進(jìn)口方向的車輛流量比；qij表示第i相位j進(jìn)口方向的車輛到達(dá)率。建設(shè)大道新華路交叉口流量統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 交叉口流量統(tǒng)計(jì)

進(jìn)口道

東

南

西

北

方向

左

轉(zhuǎn)

直

行

右

轉(zhuǎn)

左

轉(zhuǎn)

直

行

右轉(zhuǎn)

左轉(zhuǎn)

直

行

右轉(zhuǎn)

左轉(zhuǎn)

直

行

右

轉(zhuǎn)

車輛到達(dá)率(pcu/h)

178

635

198

252

1103

222

152

570

177

177

1168

201

相位關(guān)鍵車道交通流量比是指某信號(hào)相位中車道交通流量比的最大值。交叉口的總交通流量比為信號(hào)周期內(nèi)所有相位關(guān)鍵車道的交通流量比累加，用Y表示?？偨煌髁勘扰c相位關(guān)鍵車道交通流量比反映了道路的擁擠狀況，是信號(hào)配時(shí)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)，前者決定信號(hào)周期大小的選取，后者決定各相位綠燈時(shí)間的合理分配。

第一相位，南直行q11S1=11034719.6=0.234，北直行q12S1=11684719.6=0.248，則第一相位關(guān)鍵車道為北直行道，即y1=0.248；同理可得第二相位關(guān)鍵車道為南左轉(zhuǎn)道，y2=0.16；第三相位關(guān)鍵車道為東直行道，y3=0.202；第四相位關(guān)鍵車道為東左轉(zhuǎn)道，y4=0.113。 總交通流量比Y=∑4i=1yi=0.723。

3.1.6 飽和度

某進(jìn)口方向到達(dá)的車流量和該進(jìn)口方向的通行能力之比就是該進(jìn)口的飽和度，用x表示。

xij=qijQij=qijSijCgei=yijλi（公式6）

其中，xij表示第i相位j進(jìn)口方向的飽和度。

相位飽和度為關(guān)鍵車道飽和度，計(jì)算可得：第一相位x1=0.864；第二相位x2=1.046；第三相位x3=0.645；第四相位x4=1。交叉口的總飽和度是指飽和程度最高的相位所達(dá)到的飽和度值，用X表示，此時(shí)X=1.046＞1，交叉口通行能力不足。

3.2 優(yōu)化計(jì)算

3.2.1 確定信號(hào)周期

本文采用韋伯斯特單點(diǎn)配時(shí)方法計(jì)算周期時(shí)長(zhǎng)。

C=1.5L+51－Y （公式7）

其中，L表示一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)總損失時(shí)間，其值等于各相位損失時(shí)間之和，L=∑4i=1li=20s。

則信號(hào)周期C=1.5×20+51－0.723=350.277=126.35，為使周期時(shí)長(zhǎng)具有更好的適應(yīng)性，取周期時(shí)長(zhǎng)C為128s。

3.2.2 設(shè)置綠燈時(shí)間

總有效綠燈時(shí)間Ge=C－L=128－20=108s。

根據(jù)交通流量比分配各相位有效綠燈時(shí)間， gei=yiYGe，計(jì)算可得：第一相位ge1=37s；第二相位ge2=24s；第三相位ge3=30s；第四相位ge4=17s。

實(shí)際綠燈時(shí)間gi=gei+li－Ai，計(jì)算可得：第一相位g1=38s；第二相位g2=25s；第三相位g3=31s；第四相位g4=18s。

3.2.3 計(jì)算綠信比

根據(jù)（公式2）計(jì)算綠信比，則第一相位λ1=0.289；第二相位λ2=0.188；第三相位：λ3=0.234；第四相位：λ4=0.133。

3.2.4 計(jì)算飽和度

相位飽和度為關(guān)鍵車道飽和度，根據(jù)（公式6）計(jì)算可得：第一相位x1=0.858；第二相位x2=0.851；第三相位x3=0.863；第四相位x4=0.85，各相位飽和度比較接近。交叉口總飽和度X=0.863＜0.9，可以獲得較好的通行條件。

4 交叉口仿真

基于以上分析，采用vissim軟件對(duì)建設(shè)大道與新華路交叉口進(jìn)行優(yōu)化前后的仿真。建立的仿真模型如圖4所示。

圖4 仿真模型

通過仿真比較與分析，可得到如下結(jié)果：

1）優(yōu)化前車輛平均延誤為54.19s優(yōu)化后車輛平均延誤為45.25s，較優(yōu)化前有一定的改善。

2）優(yōu)化前各相位都是在形成較長(zhǎng)隊(duì)列之后車輛才開始通過交叉口，而優(yōu)化后各相位停車線前排隊(duì)的車輛數(shù)量減少，交叉口交通壓力減小。

5 總 結(jié)

本文以建設(shè)大道新華路交叉口為例，對(duì)單交叉口的信號(hào)控制進(jìn)行了分析與優(yōu)化，通過采用韋伯斯特配時(shí)算法進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，確定信號(hào)周期時(shí)長(zhǎng)和各相位綠燈時(shí)間，在現(xiàn)有道路條件基礎(chǔ)上，有效地改善了各相位飽和度，降低了車均延誤，提高了車輛的通行效率。

參考文獻(xiàn)

［1］ 王浩, 吳翱翔, 楊曉光. 過飽和條件下信號(hào)交叉口協(xié)調(diào)控制可靠性優(yōu)化［J］. 公路交通科技, 29(11): 86-91.

