談前江工業(yè)園區(qū)交叉口交通信號(hào)控制設(shè)計(jì)

桂曉東 胡良紅

(1.安徽貴池前江工業(yè)園管委會(huì)，安徽 池州 247100； 2.中國(guó)華西工程設(shè)計(jì)建設(shè)有限公司安徽分公司，安徽 合肥 230000)

談前江工業(yè)園區(qū)交叉口交通信號(hào)控制設(shè)計(jì)

桂曉東1胡良紅2

(1.安徽貴池前江工業(yè)園管委會(huì)，安徽 池州 247100； 2.中國(guó)華西工程設(shè)計(jì)建設(shè)有限公司安徽分公司，安徽 合肥 230000)

以干線交叉口為主要研究對(duì)象，對(duì)干線交叉口信號(hào)控制進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，并從排隊(duì)長(zhǎng)度、停車次數(shù)、延誤時(shí)長(zhǎng)等方面對(duì)優(yōu)化前后的信號(hào)控制方案進(jìn)行了Vissim仿真，指出優(yōu)化后的設(shè)計(jì)能較大程度的緩解交通堵塞等問題。

信號(hào)控制，相位，交通仿真

1 信號(hào)配時(shí)方法與步驟

在城市的道路上，交通信號(hào)協(xié)調(diào)控制又叫“綠波帶”控制，是指由一條干線上連續(xù)的多個(gè)交叉口的交通信號(hào)燈共同組成一個(gè)信號(hào)控制系統(tǒng)，通過系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)控制來進(jìn)行交叉口信號(hào)協(xié)調(diào)控制。目的是為了使行駛到主干線的車輛經(jīng)過信號(hào)交叉口時(shí)一路綠燈，從而可以使車輛通暢的通過各個(gè)交叉口，避免等待時(shí)間，減少延誤。當(dāng)車流在主干線上一系列交叉口的交通信號(hào)燈都變成綠色，像極了一條“綠波帶”，這就是我們所說的“綠波控制”[1]。

在對(duì)主干線系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制時(shí)，對(duì)相位差的選擇也顯得更為重要。所謂的相位差即為保證干線系統(tǒng)的交通流能通暢的穿過每個(gè)交叉路口時(shí)，確保車輛在主干線道路上行駛的時(shí)間要與抵達(dá)下個(gè)路口的相位差一樣，才能保證整個(gè)主線道路的交通流保持流暢，也是在對(duì)交通干線協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中必須考慮的一個(gè)重要參數(shù)。

一般情況下，干線協(xié)調(diào)控制方案的設(shè)計(jì)有如下六個(gè)步驟:

1)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的實(shí)際交通參數(shù)計(jì)算飽和流量，當(dāng)干線進(jìn)口道為n車道時(shí)，飽和流量的表達(dá)式如下所示：

(1)

由英國(guó)的Noah Webster提出的近似最佳周期時(shí)長(zhǎng)為：

(2)

其中，C0為最佳周期時(shí)長(zhǎng),s；Y為各相位最大流量比y之和;L為每個(gè)周期的總損失時(shí)間,s：

L=∑(l+I-A)

(3)

其中，l，A，I分別為啟動(dòng)損失時(shí)間、黃燈時(shí)間以及綠燈間隔時(shí)間。

2)選取干線交叉口信號(hào)周期時(shí)長(zhǎng)最大的交叉口為關(guān)鍵交叉口。

3)分別計(jì)算出各交叉口相位的綠信比和顯示綠燈時(shí)間。

4)根據(jù)式(2)，式(3)計(jì)算出有效綠燈時(shí)間ge和顯示綠燈時(shí)間gj：

ge=C0-L

(4)

有效綠燈時(shí)間gej由各相位的最大流量比得到，從而得到第j相位的有效綠燈gej：

(5)

第j相位的實(shí)際顯示綠燈時(shí)間由以下公式得出：

gj=Ajgej+lj

(6)

