基于信號聯(lián)動控制的大型醫(yī)院交通組織應(yīng)用

馮 羽

(同濟大學 建筑設(shè)計研究院(集團)有限公司， 上海 200092)

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基于信號聯(lián)動控制的大型醫(yī)院交通組織應(yīng)用

馮 羽

(同濟大學 建筑設(shè)計研究院(集團)有限公司， 上海 200092)

針對國內(nèi)大型醫(yī)院機動車出入口往往由于車流量大，出入隨意給相鄰城市干道帶來交通混亂等問題，利用信號聯(lián)動控制為解決醫(yī)院出入口交通組織問題提供新的手段，通過構(gòu)建醫(yī)院出入口與城市道路節(jié)點的聯(lián)動框架，設(shè)計相鄰節(jié)點的最佳周期來提高整體交通效率. 以福建省晉江市中心醫(yī)院為例，通過VISSIM微觀仿真模擬醫(yī)院出入口與節(jié)點信號燈聯(lián)動控制，仿真結(jié)果顯示醫(yī)院出入口及路段車輛的平均延誤時間減少13.28%. 證明信號聯(lián)動控制可以有效地解決大型醫(yī)院出入口交通組織難題.

大型綜合醫(yī)院； 交通信號； 聯(lián)動控制； 微觀仿真

0 引言

大型醫(yī)院往往意味著功能綜合化，用地規(guī)?；? 因此新建的大型醫(yī)院在對外交通方面往往面臨車輛規(guī)模大、人流復(fù)雜、停車需求旺盛、入口交通組織困難等問題[1]. 另外，由于城市規(guī)劃導(dǎo)致的醫(yī)院選址不當，如被設(shè)置于城市主干路節(jié)點附近等，對城市主要干道以及附近節(jié)點的通行效率、安全等方面都帶有較大的負面影響. 隨著交通控制技術(shù)的不斷推廣，尤其是信號聯(lián)動控制技術(shù)應(yīng)用的廣泛性，信號控制成為解決大型醫(yī)院出入口交通組織難題的新方法.

1 文獻綜述

目前國內(nèi)針對大型醫(yī)院的交通組織策略已經(jīng)有較多研究成果. 吳志瀅[2]、陳吉發(fā)等[3]以深圳市現(xiàn)有醫(yī)院為研究對象，認為深圳市醫(yī)院的交通問題主要體現(xiàn)在路網(wǎng)布局不合理、停車設(shè)施匱乏、出入口設(shè)置不合理、公交配套缺失以及交通管理設(shè)施不完善5個方面，因此在對策上也分別從周邊道路改建、擴容停車設(shè)施、調(diào)整出入口布局、增加公交配套等方面對醫(yī)院的交通組織進行了完善. 邵勇等[4]也是結(jié)合醫(yī)院實際面臨的停車設(shè)施匱乏、出入口以及公交配套等問題提出了類似的方法來解決醫(yī)院交通組織困難的問題. 楊博[1]、劉寧[5]、章開文等[6]則是通過從醫(yī)院建筑本體由內(nèi)向外蔓延式的交通組織流線設(shè)計，通過交通組織以及交通管理的手段來解決醫(yī)院的交通問題，從而提高醫(yī)院內(nèi)部以及醫(yī)院周邊的交通管理服務(wù)水平. 國外在醫(yī)院的交通組織管理中也提出了類似的“醫(yī)療街”的概念[1]，實質(zhì)是以優(yōu)化流線為基礎(chǔ)的醫(yī)療建筑布局改良. 因此在以往的研究中，醫(yī)院交通組織管理手段可以視為2個方面：①新建或改造醫(yī)院周邊硬件設(shè)施，如增加周邊道路交通設(shè)施供給，升級或擴容周邊的道路交通系統(tǒng)硬件設(shè)施等，來緩解醫(yī)院周邊的交通壓力；②充分挖掘內(nèi)部交通組織的潛力，通過合理的醫(yī)療建筑布局以及內(nèi)、外部的交通組織，來緩解周邊的交通壓力. 這2種技術(shù)手段在醫(yī)院的交通組織中往往同時采用，但是仍然存在3個問題及挑戰(zhàn)：①直接對周邊的市政道路交通系統(tǒng)進行改造升級需要巨大的資金投入；②施工周期較長對周邊車輛及居民生活出行帶來不便；③充分挖掘內(nèi)部交通組織的潛力，但受限于客觀的交通環(huán)境以及日益增長的醫(yī)療保健需求，對于區(qū)域交通改善的實際效果較為有限.