［2］ 祁宏生, 王殿海, 陳松. 基于綜合飽和度的單點(diǎn)信號(hào)控制方法［J］.哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2012, 44(2): 134-137.

［3］ 張雷元, 樹愛兵, 諶華金. 基于關(guān)鍵交通流向的道路交叉口信號(hào)配時(shí)方法［J］.城市交通, 2012, (6): 80-85.

［4］ 范東凱, 胡曉明. VISSIM在信號(hào)交叉口配時(shí)優(yōu)化中的應(yīng)用［J］.中外公路, 2011, 31(5): 257-259.

［5］ 陳科美, 駱勇, 姚云. 基于VISSIM仿真軟件的交叉口信號(hào)控制優(yōu)化研究［J］.交通標(biāo)準(zhǔn)化, 2009, 198(1): 38-41.

［6］ 翟京, 孫海波, 王鵬, 等. 基于vissim仿真的交叉口左轉(zhuǎn)車流交通組織［J］.科學(xué)技術(shù)與工程, 2012, 20(7): 1687-1690.

［7］ 閆瑞雪, 胡永舉. 基于VISSIM軟件的交叉口仿真與優(yōu)化設(shè)計(jì)研究［J］.交通標(biāo)準(zhǔn)化, 2010, (1): 90-93.

［8］ 吳兵, 李曄. 交通管理與控制［M］.北京：人民交通出版社, 2009.

由于南、北進(jìn)口車道數(shù)量相同，東、西進(jìn)口車道數(shù)量相同，可計(jì)算出各相位的飽和流量：第一相位S1=4719.6pcu/h；第二相位S2=1573.2pcu/h；第三相位S3=3146.4pcu/h；第四相位S4=1573.2pcu/h。

3.1.4 通行能力

通行能力是指在現(xiàn)有道路條件（飽和流量）和交通管制（綠信比配置）下，車輛以能夠接受的行車速度行駛時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)一條道路或道路某一截面所能通過的最大車輛數(shù)，用Q表示。

Qij=SijgeiC=Sijλi (公式4)

其中，Qij表示第i相位j進(jìn)口方向的通行能力。

可以看出，交叉口各方向進(jìn)口車道的通行能力隨其綠信比的變化而變化，是一個(gè)可以調(diào)節(jié)的參量，具有非常重要的實(shí)際意義。當(dāng)增加某相位的綠信比時(shí)，該相位對(duì)應(yīng)的車道通行能力將增加，即該相位單位時(shí)間內(nèi)能夠通過更多數(shù)量的車輛，但同時(shí)也會(huì)造成其它信號(hào)相位綠信比的下降，從而導(dǎo)致其它相位所對(duì)應(yīng)的車道通行能力的下降。

3.1.5 交通流量比

車道交通流量比是指道路的實(shí)際流量與飽和流量之比，用y表示。

yij=qijSij(公式5)

其中，yij表示第i相位j進(jìn)口方向的車輛流量比；qij表示第i相位j進(jìn)口方向的車輛到達(dá)率。建設(shè)大道新華路交叉口流量統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 交叉口流量統(tǒng)計(jì)

進(jìn)口道

東

南

西

北

方向

左

轉(zhuǎn)

直

行

右

轉(zhuǎn)

左

轉(zhuǎn)

直

行

右轉(zhuǎn)

左轉(zhuǎn)

直

行

右轉(zhuǎn)

左轉(zhuǎn)

直

行

右

轉(zhuǎn)

車輛到達(dá)率(pcu/h)

178

635

198

252

1103

222

152

570

177

177

1168

201

相位關(guān)鍵車道交通流量比是指某信號(hào)相位中車道交通流量比的最大值。交叉口的總交通流量比為信號(hào)周期內(nèi)所有相位關(guān)鍵車道的交通流量比累加，用Y表示?？偨煌髁勘扰c相位關(guān)鍵車道交通流量比反映了道路的擁擠狀況，是信號(hào)配時(shí)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)，前者決定信號(hào)周期大小的選取，后者決定各相位綠燈時(shí)間的合理分配。

