基于時空資源優(yōu)化的交叉口交通流動態(tài)控制方法研究

梁子君, 張衛(wèi)華, 楊 偉, 嚴(yán) 雪

(1.合肥學(xué)院 城市建設(shè)與交通學(xué)院,安徽 合肥 230601; 2.合肥工業(yè)大學(xué) 汽車與交通工程學(xué)院,安徽 合肥 230009; 3.安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司,安徽 合肥 230088)

0 引 言

隨著城市道路車輛數(shù)量激增,交叉口交通需求與供給之間的矛盾日益激化,基于交叉口時間與空間資源優(yōu)化調(diào)配的交通流控制是提升交叉口通行效率的重要途徑。交叉口交通流控制是以信號控制為手段,一般以信號相位作為基本控制單元。面向交叉口通行效率不斷提升的控制需求,交通信號相位和配時的協(xié)同優(yōu)化是近年來交通流控制的主要研究方向。

在機(jī)動車交通流控制方面,為進(jìn)一步提升控制效率,文獻(xiàn)[1]研究了一種考慮流線搭接的最優(yōu)信號控制方案算法;文獻(xiàn)[2]提出了一種交通信號組合優(yōu)化控制的方法;文獻(xiàn)[3]建立了交叉口不對稱交通流的動態(tài)相位信號控制參數(shù)優(yōu)化模型;文獻(xiàn)[4]提出了一種基于感應(yīng)控制的逆向可變車道方案;文獻(xiàn)[5-6]分別基于綠燈利用率和出租車GPS軌跡數(shù)據(jù)開展了信號相位和配時優(yōu)化研究;文獻(xiàn)[7]提出了一種車輛分散協(xié)同自適應(yīng)巡航控制算法,可以在有限的交通信號周期內(nèi),使更多的車輛通過路口。

在非機(jī)動車與行人交通流控制方面,考慮到非機(jī)動車、行人與機(jī)動車之間的沖突,文獻(xiàn)[8]利用行人二次過街方案設(shè)置原理提出了單進(jìn)口放行方式下交叉口行人嵌套相位設(shè)計(jì)方案;文獻(xiàn)[9]研究了不同時段的行人早開相位控制策略，可以明顯減少交叉口行人與機(jī)動車的沖突;文獻(xiàn)[10]提出了典型交叉口的行人和非機(jī)動車專用相位設(shè)置方法，并評估了控制效果;文獻(xiàn)[11-12]提出了專用行人相位的設(shè)置模式、信號配時與安全分析。

在公交車交通流控制方面,圍繞公交優(yōu)先控制方法,文獻(xiàn)[13]通過短時預(yù)測交叉口交通流量研究了單點(diǎn)自適應(yīng)控制條件下的公交信號優(yōu)先方法;文獻(xiàn)[14]以進(jìn)口道公交左轉(zhuǎn)優(yōu)先為目標(biāo)提出了一種逆向可變車道及左轉(zhuǎn)公交專用道設(shè)置方法;文獻(xiàn)[15]提出了一種考慮路段上公交車和小汽車物理排隊(duì)的自適應(yīng)公交信號優(yōu)先設(shè)置方法;文獻(xiàn)[16]在交叉口控制可靠性的前提下研究了公交信號優(yōu)先配時優(yōu)化模型;文獻(xiàn)[17]、文獻(xiàn)[18]在提高公交優(yōu)先服務(wù)可靠性方面分別提出了多目標(biāo)優(yōu)化控制算法、采用預(yù)信號的自適應(yīng)控制算法;文獻(xiàn)[19]研究了用于解決公交信號優(yōu)先請求相互沖突的一種兩相位自適應(yīng)信號控制策略。