郭海峰[7]、陳昱光[8]通過對城市局部擁擠的地段以及城市道路交通瓶頸地段采用自適應(yīng)的交通信號控制進行了相應(yīng)的研究，合理的自適應(yīng)信號控制可以有效地緩解城市瓶頸或局部擁擠地段的交通擁堵問題. 因此，針對以上現(xiàn)有大型醫(yī)院交通組織管理中存在的不足與問題，本文提出了構(gòu)建醫(yī)院出入口與城市道路節(jié)點信號聯(lián)動控制的方法來提升區(qū)域的交通效率. 最后通過微觀仿真模擬，分析信號聯(lián)動控制對于醫(yī)院周邊路段以及醫(yī)院出入口交通改善的實際效果.

2 經(jīng)典信號聯(lián)動控制機理

普通的單點信號控制，只是對單點進行信號優(yōu)化，而通過“點”與“點”之間的信號聯(lián)動控制，可以實現(xiàn)“線”或“網(wǎng)”的全局最優(yōu)信號控制. 信號聯(lián)動控制在國內(nèi)外已經(jīng)有了較多的研究與應(yīng)用. 早期的研究中是指將城市干道上連續(xù)交叉口的信號燈通過相互協(xié)調(diào)的配時方案進行連接，從而減少車輛的停車次數(shù)及延誤. 這種方法稱為“綠波控制”[9]. “綠波控制”的關(guān)鍵是綠波帶. 綠波帶通常以時間- 距離圖來表示. 其中綠波帶所標定的時間范圍稱為通過帶，其寬度就是綠波帶寬(圖1). 它用以反映道路上車輛所能利用的通車時間，以秒(s)或周期時長的百分比為單位. 綠波帶的斜率是車輛沿干道連續(xù)通行的建議車速，被稱為通過帶速度，簡稱帶速.

圖1 道路綠波帶設(shè)計時間- 距離示意圖

經(jīng)典的聯(lián)動配時控制方案設(shè)計通常需要收集5個道路交通數(shù)據(jù).

1) 交叉口間距：兩相鄰交叉口停車線到停車線的距離.

2) 道路交叉口車道布置：干道及相交道路的寬度，各進口道寬度和進口道車道數(shù).

3) 交通量：交叉口以及道路路段流量流向.

4) 交通管理規(guī)則：如限速，限制轉(zhuǎn)彎，限停等.

5) 車速和延誤：道路車輛的實際運行車速以及控制方式下的車輛延誤.

根據(jù)交通調(diào)查數(shù)據(jù)，確定聯(lián)動控制的交叉口范圍，來確定聯(lián)動控制的配時方案. 經(jīng)典的聯(lián)動配時控制方案的核心參數(shù)是確定最佳周期時長. 最佳周期時長是指控制交叉口獲得最佳交通效益的信號周期時長. 其計算方法為：

C0=(1.5L+5)/(1-Y)

(1)

式中，C0為最佳周期時長；L為每個周期的總損失時間，L=∑(l+I-A)；l為為啟動損失時間，一般為3 s；I為為綠燈間隔時間，一般為4 s；A為黃燈時間；Y為組成周期的全部信號相位的各個最大Y值之和，Y=∑max [y1,y2,…,yi].

3 聯(lián)動方案設(shè)計

包括醫(yī)院在內(nèi)的建筑物，通過建筑出入口與城市道路相銜接，構(gòu)成了類似城市交叉口的道路終端系統(tǒng). 因此可以將醫(yī)院出入口與市政道路構(gòu)成的節(jié)點抽象為簡易的T型交叉口. 結(jié)合醫(yī)院出入口車流量大，高峰期間出行方向較固定等特點，與其他城市道路節(jié)點進行聯(lián)動控制. 提升醫(yī)院交通出行與道路設(shè)施之間的互動關(guān)系.

結(jié)合經(jīng)典聯(lián)動控制方法的思路，聯(lián)動控制方案如圖3所示，主要分為以下3個步驟.

步驟1：城市道路節(jié)點南北向綠燈(GNS)期間，醫(yī)院出入口紅燈(Rc)啟動，保持城市道路主流向交通順暢；

步驟2：城市道路節(jié)點南北向紅燈(RNS)開始，醫(yī)院出入口綠燈(Gc)等待RNS-Gc-(T+l)后啟動，城市道路路段信號燈啟動紅燈. 放行醫(yī)院出入口等待車輛進入城市道路交叉口排隊等候. 其中城市道路路段等候車輛到達交叉口的時間(T)根據(jù)實際平均車速(V)計算；

步驟3：在城市道路節(jié)點南北向紅燈結(jié)束前T+l秒，放行道路路段待行車輛繼續(xù)直行.

