基于實時交通量的動態(tài)綠波控制應用

李沖沖，牟 健

（1.常州工業(yè)職業(yè)技術學院，江蘇 常州 213100；2.萊陽市交通運輸服務中心，山東 萊陽 265200）

引言

隨著我國機動車保有量不斷增加，城市化水平不斷提高，交通擁堵已經(jīng)成為一種“城市病”，我國一年因交通擁堵造成的經(jīng)濟損失已經(jīng)超過2 500億元［1］，單個交叉口的信號配時優(yōu)化已不能滿足現(xiàn)在的交通需求。因此，以干線道路作為研究對象的城市交通信號綠波優(yōu)化控制方法已經(jīng)逐步成為國內(nèi)外學者的研究重點［2］。然而現(xiàn)有的干線交通信號綠波控制多采用平行等寬的綠波，當交通量發(fā)生變化時，可能造成綠波帶寬利用率的下降。因此，研究可根據(jù)交通量動態(tài)變化的雙向綠波十分必要［3-4］。以南昌市鳳凰北大道為研究對象，實際調(diào)查道路幾何特征、信號配時方案、交通量和交通流特征，并通過調(diào)整交叉口信號配時方案，設計雙向感應式動態(tài)綠波控制方案。實際行車結果表明該控制方法能夠有效改善道路交通運行情況［5］。

1 道路概況

鳳凰北大道位于南昌市紅谷灘新區(qū)東側，鄰近贛江，北起黃河路，南至香江路，呈南北向走勢。道路沿線分布著7個信號控制路口，其中黃河路為T型路口，其余為十字路口，地勢平坦，無較大起伏。該路段依托新區(qū)發(fā)展，鳳凰北大道-濠江路和鳳凰北大道-香江路為關鍵交叉口。道路北側的居民住宅區(qū)與南側的江西省人民醫(yī)院、廣場，是該路段交通量來源的重要組成部分。作為一條主干道，鳳凰北大道沿線道路條件良好，平峰期交通流穩(wěn)定，交通流處于相對自由流狀態(tài)；早晚高峰交通量較大，會出現(xiàn)排隊、擁堵等情況。鳳凰北大道某進口道日交通量見圖1，數(shù)據(jù)單位時長為5 min。

圖1 鳳凰北大道某進口道日交通量

2 問題分析

（1）鳳凰北大道信號配時方案與流量不匹配：各路口配時未按照路口實際流量進行設計，導致交叉口有空放現(xiàn)象。如鳳凰北大道-珠江路路口平峰期時段支路方向92%比例的周期存在綠燈損失時間，平均每周期綠燈損失時間為7.7 s，占總體周期的11.86%。（2）鳳凰北大道（香江路-黃河路）已做協(xié)調(diào)優(yōu)化，但通行效果不佳，南北通行仍要多次停車。再者，鳳凰北大道沿線各路口均安裝流量檢測器，但利用率不高。

3 優(yōu)化策略

根據(jù)鳳凰北大道實際交通狀況，將鳳凰北大道7個路口作為一個整體進行分析，依據(jù)流量分布劃分周期與時段，采用感應式動態(tài)綠波控制進行優(yōu)化。動態(tài)綠波控制需配置關鍵相位和非關鍵相位，在確保最小綠燈時間滿足行人安全過街后，通過流量檢測器檢測車流量。若檢測到非關鍵相位沒有車輛通過，將截斷綠燈，把剩余的綠燈時間分配給之后的關鍵相位；如果之后沒有關鍵相位，將會增加到下一個周期的關鍵相位上，從而增加綠波帶寬，減少綠燈損失。動態(tài)綠波控制原理見圖2。

圖2 動態(tài)綠波控制原理

在動態(tài)綠波控制策略中，公共周期為75 s，平均設計速度為35 km/h。當實際平均車速較低，即車流量與車道占有率變化超過閾值時，觸發(fā)系統(tǒng)自動調(diào)整綠波帶與交叉口信號配時。

4 效果評價

在感應式動態(tài)綠波協(xié)調(diào)信號控制策略實施后，鳳凰北大道上過境機動車通行效率顯著提高。主要體現(xiàn)為干線通行時間減少、干線停車次數(shù)減少、停車延誤減少、平均速度增加，見圖3、圖4，利用優(yōu)化前后一周的交通運行情況進行對比分析。

圖3 優(yōu)化前后平均行程時間對比

圖3、圖4分析表明：（1）調(diào)優(yōu)后的北向南方向平均行程時間由224 s減少到204.71 s，減少了8.61%；南向北方向平均行程時間由198.71 s減少到185.86 s，減少了6.47%。（2）調(diào)優(yōu)后的北向南方向平均停車次數(shù)由1.82次減少到1.02次，減少了43.96%；南向北方向平均停車次數(shù)由1.37次減少到0.53次，減少了61.31%。

圖4 優(yōu)化前后平均停車次數(shù)對比

從圖5可以看出，動態(tài)綠波與定周期綠波相比，帶寬明顯增加，經(jīng)計算，各支路相位綠燈損失時間均有所減少［6］。

圖5 不同綠波帶寬

5 結語

隨著城市交通擁堵越來越嚴重，干線綠波控制可以有效緩解擁堵問題，在實際應用中有重要意義。對于大城市而言，單純的干線綠波協(xié)調(diào)控制還遠遠不夠，更需要區(qū)域路網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制；每條道路的幾何特征、交通流量均有所差別，提高控制方法的適應性將是未來研究重點。