上述控制方法雖然實(shí)現(xiàn)了車輛延誤、排隊(duì)長度、人均延誤等指標(biāo)的優(yōu)化,但都是對機(jī)動車、公交車、非機(jī)動車、行人中的1種或2種類型交通流開展相位及配時優(yōu)化研究。一方面基本以信號相位為基礎(chǔ),信號控制的靈活性和效率仍顯不足,不利于交叉口時空資源靈活調(diào)配;另一方面尚未對交叉口所有交通流時空資源動態(tài)分配進(jìn)行統(tǒng)籌考慮和分析,未考慮一種交通流的優(yōu)化控制對另一種交通流的影響,如公交優(yōu)先控制對機(jī)動車的影響以及機(jī)動車優(yōu)化控制對非機(jī)動車與行人等弱勢群體的交通影響。因此,亟需在考慮交叉口機(jī)動車、公交車、非機(jī)動車、行人等主要交通流時空資源分配的基礎(chǔ)上開展優(yōu)化研究,以最終體現(xiàn)控制方法的公平性和有效性。

基于以上分析,本文針對交叉口機(jī)動車、公交車、非機(jī)動車與行人等不同交通流的精細(xì)化調(diào)控問題,在交叉口時空資源協(xié)同優(yōu)化方面提出了一種以交通流作為獨(dú)立控制單元的精細(xì)化動態(tài)控制方法,并選擇合肥市實(shí)際交叉口開展優(yōu)化設(shè)計(jì)和邏輯算法的仿真驗(yàn)證工作,通過交叉口實(shí)際流量數(shù)據(jù)的仿真結(jié)果驗(yàn)證本文方法的有效性。

1 交叉口交通流劃分與功能區(qū)設(shè)計(jì)

十字交叉口不同交通流劃分與功能區(qū)設(shè)計(jì)如圖1所示。

(1) 交叉口交通流劃分?？紤]通用情況,標(biāo)準(zhǔn)十字交叉口一共可以區(qū)分有36股獨(dú)立交通流,用an、bm表示,n=1,2,…,28;m=1,2,…,8。其中,a1～a8和b1～b8分別代表交叉口北直、東直、南直、西直、北左、東左、南左、西左方向的機(jī)動車和公交車交通流,a9～a12為右轉(zhuǎn)交通流,按照交通規(guī)則主動避讓與其沖突的交通流,設(shè)不受信號控制；a13～a20為8股行人交通流;a21～a28為8股非機(jī)動車交通流。每股受信號控制的交通流an至少配對1個檢測區(qū)和1個信號燈組SGn,bm配對4個檢測點(diǎn)和1個信號燈組SGbm,形成一個獨(dú)立的控制單元。

(2) 行人與非機(jī)動車過街功能區(qū)設(shè)計(jì)。為了縮短非機(jī)動車與行人的一次過街距離,設(shè)十字交叉口各個方向均設(shè)置中央安全島,非機(jī)動車與行人采用二次過街的方式通過交叉口,如圖1所示。根據(jù)行人雙向通行規(guī)則,交叉口每個方向進(jìn)、出口處的斑馬線兩端按照上行和下行方向分別設(shè)置行人感應(yīng)檢測區(qū)和信號燈;根據(jù)非機(jī)動車單向通行規(guī)則,在交叉口每個方向進(jìn)、出口處的非機(jī)動車通道一端設(shè)置非機(jī)動車感應(yīng)檢測區(qū)和信號燈。感應(yīng)檢測區(qū)對非機(jī)動車、行人進(jìn)行存在檢測,非機(jī)動車、行人信號燈按照設(shè)計(jì)的控制邏輯對非機(jī)動車、行人交通流實(shí)施控制。

(3) 進(jìn)口車道功能區(qū)設(shè)計(jì)。圖1中，設(shè)十字交叉口各個方向均設(shè)置了公交專用道,公交專用道分布在道路中央,為了提高交叉口進(jìn)口車道空間資源的利用率,把交叉口進(jìn)口路段至進(jìn)口車道的范圍劃分為預(yù)信號控制區(qū)、車輛變道區(qū)和進(jìn)口控制區(qū)3個功能區(qū)。

圖1 十字交叉口不同交通流劃分與功能區(qū)設(shè)計(jì)

預(yù)信號控制區(qū)的主要元素包括預(yù)信號燈組SGxy0(x=1,2,3,4；y=1,2)、公交請求點(diǎn)④、公交到達(dá)點(diǎn)③、路段公交專用道和機(jī)動車道。預(yù)信號控制區(qū)主要作用是:當(dāng)檢測公交到達(dá)或機(jī)動車排隊(duì)溢出時,SGxy0由綠燈轉(zhuǎn)換為紅燈,提前控制機(jī)動車在路段機(jī)動車道停車線處排隊(duì)等候,以便公交車從路段公交專用道優(yōu)先進(jìn)入交叉口。

