哈爾濱征儀路北段干道綠波控制研究

強添綱，安久煜，儲江偉

(東北林業(yè)大學交通學院，哈爾濱150040)

在城市生活中，交通情況是關乎城市生活質量的命脈，是衡量一個城市規(guī)劃狀況的重要指標。交叉口的交通擁堵問題，一方面，引起平面交叉口的車輛通行能力的下降，從而使車輛延誤率有所上升，引起了相應的環(huán)境問題，另一方面，某一交叉口的交通堵塞，不僅影響到單個交叉口的交通狀況，還會波及到上下游乃至局部路網(wǎng)交通的有效運行［1-3］。在城市道路交通網(wǎng)中，城市交通中干線交通承擔著主要的交通載荷，研究城市交通干線交通控制方法，能夠有效提高交通干線協(xié)調控制的效果［4-6］。

我國的專家學者對協(xié)調控制的方法進行了多種研究。谷遠利等對近距離交叉口協(xié)調控制的相位差優(yōu)化建立了優(yōu)化模型以及對其進行了仿真［7］。楊曉芳考慮排隊長度建立模型的同時加入左轉車流排隊約束［8］。盧凱以總延誤及停車次數(shù)為目標設計了協(xié)調控制的優(yōu)化模型［9］。郭海鋒通過動態(tài)監(jiān)控利用累計懲罰分值確定關鍵交叉口，重新對協(xié)調控制進行了評價［10］。施夏對重慶市學府大道進行了綠波控制的設計并指出其對于干道交通狀況有明顯的改善［11］。馬囡囡對鹽城市建軍路進行了單項綠波控制的設計，但是并沒有進行仿真，只進行了交叉口通行能力以及延誤的計算［12］。劉東研究近距離交叉口的協(xié)調控制并獲得了配時時該注意的問題［13］。蘇志忠提出了考慮新因素的雙向綠波設計方法，并進行了實地驗證［14］。

征儀路作為哈爾濱一條主要干線道路，承擔了平房區(qū)與市區(qū)間較大的交通負荷。征儀路上的信號協(xié)調控制是哈爾濱交通控制中一種控制方式，也是哈爾濱交通區(qū)域協(xié)調控制的基礎。城市交通擁堵已成為制約哈爾濱市經(jīng)濟和社會發(fā)展的“瓶頸”，征儀路作為一條重要的交通干線，進行信號交叉口協(xié)調控制能夠有效地緩解這一段路上的交通擁堵狀況，由于干線協(xié)調控制是面控制系統(tǒng)的一種簡化形式，因而局部地應用線控協(xié)調技術，有利于從點控方式過渡到線控方式［15-16］，為之后進行區(qū)域面控制系統(tǒng)創(chuàng)造條件，能夠有效緩解哈爾濱市的交通擁堵狀況，解決哈爾濱市居民出行困難的同時也有利于哈爾濱市經(jīng)濟和社會的發(fā)展。

1 研究路段現(xiàn)狀

1．1 道路位置及概況

本文研究的路段是哈爾濱市征儀路北段。征儀路作為哈爾濱市平房區(qū)到市區(qū)的一條主要干道，該路段上的車流主要駛向東、西大直街、和平路等城市主要交通干道。該路段位于哈爾濱市南崗區(qū)，周圍緊鄰東北林業(yè)大學、黑龍江大學、哈爾濱學院、動力小學、哈達小學等學校，附近的主要街道有文昌街、哈平路和三大動力路等，毗鄰黑龍江省森林植物園，承擔著較大的交通流。哈爾濱市征儀路北段附近主要街道如圖1所示。圖中所做標記為征儀路北段三個主要交叉口。

征儀路北段有3個信號交叉口，其位置關系如圖2所示。

學府三道街與學府四道街交叉口間距為843 m，學府四道街交叉口與保健路交叉口間距為762 m。

1．2 相位調查

交通系統(tǒng)中的相位主要在交通交叉口出現(xiàn)。相位是指通行權的需求與給予。相位是在一個信號周期內同時獲取通行權的一組交通流，一個相位既可以表示機動車的通行權也可以表示行人的通行權，且這兩個通行權是一致的［17］。

