基于VISSIM 干道協(xié)調(diào)交通信號(hào)配時(shí)優(yōu)化設(shè)計(jì)
——以市南大道為例

劉肇湛 黎建輝 謝尚東 林偉韓 張海洋

（廣州大學(xué)土木工程學(xué)院，廣東 廣州510006）

大量實(shí)踐表明，建設(shè)大量交通基礎(chǔ)設(shè)施，管控路面上的車流，已經(jīng)難以滿足未來(lái)的道路發(fā)展需要。加強(qiáng)交通基礎(chǔ)建設(shè)是優(yōu)化交通管控的傳統(tǒng)措施，而在當(dāng)下以及未來(lái)，應(yīng)采取智能交通等方法，以信息化的工具控制交通，減緩擁堵。本課題將從優(yōu)化綠波帶控制的方式入手，進(jìn)行有效且符合長(zhǎng)期規(guī)劃的方法，并以南沙新區(qū)市南大道與雞谷山路、黃閣大道、環(huán)島中路相交的三個(gè)相鄰的交叉路口為例進(jìn)行研究，對(duì)該綠波帶得到進(jìn)一步優(yōu)化。

1 研究步驟

通過(guò)對(duì)南沙區(qū)市南大道三個(gè)交叉口的數(shù)據(jù)調(diào)查，得出交叉口飽和流率、交叉口間距、信號(hào)配時(shí)。然后將這些數(shù)據(jù)導(dǎo)入VISSIM 中進(jìn)行仿真，優(yōu)化后再次仿真并對(duì)比，最終得出結(jié)果。

2 數(shù)據(jù)調(diào)查

本課題選取的是廣州南沙新區(qū)市南大道與雞谷山路、黃閣大道、環(huán)島中路相交的三個(gè)相鄰的交叉路口，起點(diǎn)是雞谷山路，終點(diǎn)是環(huán)島中路。仿真路段長(zhǎng)度約為2.2km，道路總寬度33.5m，橫斷面為兩板塊布局，左右兩側(cè)為機(jī)動(dòng)車道，中間為中央分隔帶。本次研究選取的交叉口都位于市南大道上。市南大道作為連接番禺大道和金沙路的要道，交通量大，交通參與者數(shù)量多。在上下班高峰期機(jī)動(dòng)車與非機(jī)動(dòng)車以及行人，兩兩之間經(jīng)常形成沖突，交通事故易發(fā)，具有一定的安全隱患。

2.1 交叉口飽和流率

通過(guò)實(shí)地調(diào)查與內(nèi)業(yè)計(jì)算，各交叉口的進(jìn)口道飽和流量計(jì)算結(jié)果如表1 所示。

2.2 相鄰交叉口間距與路段平均行程速度

表1 各進(jìn)口道飽和流量

雞谷山路- 市南大道交叉口與黃閣大道- 市南大道交叉口間距約為1.5km，市南大道- 黃閣大道交叉口與市南大道- 環(huán)島中路交叉口間距約為3.2km。

路段平均行程速度為：雞谷山路至黃閣大道時(shí)速為50km/h，黃閣大道至環(huán)島中路時(shí)速為48 km/h。

在交互式協(xié)調(diào)系統(tǒng)中，連接到系統(tǒng)中相鄰交叉口的信號(hào)同時(shí)顯示相反的燈光顏色。當(dāng)兩交叉口之間行駛時(shí)間為信號(hào)周期時(shí)長(zhǎng)的1/2 時(shí)。為了車輛可以接續(xù)通過(guò)交叉口，可以采用交互式調(diào)和系統(tǒng)。系統(tǒng)周期的計(jì)算公式如公式（1）：

式(1)中：C 為系統(tǒng)周期，s；S 為兩信號(hào)間間距，s；V 為車輛連續(xù)通過(guò)時(shí)速度，km/h。

表2 改善后的雞谷山路- 市南大道交叉口信號(hào)時(shí)間

表3 改善后的黃閣大道- 市南大道交叉口信號(hào)時(shí)間

表4 改善后的環(huán)島中路- 市南大道交叉口信號(hào)時(shí)間

經(jīng)計(jì)算，車速v=60km/h，系統(tǒng)周期C=128s。接下來(lái)采用韋伯斯特[1]公式對(duì)交通量進(jìn)行分析，分析得出交通信號(hào)周期，其數(shù)值分別為150s、148s 和136s。三個(gè)交叉口計(jì)算的周期為：雞谷山路交叉口為168s，黃閣大道交叉口為165s，環(huán)島中路交叉口為160s，最大周期長(zhǎng)度為168s（雞谷山路交叉口），與計(jì)算的系統(tǒng)周期長(zhǎng)度相差40s，差別不大。因此系統(tǒng)周期長(zhǎng)度為128s。確定系統(tǒng)周期長(zhǎng)度為128s 秒后，每個(gè)交叉口的綠燈時(shí)間根據(jù)每個(gè)相位的流量比確定。改善每個(gè)交叉口的交通信號(hào)時(shí)間，如表2、表3、表4 所示。