其中，gj，Aj，lj，gej分別為第j相位的實(shí)際顯示綠燈時(shí)間、黃燈時(shí)間、啟動(dòng)損失時(shí)間以及有效綠燈時(shí)間。

5)按步驟3)得出非關(guān)鍵交叉口上次要道路方向顯示綠燈時(shí)間。

6)當(dāng)非關(guān)鍵交叉口周期時(shí)長(zhǎng)小于干線系統(tǒng)的周期時(shí)長(zhǎng)時(shí)，則該交叉口改用系統(tǒng)周期時(shí)長(zhǎng)，并且綠燈時(shí)間選用最小綠燈時(shí)間[2]。

如上所述，關(guān)鍵問題是如何合理的調(diào)整相位差，直接影響著干線系統(tǒng)的信號(hào)控制效果，本文采用圖解法調(diào)整干線系統(tǒng)的相位差。

2 干線交叉口現(xiàn)狀分析

前江大道位于前江工業(yè)園區(qū)內(nèi)，是連接園區(qū)南北兩個(gè)園區(qū)域的橋梁，對(duì)這兩個(gè)區(qū)域的發(fā)展作用重大，在交通路網(wǎng)中也發(fā)揮著重要作用。隨著園區(qū)戰(zhàn)略地位的凸顯以及政府政策的偏移，前江工業(yè)園區(qū)混合交通壓力日益加重，再加上交通管理的缺乏，很容易出現(xiàn)交通擁堵等現(xiàn)象。因此，合理的設(shè)計(jì)前江大道交叉口信號(hào)控制能給園區(qū)帶來更高的通行效率。本文以前江大道—涌金大道交叉口及相鄰的前江大道—寶賽大道交叉口作為研究對(duì)象。

為了能準(zhǔn)確得到前江大道干線的實(shí)時(shí)交通流特性，對(duì)前江大道與涌金大道、寶賽大道這兩個(gè)交叉口的早、中、晚等多個(gè)時(shí)段的交通參數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查。

考慮到天氣因素對(duì)交通量的影響，選擇天氣狀況良好一天，用人工計(jì)數(shù)方法進(jìn)行交通量調(diào)查；對(duì)機(jī)動(dòng)車進(jìn)行分流向的調(diào)查；記錄交叉口的信號(hào)配時(shí)情況。具體交通參數(shù)見表1，圖1～圖4。

表1 各交叉口峰值交通量

3 干線交叉口信號(hào)線控配時(shí)設(shè)計(jì)

根據(jù)前期干線交叉口的現(xiàn)場(chǎng)交通參數(shù)的實(shí)時(shí)調(diào)查，計(jì)算得出直行、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)車道的飽和流量分別為1 800輛/h，1 200輛/h，1 440輛/h。表2和圖5分別為前江大道與寶賽大道高峰小時(shí)關(guān)鍵車道交通量以及根據(jù)其得出的最佳周期信號(hào)配時(shí)圖。

表2 前江大道與寶賽大道交叉口高峰小時(shí)關(guān)鍵車道交通量

根據(jù)本文第一節(jié)的公式，分別得出最佳信號(hào)周期時(shí)長(zhǎng)C1、交叉口各相位有效綠燈時(shí)間和實(shí)際顯示綠燈時(shí)間：

C1=132 s。

ge1=16 s,ge2=41 s,ge3=20 s,ge4=39 s,

g1=18 s,g2=43 s,g3=22 s,g4=41 s。

其中，C1為最佳信號(hào)周期時(shí)長(zhǎng)；ge1，ge2，ge3，ge4分別為南北左轉(zhuǎn)、南北直行、東西左轉(zhuǎn)、東西直行有效綠燈時(shí)間；g1，g2，g3，g4分別為南北左轉(zhuǎn)、南北直行、東西左轉(zhuǎn)、東西直行實(shí)際顯示綠燈時(shí)間。

