城市干道交通信號優(yōu)化控制方案研究

蔣亞明

中遠海運科技股份有限公司 上海 200135

1 前言

交通信號管理是一項綜合性的系統(tǒng)控制工程。隨著交通環(huán)境的日益復雜以及交通流量的激增，治堵，除了發(fā)展公共交通等大舉措，還要從細處著手，通過精細化管理，緩解城市擁堵。結合城市交通管理的實際需求，建立及時有效的信號控制，更好地應對復雜的交通狀況，使道路交通更加智能、高效。城市干道通行效率是衡量交通信號協(xié)調控制系統(tǒng)重要指標，也是城市交通管理的重要組成部分。

2 信號控制的常見方式

有效的信號管理旨在減少平均停車時間，確保車輛行駛的順暢和安全。主干道信號控制將多個交叉口信號控制系統(tǒng)連接到城市中心，并在相鄰交叉口的信號開始時產生相位差，以便車輛能夠以限定速度，沿干道盡可能連續(xù)、不停車行駛。作為區(qū)域信號管理的一部分，一個區(qū)域內的所有信號交叉口協(xié)調控制稱為區(qū)域控制，即面控[1]。根據(jù)這種控制模式，所有來自該區(qū)域的控制信號都被傳輸?shù)娇刂浦行?，當車輛通過交叉口時，時間線被調整，可以減少等待時間，提高了中心、區(qū)域控制和路網(wǎng)的效率。當交通條件相對穩(wěn)定且隨機變化較小時，可選擇時間控制方式。時間控制方式簡單，多階段協(xié)調，設備小巧可靠。這是國內外使用最廣泛的信號管理方法。

3 交通信號控制管理工作上存在的困境

（1）人力不足，特別是在對于交通信號優(yōu)化需求很大的一二線城市，一般都是一個民警負責一個交通信號控制交叉口，往往都是顧此失彼，無法做到對每個交通信號交叉口的精細化管理，對于這樣的情況民警也是心有余而力不足；

（2）交通信號調優(yōu)技術專業(yè)性不強，大部分民警都是依靠長期在工作崗位上積累的經驗來實現(xiàn)對交通信號優(yōu)化管理，交叉口的相位設置以及配時的合理性得不到保證[2]；

（3）交管部門對于交通信號調優(yōu)的人員和技術沒有一套完整的管理模式，調優(yōu)技術良莠不齊，無法實現(xiàn)對調優(yōu)技術和流程的統(tǒng)一性。

4 交通信號優(yōu)化內容

交通信號優(yōu)化工作一直在發(fā)展和完善并形成一套較完整的體系，不再是簡單的對交通信號燈配時和方案的調優(yōu)了，現(xiàn)在已經從技術優(yōu)化發(fā)展成為管理模式優(yōu)化。交通信號優(yōu)化工作主要包括四個部分：基礎數(shù)據(jù)采集、技術優(yōu)化、日常巡查、技術研究。

4.1 基礎數(shù)據(jù)采集

（1）制定交通信號巡查、優(yōu)化、數(shù)據(jù)建檔工作流程。

（2）歸納不同路類型的相位設計模式、子系統(tǒng)設計模式以及路口信號的各類解決方法。

（3）建立路口臺賬，對所有路口的交通信號控制參數(shù)有關的信息進行核查。

4.2 技術優(yōu)化

（1）對路口的各時段的交通流運行特征進行分析，針對交叉口交通控制現(xiàn)狀的不合理的地方提出更加符合路口現(xiàn)狀的控制方案，通過分析、仿真、方案優(yōu)化等工作生成科學高效的配時方案。

（2）各時段對對綠波路段路測，針對不同交通流對應的綠波效果評測，通過分析、仿真、方案優(yōu)化等工作生成科學高效的綠波方案。

（3）在基于點控、線控的基礎上開展面控的工作，通過分析各個路段的特點合理劃分區(qū)域，實行區(qū)域協(xié)調控制，及時優(yōu)化不合理的子系統(tǒng)[3]。