圖1 哈爾濱市征儀路北段附近主要街道示意圖Fig．1 The main streets around the north section of Zhengyi road

圖2 征儀路北段信號交叉口位置關系Fig．2 Location relationship of the three intersections

哈爾濱市征儀路北段各交叉口的相位設置見表1。

表1 交叉口相位設置Tab．1 Phase setting of signal intersections

1．3 交通流量及車速調查

對征儀路3個交叉口的交通流量調查數(shù)據(jù)見表2。

表2 交通流量調查表 輛Tab．2 Traffic volume survey of the intersections 輛

為了調查哈爾濱市征儀路北段的汽車的運行速度，作者采用儀器測量法，使用的主要儀器為雷達測速儀，在需要對運行的車輛進行測量，經(jīng)多次測量，該路段平均車速為42 km/h。

1．4 信號配時現(xiàn)狀調查

作者經(jīng)過調查，征儀路北段三個交叉口現(xiàn)行信號配時控制方案見表3。

表3 三個交叉口配時情況現(xiàn)狀 sTab．3 Current signal timing of the intersections s

2 征儀路北段綠波控制配時方案

2．1 設計總流程

綠波控制設計總流程如圖3所示。

圖3 綠波控制設計總流程Fig．3 The process of green wave design

2．2 綠波控制設計步驟

(1)確定每一交叉口周期時長:對調查的信號交叉口進行單點信號配時優(yōu)化，確定周期時長:

式中:C為最佳周期時間，s;L為信號總損失時間，s;Y為組成周期的全部信號相位的各個最大流量比之和。

(2)確定關鍵交叉口:以所需的周期時長最大的信號交叉口為關鍵交叉口，即保健路與征儀路交叉口為關鍵交叉口，可以選用此周期時長作為線控系統(tǒng)的備選系統(tǒng)周期時長。

(3)確定線控系統(tǒng)中協(xié)調相位的有效綠燈時間及顯示綠燈時間:協(xié)調相位即是協(xié)調方向的相位。各交叉口協(xié)調相位必須保持的最小綠燈時間就是關鍵交叉口協(xié)調相位的綠燈顯示時間。

式中:gme為關鍵交叉口協(xié)調相位有效綠燈時間，s;gm為關鍵交叉口協(xié)調相位顯示綠燈時間，s;Im為關鍵交叉口綠間隔時間，s;l為啟動損失時間，s;Cm為系統(tǒng)周期時長，s;Lm為關鍵交叉口總損失時間，s;ym，y'm為關鍵交叉口協(xié)調相位兩向的流量比;Ym為關鍵交叉口上最大流量比之和。

(4)確定非關鍵交叉口非協(xié)調相位綠燈時間:非關鍵交叉口非協(xié)調相位交通飽和度在滿足實用限值xp(xp取=0．9)時非關鍵交叉口非協(xié)調相位最小有效綠燈時間實用值為:

式中:tEGn1為學府三道街左轉的最小有效綠燈時間，s;tEGn2為學府四道街左轉的最小有效綠燈時間，s;tGn1為學府三道街左轉的顯示綠燈時間，s;tGn2為學府四道街左轉的最小有效綠燈時間，s;qn為非關鍵交叉口非協(xié)調相位第n相中關鍵車流的流量，輛/h;Sn為非關鍵交叉口非協(xié)調相位的關鍵車道的飽和流量，輛/h;xp為非關鍵交叉口非協(xié)調相位交通飽和度在滿足實用限值;yn為非關鍵交叉口非協(xié)調相位的關鍵車流的流量比。

(5)確定非關鍵交叉口協(xié)調相位的綠燈時間:干道協(xié)調控制子區(qū)內的非關鍵交叉口，其周期時長采用子區(qū)內的公用周期，協(xié)調相位的綠燈時間不應短于關鍵交叉口協(xié)調相位的綠燈時間，非協(xié)調相位的最小有效綠燈時間確定后，富余有效綠燈時間應該全部調劑給協(xié)調相位，以便形成最大綠波帶。