同理可得到前江大道與涌金大道最佳信號(hào)周期時(shí)長(zhǎng)C2、交叉口各相位有效綠燈時(shí)間和實(shí)際顯示綠燈時(shí)間：

C2=113 s。

ge1=11 s,ge2=37 s,ge3=26 s,ge4=23 s,

g1=13 s,g2=39 s,g3=28 s,g4=25 s。

由上可知，最佳信號(hào)周期時(shí)長(zhǎng)C1>C2，因此以前江大道與寶賽大道交叉口為關(guān)鍵交叉口，干線系統(tǒng)最佳信號(hào)周期時(shí)長(zhǎng)選用前江大道與寶賽大道交叉口的周期時(shí)長(zhǎng)C1，干線系統(tǒng)中兩個(gè)交叉口的周期時(shí)差為C1-C2=19 s。

將這周期時(shí)差加入前江大道與涌金大道交叉口南北直行的綠燈實(shí)際顯示時(shí)間，即為58 s，對(duì)前江大道與涌金大道交叉口的信號(hào)配時(shí)進(jìn)行改進(jìn)得到圖6所示配時(shí)圖。

取干線上行駛的車輛的車速V=40 km/h，經(jīng)實(shí)測(cè)兩交叉口間距為685 m，可得相位綠時(shí)差C=S/V=77 s。由時(shí)間—距離圖得到前江大道與寶賽大道以及涌金大道的兩個(gè)交叉口的線控配時(shí)圖7。

經(jīng)過線控方案設(shè)計(jì)，利用Vissim5.3仿真[3]，經(jīng)過10組每組1 h的仿真運(yùn)行，得到前江大道與涌金大道交叉口4個(gè)相位的仿真結(jié)果平均數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 前江大道與涌金大道交叉口4個(gè)相位評(píng)價(jià)指標(biāo)前后對(duì)比

從表3對(duì)比中可以看出，經(jīng)過線控配時(shí)設(shè)計(jì)方案后，前江大道與涌金大道的停車次數(shù)、排隊(duì)長(zhǎng)度以及延誤時(shí)間與優(yōu)化前相比都得到了很大程度的優(yōu)化，能較大程度的緩解城市交通擁堵。

4 結(jié)語

本文通過前期干線交叉口的現(xiàn)場(chǎng)交通參數(shù)的實(shí)時(shí)調(diào)查，計(jì)算得出干線系統(tǒng)交叉口的最優(yōu)配時(shí)方案，然后用Vissim仿真軟件對(duì)優(yōu)化前后前江大道與涌金大道的配時(shí)方案進(jìn)行仿真，從仿真結(jié)果對(duì)比可以明顯看出：前江大道與涌金大道的停車次數(shù)、排隊(duì)長(zhǎng)度以及延誤時(shí)間與優(yōu)化前相比都得到了很大程度的優(yōu)化，可以緩解交通堵塞等交通問題。

[1] 周 力,唐師忠.城市交通干線智能線控系統(tǒng)研究[J].電子科技大學(xué)報(bào),2007,36(4):744-747.

[2] 萬緒軍,陸化普.線控系統(tǒng)中相位差優(yōu)化模型的研究[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào),2011,14(2)：85-86.

[3] 潤(rùn) 飛,李冬梅.基于Vissim仿真軟件的交通組織方案研究[J].現(xiàn)代交通科技,2006(6):61-63.

On design for traffic signal control at crossings of Qianjiang Industrial District

Gui Xiaodong1Hu Lianghong2

(1.AdministrativeCommitteeofQianjiangIndustrialParkofGuichiinAnhui,Chizhou247100,China;2.AnhuiBranch,HuaxiEngineeringDesignandConstructionCo.,Ltd,ofChina,Hefei230000,China)

Taking the crossing section at arteries as the main research object, the paper undertakes the optimal design for the signal control over the crossing section of arteries, has the Vissim simulation for the signal control scheme before and after the optimization from the queue length, parking times, and delayed periods, and points out the latter design can greatly relieve the traffic jams.

signal control, phase, traffic simulation

1009-6825(2015)28-0008-03

2015-07-22

桂曉東(1979- )，男，工程師

U491.51

A