4.3 日常巡查

（1）24小時監(jiān)視路口報警提示及時報修。

（2）巡查路口信號燈桿件、信號機箱等硬件，對需要維修的硬件設施及時報修。

（3）巡查交叉口相位以及配時的準確性和合理性，做好巡查記錄。

（4）巡查路段綠波運行效果，及時發(fā)現(xiàn)綠波的狀態(tài)做好記錄。

（5）對交管微博、郵件、市長熱線等渠道收集市民反映的交通信號問題巡查核實具體情況。

4.4 技術研究

（1）研究交通信號控制關鍵技術及控制策略。

（2）對指定范圍、目標對象進行專題研究、評估、撰寫專題報告。研究并開發(fā)交通信號優(yōu)化相關輔助軟件。

5 交通信號控制管理平臺

樹立交通信號優(yōu)化的理念，總結長期積累的交通信號優(yōu)化經驗，結合交通信號優(yōu)化管理者工作上遭遇的困境，針對性地開發(fā)交通信號優(yōu)化管理平臺。

在交通信號控制管理平臺中，處于頂層的交管部門是整個信號控制優(yōu)化工作的管理者和主導者；中間層是為交通信號優(yōu)化工作相關的各種服務團隊，這一層是各種問題反饋、溝通、協(xié)調的關鍵；底層是具體工作內容產生的數(shù)據(jù)、文檔、報告等資料的輸出。平臺決策層就是交通信號控制服務，這個服務是由交管部門代表、交通信號優(yōu)化團隊代表、各支隊聯(lián)系人等組成。一切與信號控制優(yōu)化工作相關的任務計劃制定、任務單分派及各方資源的統(tǒng)籌調度都由核心層來完成。平臺執(zhí)行層就是交通信號優(yōu)化服務，這個服務是由交通信號優(yōu)化工作相關的各種服務團隊組成，團隊在工作上必須嚴格落實“兩化”，規(guī)范化和標準化。規(guī)范化主要體現(xiàn)在團隊成員的配備和團隊工作的內容兩個方面，標準化主要體現(xiàn)在相關的數(shù)據(jù)和執(zhí)行的工作流程[4]。

6 交通信號控制協(xié)調優(yōu)化

6.1 制定信號控制策略計劃，推進信號分配精細化管理

（1）交通信號控制計劃。根據(jù)城市道路交通現(xiàn)狀，結合交通管制特點、現(xiàn)有道路條件、設備條件，在全市規(guī)劃、城市道路交通規(guī)劃、城市交通管理規(guī)劃的基礎上，制定專項交通管制法規(guī)。規(guī)劃和指導交通控制設施建設，優(yōu)化交通信號布置。

（2）定制交通信號場景的控制策略。通過分析路況、交通流的特點和變化趨勢，分析不同交通場景下的交通控制目標，如商業(yè)集中、區(qū)域連通道路、快速道路通道、重要橋隧、主干道等，明確長距離綠波協(xié)調、短程綠波協(xié)調等，配合其它技術措施，建立交通信號現(xiàn)場的控制策略。

（3）建立了交通信號的時區(qū)控制措施。在高峰時段，強調交通流的平衡，增加交通流量，積極緩解交通壓力。對信號時間周期進行調整、優(yōu)化相位，并采取綠波協(xié)調等措施，以確保綠波協(xié)調損失最小、停車次數(shù)最少為目標，保證車輛有序、高效通過，達到最高通行效率。在平峰和夜間時段，通過縮短時間、簡化相位、引導控制、協(xié)調速度控制等措施，以確保道路通行安全為重點，減少交通延誤。