2.3 確定相位差

在協(xié)調(diào)線路控制系統(tǒng)中，通常采用圖解法[2]和數(shù)值法計(jì)算相鄰信號(hào)間的相位差。而在本優(yōu)化方案中將使用圖解法確定相位差。

2.3.1 首先，在線路上做紅燈粗線段，形成在每個(gè)交叉口處交互同步組合的雙向線路控制系統(tǒng)。

2.3.2 在圖上畫(huà)出最終的通過(guò)帶，并計(jì)算通過(guò)帶速度、帶寬和周期長(zhǎng)度的百分比。通過(guò)延長(zhǎng)周期時(shí)間來(lái)解決帶速與實(shí)際速度相比過(guò)高的問(wèn)題，目的是降低帶速。其目的也是為了將帶速度控制在一定范圍內(nèi)。

2.3.3 調(diào)整綠信比。每個(gè)交叉口的綠信比在實(shí)際情況下都有差異。可采用以下調(diào)整方法：不移動(dòng)根據(jù)上述計(jì)算中得出的每個(gè)路口紅燈的中心位置，只根據(jù)實(shí)際綠燈信號(hào)比延長(zhǎng)或縮短紅燈的時(shí)間。

采用圖解法得出相鄰的協(xié)調(diào)線控制系統(tǒng)的相位差，如圖1所示。

圖1 相鄰的協(xié)調(diào)線控制系統(tǒng)的相位差

3 仿真分析

基本思路是首先對(duì)三個(gè)交叉口建立交通仿真模型，然后利用VISSIM軟件進(jìn)行分析。首先在VISSIM軟件中利用衛(wèi)星圖建立基本路網(wǎng)，導(dǎo)入前期調(diào)查得到的基本交通數(shù)據(jù)，其中包含交通信號(hào)時(shí)長(zhǎng)、車輛行駛速度、交通量等參數(shù)。

建立仿真模型:

對(duì)建立完成的實(shí)際情況的交通模型進(jìn)行仿真分析，并得到初步的仿真結(jié)果，如圖2、圖3、圖4 所示。在運(yùn)算完對(duì)應(yīng)的信號(hào)配時(shí)之后，即可進(jìn)行項(xiàng)目的主干道線協(xié)調(diào)控制。方法是輸入調(diào)整后的相關(guān)參數(shù)，再次對(duì)相關(guān)模型進(jìn)行標(biāo)定，即將首次仿真的數(shù)據(jù)更改后再次進(jìn)行仿真。得到的結(jié)果如圖5 所示。

對(duì)比主干道線協(xié)調(diào)控制前后的模型變化，進(jìn)行優(yōu)化后道路上車流的運(yùn)行狀況得到了改善，相比以往，減少了車輛等待紅燈所需時(shí)間，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。具體的分析結(jié)果如表5 所示。

圖2 雞谷山路- 市南大道仿真結(jié)果

圖3 黃閣大道- 市南大道仿真結(jié)果

圖4 環(huán)島中路- 市南大道仿真結(jié)果

圖5 標(biāo)定模型后的仿真結(jié)果

計(jì)算各進(jìn)口道行程時(shí)間延誤和總延誤[3]后可以得出，雞谷山路至黃閣大道時(shí)間間隔最低為51.4 s，黃閣大道至環(huán)島中路時(shí)間間隔最低為28.3 s 時(shí)，行程延誤與系統(tǒng)總延誤達(dá)到最小值，同時(shí)也為相鄰綠燈間隔時(shí)間。

表5 實(shí)際與設(shè)計(jì)后行程時(shí)間延誤與總延誤

通過(guò)表5 對(duì)比可得，優(yōu)化前后的行程時(shí)間延誤與系統(tǒng)總延誤都得到了明顯下降，說(shuō)明優(yōu)化起到了明顯的改善作用，符合預(yù)期的綠波交通的目標(biāo)。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)上述三個(gè)交叉口的仿真分析，得出了以下結(jié)論：

4.1 解決了信號(hào)周期時(shí)長(zhǎng)不能跟隨道路上車流量變化的弊端，提出一種軟硬件解決方案，提高通行效率。

4.2 對(duì)交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)進(jìn)行研究。以交互式協(xié)調(diào)控制模型為調(diào)整方法，對(duì)道路各交叉口信號(hào)配時(shí)進(jìn)行優(yōu)化，最終獲得了系統(tǒng)的最佳信號(hào)配時(shí)。

4.3 本次的相位差調(diào)整優(yōu)化幅度較大，真正優(yōu)化了市南大道的通行能力，有廣泛的應(yīng)用前景和推廣價(jià)值。