車輛變道區(qū)的主要作用是為不同通行方向的機(jī)動車和公交車提供變道緩沖區(qū)。公交車可以根據(jù)其行駛路線從路段公交專用道變道進(jìn)入交叉口直行或左轉(zhuǎn)復(fù)用車道(機(jī)動車與公交車共用進(jìn)口車道),當(dāng)交叉口沒有公交車到達(dá)時,機(jī)動車可正常使用復(fù)用車道通過交叉口。

進(jìn)口控制區(qū)的主要元素包括公交直行通過點(diǎn)①、公交左轉(zhuǎn)通過點(diǎn)②、公交離開點(diǎn)?、機(jī)動車和公交信號燈組SGn和SGbm、復(fù)用車道、交叉口停車線附近的請求檢測區(qū)和機(jī)動車排隊(duì)監(jiān)控處的排隊(duì)檢測區(qū)。進(jìn)時控制區(qū)工作原理是:當(dāng)交叉口沒有公交車請求時,機(jī)動車信號燈根據(jù)對應(yīng)檢測區(qū)的數(shù)據(jù)按照設(shè)計(jì)的控制邏輯控制機(jī)動車放行,特別是對機(jī)動車排隊(duì)的控制,以免排隊(duì)溢出至車輛變道區(qū),對公交車進(jìn)入交叉口造成影響。按照設(shè)計(jì)的優(yōu)先控制邏輯,當(dāng)有公交車到達(dá)直行通過點(diǎn)①時,公交車直行綠燈開啟,公交車從直行復(fù)用車道通過交叉口;當(dāng)有公交車到達(dá)左轉(zhuǎn)通過點(diǎn)②時,公交車左轉(zhuǎn)綠燈開啟,公交車從左轉(zhuǎn)復(fù)用車道通過交叉口;當(dāng)公交車到達(dá)公交離開點(diǎn)?時,則可關(guān)閉對應(yīng)的公交車綠燈。

2 交叉口交通流組合優(yōu)化

2.1 交叉口交通流綠燈組合

為實(shí)現(xiàn)交叉口時空資源的靈活調(diào)配,假設(shè)交叉口每股交通流的綠燈時間完全由交通流的通行需求決定,即若沒有交通需求則不提供綠燈,或交通流放行結(jié)束則關(guān)閉綠燈。

將圖1中受信號控制的機(jī)動車、公交車、非機(jī)動車和行人交通流考慮在內(nèi),根據(jù)以上假設(shè)可以形成17種綠燈組合集Ak(k=1,2,…,17),見表1所列,Ak代表交叉口交通流綠燈時間和通行空間的資源分配選擇。設(shè)交叉口任意一股受信號控制且等待放行的交通流為u,若其與交叉口正在放行的任一交通流v均在同一個Ak中,則u可以獲得綠燈和空間通行權(quán)。

表1 交叉口交通流綠燈組合集

記Fu為圖1中受信號控制的交通流資源分配函數(shù),Fu取值為1代表交通流u獲得通行權(quán),取值為0代表u未獲得通行權(quán),即

(1)

2.2 交叉口交通流綠燈間隔矩陣

為避免公交車和機(jī)動車、非機(jī)動車以及行人在交叉口內(nèi)部發(fā)生沖突,根據(jù)不同交通流在交叉口的清空距離和速度、進(jìn)入距離和速度的測算,計(jì)算每股獨(dú)立交通流所配對信號燈組之間的綠燈間隔時間,構(gòu)建綠燈間隔矩陣,為每股交通流的綠燈切換和組合提供重要依據(jù)和安全保障。綠燈間隔時間tg的計(jì)算公式為:

(2)

