連續(xù)燈控交叉口交通組織優(yōu)化方法研究

劉星星

（湖北省城建設(shè)計(jì)院股份有限公司，湖北 武漢 430051）

1 研究背景

近些年，我國(guó)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)有了長(zhǎng)足的發(fā)展，居民生活水平不斷提高，更多的家庭擁有了自己的私家車，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，2018年，我國(guó)的汽車成交量較之于往年下降了13%，但仍然達(dá)到了2 200萬(wàn)輛。如此大的數(shù)量規(guī)模對(duì)城市交通造成的壓力可想而知，因此，很多地區(qū)出現(xiàn)了交通供需不平衡的情況，直接表現(xiàn)就是城市交通網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)交通堵塞的概率增加，堵車時(shí)間加長(zhǎng)，堵車線路增多。交叉路口負(fù)責(zé)連接不同方向的車流，對(duì)于城市道路交通通行能力有著至關(guān)重要的作用。由于道路渠化和信號(hào)配時(shí)設(shè)置的不合理，在很多信號(hào)交叉口會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的交通擁堵或交通事故，這一情況在交通高峰期更加突出，很大程度限制了交叉口的通行能力，并且在車輛等待時(shí)，也會(huì)造成大量的廢氣排放，加劇了能源消耗和環(huán)境污染。對(duì)交叉口進(jìn)行合理管控是保證交通流量的關(guān)鍵。對(duì)于相互聯(lián)系的交叉口而言，他們之間的交通流是互相聯(lián)系的，一方出現(xiàn)特殊情況會(huì)造成連鎖反應(yīng)，對(duì)整個(gè)交通流網(wǎng)絡(luò)造成干擾，但是由于這之間涉及的影響因素太多，想要達(dá)

到較好規(guī)劃效果就需要設(shè)計(jì)人員進(jìn)行更仔細(xì)的考察和優(yōu)化。而近些年隨著城市規(guī)模的不斷壯大，相鄰交叉口數(shù)量不斷增加，而相鄰交叉口之間的交通網(wǎng)絡(luò)又是互相聯(lián)系的，由于過(guò)去缺乏重視和缺乏手段，對(duì)于相鄰交叉路口進(jìn)行交通組織優(yōu)化的例子很少，導(dǎo)致相鄰交叉口的交通情況一直處于較差的狀態(tài)，在城市交通高峰期時(shí)，往往是相鄰交叉口會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的交通堵塞問(wèn)題。從交叉口本身來(lái)分析，由于相鄰交叉口的特殊幾何特點(diǎn)使得對(duì)其進(jìn)行交通組織優(yōu)化設(shè)計(jì)變得更加的復(fù)雜。車輛在處于等待時(shí)間的狀態(tài)下，會(huì)集中?？吭谕晃恢?，但是發(fā)動(dòng)機(jī)不會(huì)熄火，這樣一來(lái)，停靠區(qū)域會(huì)出現(xiàn)大量的廢氣排放，嚴(yán)重污染空間，對(duì)附近居民的正常生產(chǎn)生活帶來(lái)了極大的影響。而且等待時(shí)間內(nèi)汽油繼續(xù)燃燒，會(huì)造成大量汽油的浪費(fèi)。

2 國(guó)外研究現(xiàn)狀

西方國(guó)家城市現(xiàn)代化進(jìn)程較快，所以在19世紀(jì)中葉就開(kāi)始面臨相似的問(wèn)題，當(dāng)時(shí)西方國(guó)家的馬車普及，而道路交叉口由于缺乏指揮，導(dǎo)致各類車輛通行時(shí)往往會(huì)出現(xiàn)交通事故，所以，當(dāng)時(shí)的市民開(kāi)始對(duì)交通信號(hào)控制進(jìn)行研究，該方法后續(xù)被應(yīng)用到交叉口低飽和控制過(guò)程中。在20世紀(jì)80年代又提出了停車補(bǔ)償系數(shù)，該系數(shù)通過(guò)對(duì)制定路段車輛的等待時(shí)間和等待車輛進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，計(jì)算車輛在經(jīng)過(guò)這段道路時(shí)需要花費(fèi)的時(shí)間，為了減少車輛在整條道路上的等待時(shí)間，會(huì)在后續(xù)通過(guò)調(diào)整信號(hào)來(lái)減少車輛的等待時(shí)間。在英國(guó)和澳大利亞等國(guó)家有一定的使用空間，據(jù)統(tǒng)計(jì)，采用這種信號(hào)系統(tǒng)，可以大幅節(jié)省出行時(shí)間，節(jié)省率可達(dá)8%～20%。