第一相位，南直行q11S1=11034719.6=0.234，北直行q12S1=11684719.6=0.248，則第一相位關(guān)鍵車道為北直行道，即y1=0.248；同理可得第二相位關(guān)鍵車道為南左轉(zhuǎn)道，y2=0.16；第三相位關(guān)鍵車道為東直行道，y3=0.202；第四相位關(guān)鍵車道為東左轉(zhuǎn)道，y4=0.113。 總交通流量比Y=∑4i=1yi=0.723。

3.1.6 飽和度

某進(jìn)口方向到達(dá)的車流量和該進(jìn)口方向的通行能力之比就是該進(jìn)口的飽和度，用x表示。

xij=qijQij=qijSijCgei=yijλi（公式6）

其中，xij表示第i相位j進(jìn)口方向的飽和度。

相位飽和度為關(guān)鍵車道飽和度，計(jì)算可得：第一相位x1=0.864；第二相位x2=1.046；第三相位x3=0.645；第四相位x4=1。交叉口的總飽和度是指飽和程度最高的相位所達(dá)到的飽和度值，用X表示，此時(shí)X=1.046＞1，交叉口通行能力不足。

3.2 優(yōu)化計(jì)算

3.2.1 確定信號(hào)周期

本文采用韋伯斯特單點(diǎn)配時(shí)方法計(jì)算周期時(shí)長(zhǎng)。

C=1.5L+51－Y （公式7）

其中，L表示一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)總損失時(shí)間，其值等于各相位損失時(shí)間之和，L=∑4i=1li=20s。

則信號(hào)周期C=1.5×20+51－0.723=350.277=126.35，為使周期時(shí)長(zhǎng)具有更好的適應(yīng)性，取周期時(shí)長(zhǎng)C為128s。

3.2.2 設(shè)置綠燈時(shí)間

總有效綠燈時(shí)間Ge=C－L=128－20=108s。

根據(jù)交通流量比分配各相位有效綠燈時(shí)間， gei=yiYGe，計(jì)算可得：第一相位ge1=37s；第二相位ge2=24s；第三相位ge3=30s；第四相位ge4=17s。

實(shí)際綠燈時(shí)間gi=gei+li－Ai，計(jì)算可得：第一相位g1=38s；第二相位g2=25s；第三相位g3=31s；第四相位g4=18s。

3.2.3 計(jì)算綠信比

根據(jù)（公式2）計(jì)算綠信比，則第一相位λ1=0.289；第二相位λ2=0.188；第三相位：λ3=0.234；第四相位：λ4=0.133。

3.2.4 計(jì)算飽和度

相位飽和度為關(guān)鍵車道飽和度，根據(jù)（公式6）計(jì)算可得：第一相位x1=0.858；第二相位x2=0.851；第三相位x3=0.863；第四相位x4=0.85，各相位飽和度比較接近。交叉口總飽和度X=0.863＜0.9，可以獲得較好的通行條件。

4 交叉口仿真

基于以上分析，采用vissim軟件對(duì)建設(shè)大道與新華路交叉口進(jìn)行優(yōu)化前后的仿真。建立的仿真模型如圖4所示。

圖4 仿真模型

通過仿真比較與分析，可得到如下結(jié)果：

1）優(yōu)化前車輛平均延誤為54.19s優(yōu)化后車輛平均延誤為45.25s，較優(yōu)化前有一定的改善。

2）優(yōu)化前各相位都是在形成較長(zhǎng)隊(duì)列之后車輛才開始通過交叉口，而優(yōu)化后各相位停車線前排隊(duì)的車輛數(shù)量減少，交叉口交通壓力減小。

5 總 結(jié)

本文以建設(shè)大道新華路交叉口為例，對(duì)單交叉口的信號(hào)控制進(jìn)行了分析與優(yōu)化，通過采用韋伯斯特配時(shí)算法進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，確定信號(hào)周期時(shí)長(zhǎng)和各相位綠燈時(shí)間，在現(xiàn)有道路條件基礎(chǔ)上，有效地改善了各相位飽和度，降低了車均延誤，提高了車輛的通行效率。

參考文獻(xiàn)

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［4］ 范東凱, 胡曉明. VISSIM在信號(hào)交叉口配時(shí)優(yōu)化中的應(yīng)用［J］.中外公路, 2011, 31(5): 257-259.

［5］ 陳科美, 駱勇, 姚云. 基于VISSIM仿真軟件的交叉口信號(hào)控制優(yōu)化研究［J］.交通標(biāo)準(zhǔn)化, 2009, 198(1): 38-41.

［6］ 翟京, 孫海波, 王鵬, 等. 基于vissim仿真的交叉口左轉(zhuǎn)車流交通組織［J］.科學(xué)技術(shù)與工程, 2012, 20(7): 1687-1690.

［7］ 閆瑞雪, 胡永舉. 基于VISSIM軟件的交叉口仿真與優(yōu)化設(shè)計(jì)研究［J］.交通標(biāo)準(zhǔn)化, 2010, (1): 90-93.

［8］ 吳兵, 李曄. 交通管理與控制［M］.北京：人民交通出版社, 2009.