其中,ty為黃燈時間;tr為全紅時間;tu為通過時間;sc為基本清空距離;vc為清空速度;Lv為車輛長度;Se為進(jìn)入距離;ve為進(jìn)入速度。

綠燈間隔矩陣實(shí)例見表2所列。

表2矩陣中，各個數(shù)值為2個沖突信號燈組之間的綠燈間隔tg。綠燈間隔矩陣中的信號燈組SGn、SGbm的沖突關(guān)系由各自關(guān)聯(lián)的機(jī)動車、公交車、非機(jī)動車及行人交通流的流向沖突情況而形成。

表2 交叉口交通流綠燈間隔矩陣

3 交通流控制邏輯規(guī)則

為實(shí)現(xiàn)交叉口不同交通流時空資源的實(shí)時動態(tài)優(yōu)化,需建立不同交通流之間可相互協(xié)同的交通流控制邏輯規(guī)則。本文提出了機(jī)動車動態(tài)優(yōu)化控制、非機(jī)動車與行人過街控制和公交協(xié)同優(yōu)先控制3種協(xié)同的邏輯規(guī)則。

3.1 機(jī)動車動態(tài)優(yōu)化控制邏輯

機(jī)動車開放綠燈需具備2個條件:① 機(jī)動車交通流獲得通行權(quán),即滿足(1)式中的Fu=1;② 需滿足綠燈間隔tg條件要求。

機(jī)動車動態(tài)優(yōu)化控制邏輯如圖2所示。

圖2 機(jī)動車動態(tài)優(yōu)化控制邏輯

為兼顧交叉口各個方向機(jī)動車交通流的通行和排隊(duì)監(jiān)控需求,機(jī)動車動態(tài)優(yōu)化控制邏輯描述如下:

(1) 設(shè)當(dāng)前放行綠燈的信號燈組為SGi,下一個待放行綠燈的信號燈組為SGj(i,j=1,2,…,8)。當(dāng)SGi的當(dāng)前綠燈時間gi大于等于最小綠燈時間Gimin時,判斷SGj配對的排隊(duì)檢測區(qū)占有時間Oj是否達(dá)到閥值Tj；若否，則判斷SGi配對的請求檢測區(qū)車頭時距Hi是否達(dá)到閥值ti；若是，則SGi關(guān)閉綠燈;若否，則SGi持續(xù)開放綠燈至最大綠燈時間Gimax后再關(guān)閉綠燈。

(2) 若SGj配對的排隊(duì)檢測區(qū)占有時間Oj達(dá)到閥值Tj,說明待放行交通流存在長排隊(duì),有緊迫綠燈需求,此時需繼續(xù)判斷SGi配對的排隊(duì)檢測區(qū)占有時間Oi是否同樣達(dá)到閥值Ti；若是，說明當(dāng)前放行的機(jī)動車交通流同樣存在長排隊(duì),則SGi需繼續(xù)開放綠燈至臨界綠燈時間Gi2后再關(guān)閉綠燈;若否，則SGi運(yùn)行完最小綠燈時間Gimin后立即關(guān)閉綠燈。

(3) SGi關(guān)閉綠燈后,SGj關(guān)聯(lián)的機(jī)動車交通流獲得通行權(quán),SGj滿足綠燈間隔條件后即可啟亮綠燈。并繼續(xù)從步驟(1)開始循環(huán)判斷。

3.2 非機(jī)動車與行人過街控制邏輯

當(dāng)交叉口某一通行方向的非機(jī)動車或行人交通流u對應(yīng)檢測區(qū)的占有時間Ou達(dá)到閥值Tu時,說明該方向有非機(jī)動車或行人過街需求。根據(jù)(1)式判斷u與交叉口正在放行的任一機(jī)動車或公交車交通流是否均在同一個Ak中:若是，則u可獲得通行權(quán)；若否，則u需等待沖突方向的機(jī)動車或公交車綠燈結(jié)束后獲得通行權(quán)。在滿足綠燈間隔條件后u獲得一次較短的過街綠燈時間,沖突方向的機(jī)動車或公交車必須等待u的過街時間結(jié)束且滿足綠燈間隔條件后才能啟亮綠燈。非機(jī)動車與行人過街控制邏輯如圖3所示。