3 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，我國(guó)研究者對(duì)于交通配置問(wèn)題的研究辦法，集中在通過(guò)模型構(gòu)建和分析來(lái)進(jìn)行。雖然我國(guó)在進(jìn)行交通配置方面的研究起步時(shí)間較晚，但是由于掌握更多的新技術(shù)，所以我國(guó)研究人員能夠更加熟練地掌握各種模型構(gòu)建單位，通過(guò)搭建相關(guān)研究模型的方式，對(duì)模型運(yùn)行狀態(tài)和其中的影響因素進(jìn)行分析，所以在過(guò)去數(shù)年的發(fā)展過(guò)程中，我國(guó)的研究人員在交通配置方面，也取得了一定的研究成果。而且由于我國(guó)的城市化加速普遍是在近二十年內(nèi)出現(xiàn)的，所以還有很多的城市規(guī)劃和交通網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有固化，根據(jù)研究成果改造現(xiàn)有城市道路的可行性更高，所以相關(guān)的研究工作在我國(guó)有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。目前，我國(guó)的研究人員將研究的關(guān)鍵著眼于拓寬設(shè)計(jì)和道路車道設(shè)置。關(guān)于交叉口設(shè)計(jì)優(yōu)化系統(tǒng)研究成果主要集中在以下幾方面，首先是21世紀(jì)初，我國(guó)上海市出臺(tái)了城市道路平面交叉口規(guī)劃與設(shè)計(jì)規(guī)程，在該份文件中，對(duì)于上海市的平面交叉口總體規(guī)劃方案和具體設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行了規(guī)范，確定在未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，會(huì)作為上海地區(qū)進(jìn)行城市交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和管理的綱領(lǐng)性文件。

4 信號(hào)交叉口交通信號(hào)控制基礎(chǔ)

4.1 交通信號(hào)控制概念及分類

對(duì)交通擁堵問(wèn)題進(jìn)行控制的最有效方法是交通信號(hào)控制，而交通信號(hào)控制需要考慮到該路口的實(shí)際交通能力。交通信號(hào)控制對(duì)于交通流運(yùn)行狀態(tài)有深刻影響，對(duì)于信號(hào)交叉口而言，進(jìn)行交通組織，首要的是交通信號(hào)的組織，在目前交叉口實(shí)際通行能力無(wú)法有效提升的前提下，采取信號(hào)控制能夠適當(dāng)?shù)木徑饨徊婵诘耐ㄐ袎毫?。?duì)于交通口而言，在運(yùn)行狀態(tài)中沖突主要來(lái)源于車流與車流、車流與人流。所以在針對(duì)道路交叉口進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，交通信號(hào)要輪流的給不同方向的交通流分配通行權(quán)，減少交叉口出現(xiàn)的沖突情況，讓人流和車流能夠在不同方向上同時(shí)通過(guò)，減少不必要的等待時(shí)間。

4.2 交通信號(hào)控制基本參數(shù)

4.2.1 公共周期時(shí)長(zhǎng)

為了能夠更好地控制交通，研究人員需要一個(gè)準(zhǔn)確的研究對(duì)象，而公共周期是交通研究工作中最常見(jiàn)的內(nèi)容。就一個(gè)路段經(jīng)過(guò)的所有紅綠燈所顯示的時(shí)間加起來(lái)，得出的結(jié)果就是公共周期時(shí)長(zhǎng)，這個(gè)數(shù)字表示的是該道路最大等待時(shí)間和可供通行時(shí)間，該數(shù)據(jù)在評(píng)價(jià)道路通行能力上限上有著非常重要的作用，是很多交通通行能力研究工作的基礎(chǔ)。而且也是表現(xiàn)交通能力改進(jìn)程度的體現(xiàn)。

4.2.2 綠信比

整個(gè)道路的綠燈顯示時(shí)間總長(zhǎng)占全部交通信號(hào)燈顯示時(shí)間的比例是綠信比，這個(gè)比例是體現(xiàn)道路通行能力的重要表現(xiàn)。進(jìn)行交叉路口優(yōu)化的重要方向就是提高綠燈的顯示時(shí)間，讓盡可能多的車輛能夠保持正常通行的狀態(tài)，減少等待時(shí)間。

4.2.3 相位差

同周期相鄰交叉口同一相位綠燈起步的時(shí)間差被稱之為相位差。

5 平面交叉口交通沖突分析

作為交通的重要節(jié)點(diǎn)，同一時(shí)間需要應(yīng)對(duì)不同方向車流的使用，從而會(huì)發(fā)生一定的交通沖突，被稱之為沖突點(diǎn)，當(dāng)車輛經(jīng)過(guò)沖突點(diǎn)時(shí)，就有可能發(fā)生碰撞，沖突點(diǎn)越大，產(chǎn)生交通事故的可能性就越高。

6 連續(xù)口信號(hào)交叉口交通優(yōu)化設(shè)計(jì)

為確保設(shè)計(jì)的實(shí)用性，在設(shè)計(jì)之前首先對(duì)當(dāng)?shù)氐慕煌▽?shí)際情況進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間調(diào)研，收集準(zhǔn)確常見(jiàn)的交通情況，包括道路等級(jí)，周邊用地性質(zhì)，線狀信號(hào)配時(shí)，以及交叉口間距。

對(duì)以上數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合整理和分析，對(duì)于交叉口的車道數(shù)目，車道功能，相鄰交叉口的協(xié)調(diào)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。根據(jù)渠化設(shè)計(jì)，考察現(xiàn)有交通量的現(xiàn)狀，進(jìn)行信號(hào)相位、信號(hào)相序、信號(hào)配時(shí)設(shè)計(jì)。

7 結(jié)語(yǔ)

隨著近幾年城市化發(fā)展的加速，越來(lái)越多的交叉路口出現(xiàn)，為了保證城市交通網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行，減少車輛沖突和車輛等待時(shí)間，需要對(duì)相鄰交叉口進(jìn)行渠化設(shè)計(jì)優(yōu)化。