圖2 信號聯(lián)動控制方案框架

3.1 案例分析

福建晉江市中心醫(yī)院的功能定位是能滿足晉江市和周邊區(qū)域的基本醫(yī)療服務(wù)和高端醫(yī)療服務(wù)的需求，具有醫(yī)、教、研和遠程醫(yī)療功能的現(xiàn)代化、數(shù)字化、綜合性三級甲等醫(yī)院，建筑面積為255 703 m2. 如圖3所示，晉江中心醫(yī)院坐落于晉江市城市主干路世紀大道及晉光路交叉口北側(cè).

圖3 晉江市中心醫(yī)院平面圖

晉江中心醫(yī)院共有5個出入口，其功能定位如表1所示. 世紀大道及晉光路為外來小汽車出行的主要出入接駁通道.

其中世紀大道為雙向10車道的城市主干路，晉光路近期為雙向8車道的城市主干路，遠期為城市快速路. 現(xiàn)狀交通流量以及與醫(yī)院出入口關(guān)系詳見表2.

表1 晉江市中心醫(yī)院出入口

表2 相交道路交通基本概況

圖4 晉光路—世紀大道交叉口設(shè)計圖

該交叉口為信號控制交叉口，右轉(zhuǎn)不受控. 其中世紀大道有4條直行車道，2條左轉(zhuǎn)車道，1條右轉(zhuǎn)車道；晉光路有3條直行車道，1條左轉(zhuǎn)車道，1條右轉(zhuǎn)車道.

世紀大道是市醫(yī)院交通出行的主要通道，醫(yī)院1號出入口是通往世紀大道的唯一出入口，通道寬度6 m，2車道采用右進右出的交通組織. 目前醫(yī)院1號出入口交通組織存在2個問題：①世紀大道交通量大，車輛連續(xù)通行速度快，醫(yī)院出行車輛要短距離穿越5個車道實現(xiàn)車輛掉頭有極大的安全隱患；②通過2，3號出入口右出繞行轉(zhuǎn)入世紀大道—晉光路交叉口距離遠，約1.2 km，且現(xiàn)狀晉光路同樣交通量巨大，有安全隱患且交通效率得不到保證. 同時4,5號專用出入口使用條件受限，采用后背支路繞行的交通組織無法實現(xiàn). 因此傳統(tǒng)的交通組織方法難以解決醫(yī)院1號口交通組織的要求.

結(jié)合現(xiàn)狀條件，通過1號出入口設(shè)置路段信號燈，與世紀大道—晉光路交叉口信號聯(lián)動控制來解決醫(yī)院出入口交通出行難的問題.

根據(jù)前期《晉江市中心醫(yī)院遷建項目》的調(diào)查分析，醫(yī)院1號出入口高峰期間進入無左轉(zhuǎn)T型交叉交通量為425 pcu/h. 進入醫(yī)院1號出入口的交通量為363 pcu/h，根據(jù)3.1節(jié)聯(lián)動控制方案，設(shè)計市醫(yī)院與世紀大道—晉光路節(jié)點聯(lián)動方案：

步驟1：世紀大道—晉光路南北向綠燈(GNS)期間，醫(yī)院1號出入口紅燈(Rc)啟動，保持世紀大道主流向交通順暢；

步驟2：世紀大道—晉光路南北向紅燈(RNS)開始，醫(yī)院1號出入口綠燈(Gc)等待RNS-Gc-(T+l)后啟動，世紀大道路段信號燈啟動紅燈. 放行醫(yī)院出入口等待車輛進入世紀大道—晉光路交叉口. 其中世紀大道路段等候車輛到達世紀大道—晉光路交叉口的到達時間(T)根據(jù)世紀大道實際平均車速(V)計算；

步驟3：在世紀大道—晉光路南北向紅燈結(jié)束前T+ls，放行世紀大道路段待行車輛繼續(xù)直行.

根據(jù)聯(lián)動控制方案，通過信號配時軟件PASSER計算世紀大道—晉光路交叉口的最佳周期為90 s，其中南北向紅燈持續(xù)時間RNS為62 s，醫(yī)院1號出入口綠燈Gc時間為26 s，世紀大道路段停止線至世紀大道—晉光路交叉口時間為19 s，車輛啟動時間按3 s計.

圖5 PASSEVR信號配時界面

圖6 世紀大道—晉光路信號配時

3.2 交通仿真結(jié)果分析

結(jié)合理論計算，以實際觀測的交通數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，建立了晉江市中心醫(yī)院交通出行微觀仿真模型(圖7)，并以現(xiàn)狀世紀大道—晉光路交叉口的交通觀測延誤及行程時間為標定數(shù)據(jù)，對微觀仿真模型輸出的行程時間以及延誤進行標定，相對誤差為14.89%，可以滿足實際使用的要求[10]. 微觀仿真系統(tǒng)預(yù)熱600 s，輸出1 h仿真數(shù)據(jù).