圖3 非機(jī)動車與行人過街控制邏輯

3.3 公交協(xié)同優(yōu)先控制邏輯

公交協(xié)同優(yōu)先控制邏輯是在整合機(jī)動車動態(tài)優(yōu)化控制邏輯和非機(jī)動車與行人過街控制邏輯基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的,以最終實(shí)現(xiàn)交叉口時空資源的協(xié)同優(yōu)化,主要有以下規(guī)則:

(1) 優(yōu)先請求生效規(guī)則Rr。圖1中公交請求點(diǎn)④檢測到公交車到達(dá)時,將產(chǎn)生優(yōu)先請求,當(dāng)Rr=0時表示該請求在當(dāng)前信號周期不生效,需符合判定條件Tr,即與公交車通行方向沖突的機(jī)動車交通流存在長排隊(duì)。反之Rr=1,表示請求生效,執(zhí)行動作Dr,即交叉口進(jìn)入公交優(yōu)先過渡狀態(tài),記錄當(dāng)前正在或?qū)⒁獑⒘辆G燈的機(jī)動車信號燈,對應(yīng)的機(jī)動車交通流及與其不沖突的非機(jī)動車與行人交通流根據(jù)設(shè)定的控制邏輯放行。

(2) 公交優(yōu)先級判別規(guī)則Rd。當(dāng)交叉口多個方向公交優(yōu)先請求同時生效時,假設(shè)所有公交車的通行需求均一致,則以盡量減少對當(dāng)前機(jī)動車綠燈的干擾為原則確定公交優(yōu)先次序。當(dāng)Rd=1時表示公交車有最高優(yōu)先級,需符合判定條件Td1,即公交通行方向與當(dāng)前放行或待放行的機(jī)動車綠燈不沖突,具體參見表1。反之,Rd=2,表示公交車有一般優(yōu)先級,交叉口根據(jù)公交車的到達(dá)時刻依次給予優(yōu)先控制。通行方向不沖突的公交車可同步執(zhí)行優(yōu)先控制。

(3) 優(yōu)先信號調(diào)整規(guī)則Rt。根據(jù)規(guī)則(2)確定當(dāng)前執(zhí)行優(yōu)先控制的公交車以后,當(dāng)圖1中公交到達(dá)點(diǎn)③未檢測到公交車時,Rt=1,執(zhí)行動作Dt1,即當(dāng)前機(jī)動車交通流根據(jù)設(shè)定的優(yōu)化控制邏輯繼續(xù)放行綠燈,若綠燈結(jié)束,則其他方向機(jī)動車交通流將不再放行綠燈,處于等待狀態(tài)。此時交叉口所有方向的非機(jī)動車與行人將獲得通行權(quán),且滿足綠燈間隔條件前提下即可開放綠燈,符合表1中的A17。當(dāng)公交到達(dá)點(diǎn)③檢測到有公交車到達(dá)時,Rt=2,執(zhí)行動作Dt2,即公交車所在進(jìn)口的預(yù)信號燈組SGxy0由綠燈過渡為紅燈,機(jī)動車在預(yù)信號控制區(qū)排隊(duì)等候公交車進(jìn)入交叉口,待公交車到達(dá)公交通過點(diǎn)①或②后方可恢復(fù)為綠燈。若此時與公交車通行方向沖突的機(jī)動車交通流仍然放行綠燈,則該沖突方向的機(jī)動車綠燈在滿足gimin的前提下即可關(guān)閉綠燈,且公交車通行方向的機(jī)動車綠燈提前啟亮,以清空復(fù)用車道滯留的機(jī)動車。(4) 優(yōu)先信號控制規(guī)則Rc。當(dāng)Rt=2時,進(jìn)一步判斷公交車通過交叉口的路線是直行還是左轉(zhuǎn)。圖1中,當(dāng)公交通過點(diǎn)①檢測到公交車時,Rc=1,表示公交車在直行復(fù)用車道通過交叉口,執(zhí)行動作Dc1,即公交車直行信號燈在滿足綠燈間隔條件下啟亮綠燈。當(dāng)公交通過點(diǎn)②檢測到公交車時,Rc=2,表示公交車在左轉(zhuǎn)復(fù)用車道通過交叉口,執(zhí)行動作Dc2,即公交車左轉(zhuǎn)信號燈在滿足綠燈間隔條件下啟亮綠燈。當(dāng)公交離開點(diǎn)?檢測到公交車時,Rc=3,表示公交車離開交叉口,執(zhí)行動作Dc3,即判斷當(dāng)前優(yōu)先方向的復(fù)用車道是否還有公交車。若是，則在公交車最大綠燈時間內(nèi)等待最后一輛公交車到達(dá)離開點(diǎn)?；若否，則關(guān)閉當(dāng)前公交車及同方向的機(jī)動車綠燈。