式中:tEG1為學府三道街交叉口南北直行的最小有效綠燈時間，s;tEG2為學府四道街交叉口南北直行的最小有效綠燈時間，s;tG1為學府三道街交叉口南北直行的顯示綠燈時間，s;tG2為學府四道街交叉口南北直行的最小有效綠燈時間，s;L為非關鍵交叉口總損失時間，s;k為非關鍵交叉口非協(xié)調相位的相位總數(shù)。

(6)相位差計算:擬用圖解法來確定此線控系統(tǒng)的相位差。

在圖4上作出最后的通過帶，算出帶速約為40 km/h，帶寬58 s，為周期時長的36%。這樣的帶速接近實際車速，可以稍微縮短周期時長或者不變，在此，本文就最終以如上設計的周期時長以及綠信比。

圖4 圖解法求相位差Fig．4 Graphic method for time difference

2．3 征儀路北段綠波控制方案

經(jīng)過上述步驟計算及設計，最后確定的綠波控制方案見表4。

表4 征儀路北段調整后綠波控制方案 sTab．4 The optimized signal timing of the north section of Zhengyi road s

3 設計方案仿真及評價

利用VISSIM軟件，對哈爾濱市征儀路北段現(xiàn)行信號控制方案以及進行綠波控制調整后的綠波控制方案進行仿真。

圖5為學府三道街與征儀路交叉口交通仿真圖，圖6為學府四道街與征儀路交叉口交通仿真圖，圖7為保健路與征儀路交叉口交通仿真圖，圖8為征儀路北段交通仿真圖。

圖5 學府三道街與征儀路交叉口交通仿真圖Fig．5 The traffic situation simulation of Zhengyi road-Xuefusandao road

圖6 學府四道街與征儀路交叉口交通仿真圖Fig．6 The traffic situation simulation of Zhengyi road-Xuefusidao road

圖7 為保健路與征儀路交叉口交通仿真圖Fig．7 The traffic situation simulation of Zhengyi road-Baojian road

利用VISSIM仿真軟件征儀路北段以及三個路口分別輸入綠波控制前后的信號配時方案并進行了交通狀況的仿真，對其路段上進行干道協(xié)調控制前后的排隊長度以及延誤值進行了輸出。具體輸出數(shù)值見表5和表6。

表5 征儀路北段干道綠波控制前后總延誤值 sTab．5 The queue length of the north section of Zhengyi road before and after the green wave control s

表6 征儀路北段干道協(xié)調控制前后排隊長度 sTab．6 The total delay time of the north section of Zhengyi road before and after the green wave control s

4 結術語

本文通過前期大量的調研數(shù)據(jù)，對哈爾濱市征儀路北段三個交叉路口原來的定時式信號控制進行綠波控制設計，并對其目前交通狀況以及干道協(xié)調控制后的交通狀況進行VISSIM仿真后結果可以看出，進行干道協(xié)調控制后的學府三道街南進口平均排隊長度減少10 m，最大排隊長度減少35 m，北進口平均排隊長度減少6 m，最大排隊長度減少3 m，學府四道街南進口平均排隊長度減少9m，最大排隊長度減少64 m，北進口平均排隊長度減少12 m，最大排隊長度減少7 m，保健路南進口平均排隊長度減少1 m，最大排隊長度減少1 m，保健路北進口平均排隊長度減少3 m，最大排隊長度減少60 m。征儀路北段從北到南總延誤值減少了38．20%，從南到北總延誤值減少了24．93%。學府三道街和學府四道街都是T型交叉口，支道上交通流量較少，進行綠波控制后干道排隊長度以及延誤值明顯的減少，三個路口服務水平由原來的D級提升到現(xiàn)在的C級。該設計方案明顯優(yōu)于目前的控制方案，能夠更加明顯地緩解征儀路北段的交通擁堵狀況。

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