圖7 晉江市中心醫(yī)院微觀仿真模型

通過對微觀仿真數(shù)據(jù)的采集分析(圖8)，醫(yī)院1號出入口高峰小時的通行車輛排隊等待延誤時間與未設(shè)置路段信號燈時相比降低了27.22%，世紀大道路段車輛路段延誤約增加了5.22%，醫(yī)院出入口車輛及世紀大道路段車輛總延誤時間降低了13.28%.

圖8 醫(yī)院出入口及路段車輛總延誤比較

4 結(jié)論及展望

針對當前國內(nèi)大型醫(yī)院機動車出入口交通組織困難，而傳統(tǒng)的交通組織手段又無法徹底解決醫(yī)院安全、高效出行的問題. 本文提出了利用信號聯(lián)動控制的辦法，提高醫(yī)院對外交通的通行效率.

通過仿真測試，設(shè)置醫(yī)院出入口信號燈與城市節(jié)點信號燈聯(lián)動控制可以有效提高道路交通效率，保障車輛出行的安全性. 醫(yī)院出入口及路段車輛總體延誤降低13.28%，可以滿足醫(yī)院出入口交通管理組織的要求.

本文的聯(lián)動控制方案仍然是點- 點的信號聯(lián)動控制. 進一步的研究可以結(jié)合區(qū)域路網(wǎng)的信號控制管理與大型醫(yī)院所有機動車出入口的網(wǎng)絡(luò)式聯(lián)動控制，以解決大型醫(yī)院機動車出入口交通組織混亂的問題，加強城市大型醫(yī)療建筑與城市道路的互動性，提高城市智慧醫(yī)療、智慧交通的水平.

[1] 楊博. 大型綜合醫(yī)院交通系統(tǒng)研究[D]. 西安: 西安建筑科技大學, 2009.

[2] 吳志瀅. 城市大型醫(yī)院周邊道路交通問題剖析及改善對策——以深圳市為例[J]. 交通標準化, 2012(12): 50-52.

[3] 陳吉發(fā), 宋雨田. 城市大型綜合醫(yī)院交通問題剖析及解決對策研究[J]. 交通科技, 2014(3): 186-189.

[4] 邵勇, 高躍文. 大型綜合醫(yī)院交通配套規(guī)劃研究[J]. 山西建筑, 2010(29): 12-13.

[5] 劉寧. 大型綜合醫(yī)院的交通系統(tǒng)研究[J]. 城市建設(shè)理論研究(電子版), 2013(30).

[6] 章開文, 高偉民. 綜合醫(yī)院的交通組織設(shè)計[C]. 杭州: 中國醫(yī)院建筑設(shè)計年會, 2007: 13-14.

[7] 郭海峰. 局部擁擠條件下城市道路交通信號控制方法研究[D]. 長春: 吉林大學, 2008.

[8] 陳昱光. 城市道路交通瓶頸信號控制方法研究[D]. 長春: 吉林大學, 2008.

[9] 吳兵, 李燁. 交通管理與控制(第4版)[M]. 北京: 人民交通出版社, 2009.

[10] 孫劍, 楊曉光, 劉好德. 微觀交通仿真系統(tǒng)參數(shù)校正研究[J]. 系統(tǒng)仿真學報, 2007, 19(1): 48.

The Traffic Management Application of Large Hospitals Based on a Coordinated Signal Control

FENG Yu

(Tongji Architectural Design (Group) Co., Ltd, Shanghai 20092, China)

Large hospitals often experience the heavy traffic flows, which cause significant impacts on adjacent city roads.With the application of a coordinated signal control in urban road way network, a new approach is proposed for solving the traffic organization problem in hospital entrance. Through constructing the coordinated control framework of between the hospital entrance and the adjacent roads, the optimal cycle of adjacent nodes is designed to improve the whole traffic effectively. Based on the example of Jinjiang central hospital in Fujian, the coordinated control between the hospital entrance and the traffic signal is simulated by the microscopic simulation software VISSIM.Simulation results show that the vehicle average delay in the hospital entrance and adjacent roads is reduced 13.28%. It proved that the problem of traffic organization in large hospitals can be solved effectively by coordinated signal control.

large hospital; traffic signal; coordinated control; microscopic simulation

10.13986/j.cnki.jote.2015.06.008

2015- 06- 19.

馮羽(1987—)， 男， 助理工程師， 碩士， 研究方向為交通設(shè)計與交通控制. E-mail：fy5221714@163.com.

U 491.4

A

1008-2522(2015)06-39-04