(5) 信號恢復(fù)規(guī)則Rrc。判斷交叉口其他通行方向是否還有公交優(yōu)先請求,若是，則返回規(guī)則(2),Rrc=0;若否,Rrc=1,交叉口進(jìn)入常規(guī)信號恢復(fù)處理狀態(tài),執(zhí)行動作Drc,即判斷規(guī)則(1)所記錄的機(jī)動車信號燈對應(yīng)的機(jī)動車交通流是否有長排隊(duì)。若是，則該機(jī)動車交通流獲得綠燈通行權(quán),進(jìn)行綠燈補(bǔ)償;若否，則下一個待放行的機(jī)動車交通流獲得通行權(quán),交叉口結(jié)束公交優(yōu)先控制狀態(tài),機(jī)動車、行人及非機(jī)動車按既定的控制邏輯繼續(xù)執(zhí)行常規(guī)的信號控制。

根據(jù)以上規(guī)則,協(xié)同優(yōu)先控制邏輯如圖4所示。

圖4 公交協(xié)同優(yōu)先控制邏輯

4 方法驗(yàn)證與分析

4.1 驗(yàn)證方案

選擇合肥市望江東路與石臺路交叉口的數(shù)據(jù)對本文方法做進(jìn)一步仿真驗(yàn)證。其中望江東路是東西方向的主干道,石臺路是南北方向的次干道,望江東路中央具備公交專用道。交叉口現(xiàn)狀渠化如圖5所示；按本文方法對交叉口的功能區(qū)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，如圖6所示。

圖5 交叉口現(xiàn)狀渠化

圖6 交叉口功能區(qū)優(yōu)化設(shè)計(jì)

把最內(nèi)側(cè)的公交專用道調(diào)整為公交車和機(jī)動車復(fù)用的直行和左轉(zhuǎn)車道,以提高交叉口車道資源的利用效率；同時完善非機(jī)動車與行人過街安全島設(shè)計(jì)并增設(shè)檢測區(qū),縮短其一次過街距離,非機(jī)動車與行人采用二次過街方式通過交叉口。選取交叉口工作日15:30～17:30非流量飽和時段的平均交通流量調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,見表3所列,其中西進(jìn)口流量明顯較大,交叉口流量存在不均勻分布現(xiàn)象。

表3 交叉口15:30～17:30時段平均交通流量數(shù)據(jù)

根據(jù)上述條件,本文方法驗(yàn)證方案如下:首先在圖5現(xiàn)狀渠化基礎(chǔ)上采用韋伯斯特法對現(xiàn)狀相位配時方案進(jìn)行一次優(yōu)化；然后在圖6交叉口功能區(qū)優(yōu)化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上采用本文算法邏輯進(jìn)行二次優(yōu)化；最后通過Vissim仿真模擬不同條件下的對比方案,見表4所列,并針對不同交通流進(jìn)行效益指標(biāo)分析。

表4 不同條件的對比方案

4.2 信號控制方案

交叉口現(xiàn)狀渠化方案東、西進(jìn)口具備中央安全島,可設(shè)置行人二次過街相位,一次優(yōu)化方案見表5所列。采用Vissim的VAP算法編輯模塊完成二次優(yōu)化方案的機(jī)動車動態(tài)優(yōu)化、非機(jī)動車與行人過街和公交協(xié)同優(yōu)先3種控制邏輯編程設(shè)計(jì)，如圖7所示,主要控制參數(shù)見表6所列,綠燈間隔參數(shù)設(shè)置如圖8所示(-127表示2個信號燈組不存在沖突關(guān)系),交通仿真模型如圖9所示。