（4）設置靈活的交通信號控制相位。根據(jù)交通流量的變化，結合整個信號控制策略，分析路況特征、交通流特征和交通行為習慣，通過選擇信號控制階段，如合并階段，優(yōu)化整體交通信號控制。同時，在創(chuàng)新相位優(yōu)化過程中，通過各種手段強化宣傳，加強交叉口的培訓引導，提升相位控制效果。

（5）交通信號控制設計。其設計旨在提供多時段和多方向控制，根據(jù)道路交通流高峰、平峰和夜間時段的變化改變控制周期，并設計分配計劃以滿足每個時段的交通流特征。根據(jù)惡劣天氣條件提前安排專項控制計劃。

6.2 優(yōu)化配套交通組織措施，促進時空一體化發(fā)展

（1）注重交通信號控制與交通組織結合。通過完善交通標志、標線、隔離護欄、行人安全島等設施設置，減少機動車、非機動車和行人的相互沖突與交織。在采用綠波協(xié)調的路段，統(tǒng)籌考慮交通流匯入控制，通過合并道路沿線出入口、設置中央隔離護欄、調整公交站臺或人行橫道位置等方式，盡可能減少對主線交通的干擾，保障綠波協(xié)調控制的效果。

（2）強化交通信號與渠化設計融合。強化交通信號與交叉口渠化設計的融合，提高道路資源利用率。在實施交通信號控制的交叉口同步優(yōu)化渠化設計，通過調整進口車道功能、非機動車和行人過街方式和設置待行區(qū)等措施，確保交通信號控制效果得以實現(xiàn)。同時，因不同路段、路口采取設置可變車道、潮汐車道、共享車道、分時段禁向管理等方法，最大程度提高交叉口時空利用率。

（3）大力推廣時空資源深度挖掘技術應用。大力推廣時空資源深度挖掘應用技術，緩解時空資源不足交叉口的交通擁堵。通過“時間與空間互補、順向與逆向車道互補、寬度不足長度補”等交通組織理念，應用逆向可變車道控制、潮汐車道控制、同向可變車道控制等時空融合技術，充分利用精細化、規(guī)范化管理手段，深度挖掘道路時空資源[5]。

6.3 規(guī)范信號設施建設，提高系統(tǒng)智能化水平。

（1）規(guī)范信號控制設施建設。按照《道路交通信號燈設置與安裝規(guī)范》（GB14886）的規(guī)定，加快推進符合條件的非燈控交叉口的信號燈建設；尚不具備設置信號燈條件的交叉口要設置相應的讓行標志、標線；新增或更換信號機時應充分考慮控制需求、信號管控范圍以及系統(tǒng)設備兼容性等因素，合理選擇交通信號控制機品牌與型號；交通信號機應盡可能的滿足感應控制、實時交通信號優(yōu)化、行人過街、公交信號優(yōu)先、可變車道信號控制等多種應用需求，具備自動校時、交通信號遠程控制、勤務控制、預案控制、遠程方案調試、協(xié)調控制、多時段控制等控制功能；要確保設備的穩(wěn)定性，同一控制區(qū)域盡量選用同一品牌的交通信號機，便于實現(xiàn)設備的聯(lián)網(wǎng)和協(xié)調控制，連接信號燈和信號機的接線端子和電纜應保證一燈一線，滿足靈活調整的信號相位需要。

（2）加強交通檢測設備建設及應用。推進交通檢測設備接口標準化，鼓勵各類檢測設備與信號機在前端實現(xiàn)直聯(lián)互通和數(shù)據(jù)共享，提高交通信號控制設備對交通流的實時、準確感知能力。對選用的線圈、地磁、視頻、微波或雷達等交通檢測設備，要精準采集交通流量、排隊長度、占有率、車頭時距等多元數(shù)據(jù)，為交通信號控制提供數(shù)據(jù)支撐。

7 結束語

城市干道交通信號控制系統(tǒng)的技術優(yōu)化和管理優(yōu)化是提高道路通行效率、充分發(fā)揮道路服務作用的關鍵。