表5 交叉口一次優(yōu)化方案

圖7 VAP控制邏輯規(guī)則編程設(shè)計(jì)

表6 二次優(yōu)化方案控制參數(shù)

圖8 信號燈組綠燈間隔時間設(shè)置

圖9 交叉口仿真模型

4.3 仿真數(shù)據(jù)分析

由于方案A是采用韋伯斯特法計(jì)算所得,在相位不變的前提下車輛平均延誤達(dá)到相對最優(yōu)。由于交叉口東與西、南與北進(jìn)口流量均存在差異(見表3),方案B可根據(jù)機(jī)動車流量不均衡情況動態(tài)進(jìn)行表1中的綠燈組合優(yōu)化,各流向車輛延誤比方案A平均減少16.02%,如圖10所示。

圖10 方案A、方案B車輛平均延誤對比

方案C進(jìn)一步實(shí)施了非機(jī)動車與行人過街控制,由于機(jī)動車需等待非機(jī)動車或行人過街清空后才能獲得綠燈,各流向車輛延誤有所增加,但仍然比方案A平均減少9.06%,如圖11所示。而行人過街的平均行程時間(含紅燈等待時間)明顯減少,比方案A平均減少19.86%,如圖12所示，其中，1表示西向東；2表示東向西；3表示北向南；4表示南向北。

圖11 方案A、方案B、方案C車輛平均延誤對比

圖12 方案A、方案C行人過街平均行程時間對比

方案A中左轉(zhuǎn)的非機(jī)動車跟隨機(jī)動車放行,存在安全隱患,但延誤相對較小。方案C中非機(jī)動車通過二次過街左轉(zhuǎn),過街安全性得到較大保障,左轉(zhuǎn)延誤比方案A有所增大,但由于獲得更多過街機(jī)會,延誤增幅不是很明顯,且直行方向延誤減少較多,最終方案C各流向非機(jī)動車延誤比方案A平均減少6.67%,如圖13所示。

圖13 方案A、方案C非機(jī)動車平均延誤對比

方案D根據(jù)實(shí)際需求執(zhí)行東口直行與左轉(zhuǎn)公交車、西口直行與左轉(zhuǎn)公交車(東公交與西公交)的優(yōu)先控制。由于公交車優(yōu)先通過交叉口時,與其不沖突的交通流可以繼續(xù)放行,車輛平均延誤在東西直行和左轉(zhuǎn)方向相對減少,在南北方向有所增加,但增幅在可接受范圍內(nèi),而公交車的平均延誤降低十分明顯,如圖14所示。

圖14 方案A、方案B、方案D車輛平均延誤對比

按照機(jī)動車平均載客數(shù)2.2人、公交車平均載客數(shù)30人計(jì)算,方案D交叉口人總延誤相對于方案A減少了31.81%,相對于方案B減少了19.52%,如圖15所示。

圖15 方案A、方案B、方案D交叉口人總延誤對比

5 結(jié) 論

本文創(chuàng)新性地將交叉口機(jī)動車、公交車、非機(jī)動車與行人的通行需求和路權(quán)分配問題進(jìn)行了統(tǒng)籌考慮和優(yōu)化設(shè)計(jì),突破傳統(tǒng)信號相位的限制,從單個交通流和信號燈組的控制邏輯出發(fā),實(shí)現(xiàn)交叉口機(jī)動車動態(tài)優(yōu)化控制、非機(jī)動車與行人過街控制和公交協(xié)同優(yōu)先控制三位一體的交叉口時空資源優(yōu)化調(diào)控,特別適用于交叉口交通流到達(dá)隨機(jī)性強(qiáng)、分布不均衡的情況。

通過實(shí)際交叉口數(shù)據(jù)的仿真分析,結(jié)果表明:

(1) 本文方法能有效降低交叉口車輛延誤和人總延誤,交叉口時空資源得到了充分利用。

(2) 本文方法能有效保障非機(jī)動車與行人的過街安全性,并明顯縮短行人過街行程時間。

本文方法著重交叉口時空資源的重新調(diào)配,控制靈活性較高,其中對交通流出行習(xí)慣所產(chǎn)生的實(shí)際影響需開展進(jìn)一步的論證和研究。