城市區(qū)域交通疏導(dǎo)系統(tǒng)控制

劉士源 陳偉利 郭慧鑫 孫天璽 王賀群 李旺函

（吉林建筑大學(xué)電氣與計(jì)算機(jī)學(xué)院，吉林長(zhǎng)春 130000）

信號(hào)控制環(huán)形交叉路口在中國(guó)的每個(gè)城市都得到了廣泛的應(yīng)用。交叉路口中，存在各種各樣的交通問(wèn)題影響居民的出行，降低了出行效率，同時(shí)也影響了駕駛體驗(yàn)，其主要原因是由于在環(huán)島中，部分信號(hào)燈的控制方式?jīng)]有得到改善，并且存在著沖突和“交織”現(xiàn)象，所以，部分環(huán)島交叉路口應(yīng)當(dāng)為其設(shè)計(jì)合理的交通信號(hào)控制方案。本篇論文選取長(zhǎng)春市新民廣場(chǎng)的環(huán)形交叉路口作為研究主題，對(duì)該區(qū)域的信號(hào)交通燈控制方案進(jìn)行調(diào)查、分析，后推出行之有效的解決方案。在與原來(lái)的方案進(jìn)行比較，在對(duì)比分析的基礎(chǔ)上提出新民廣場(chǎng)環(huán)島最優(yōu)方案。

1 新民廣場(chǎng)環(huán)島交通情況概述

本組成員為了對(duì)新民廣場(chǎng)環(huán)島進(jìn)行研究，了解其運(yùn)行特點(diǎn)，全面展開(kāi)交通方面調(diào)查，新民廣場(chǎng)環(huán)島共有五個(gè)分支路口，這五個(gè)分支路口分別是：（1）東工農(nóng)大路；（2）新民大街；（3）自由大路；（4）西工農(nóng)大路；（5）延安大街。新民廣場(chǎng)除環(huán)行五道支進(jìn)入延安大街入口無(wú)信號(hào)燈外，其他入口道路均設(shè)有信號(hào)燈?；诖谁h(huán)島，我們分派五個(gè)人分別對(duì)這些路口的交通燈進(jìn)行監(jiān)控，檢測(cè)起交通燈變換時(shí)間，以及在擁堵路段時(shí)，各個(gè)路口擁堵程度，最后進(jìn)行匯總分析（如表1 所示）。全面檢測(cè)擁堵時(shí)段，各個(gè)路口大致?lián)矶聽(tīng)顩r，全面了解新民大街實(shí)際路況，對(duì)擁堵情況繪制道路擁堵指數(shù)圖（如圖1 所示）。

交叉路口 紅燈亮起時(shí)間 黃燈亮起時(shí)間 綠燈亮起時(shí)間東工農(nóng)大路 37s（秒） 3s（秒） 50s（秒）新民大街 47s（秒） 3s（秒） 40s（秒）自由大路 42s（秒） 3s（秒） 45s（秒）西工農(nóng)大路 23s（秒） 3s（秒） 64s（秒）延安大街 無(wú)交通信號(hào)燈 無(wú)交通信號(hào)燈 無(wú)交通信號(hào)燈

圖1 環(huán)島支路入口道燈色圖

從圖信號(hào)燈色配時(shí)圖（圖1）以及道路擁堵指數(shù)圖（圖2）中能夠更為直觀的觀察交通信號(hào)燈在各個(gè)路口的分布時(shí)間，其總周期為90s（秒）（由于延安大街未安裝交通信號(hào)燈，所以圖1 中沒(méi)有描繪該路口信號(hào)燈各色時(shí)間分布）。

圖2 道路擁堵指數(shù)圖

經(jīng)上述圖表總結(jié)以及組內(nèi)成員實(shí)際調(diào)查分析，得出問(wèn)題原因有以下兩點(diǎn)：

（1）西工農(nóng)大路車流量較大，同時(shí)其與新民大街有嚴(yán)重的交織現(xiàn)象，在較大程度上阻礙了駛出工農(nóng)大路的車流，甚至導(dǎo)致車流在使出環(huán)島的交叉口內(nèi)，排隊(duì)等候。

（2）相比于新民大街和延安大街，東工農(nóng)大路車輛相對(duì)比較混亂，且東工農(nóng)大路入口前人行橫道沒(méi)有對(duì)路人進(jìn)行指揮的交通信號(hào)燈，同時(shí)也存在大量非機(jī)動(dòng)車，此處車流量較大，其與延安大街之間交織現(xiàn)象嚴(yán)重，很大程度上影響了車流運(yùn)行，造成交通擁堵。

基于上述兩點(diǎn)，本文提出一種基于協(xié)調(diào)控制思想的控制方案,用以對(duì)長(zhǎng)春市新民廣場(chǎng)交通擁堵情況進(jìn)行改善。

2 基于協(xié)調(diào)思想的環(huán)島信號(hào)燈控制方案

由于環(huán)形交叉口為特殊交叉口形式，所以在某種程度上，它也屬于交叉口，從這方面來(lái)講在正常機(jī)動(dòng)車道路上的交叉路口有用的理論在環(huán)島也是發(fā)揮作用的。當(dāng)交叉口采用信號(hào)控制時(shí)，為了提高其控制效率，通常采用與周圍上游不連接的協(xié)調(diào)控制方法，以減少平均延誤時(shí)間，使通過(guò)交叉口的車輛能夠順利通過(guò)。

控制思路：

基于以上分析，通過(guò)分析新民廣場(chǎng)環(huán)島各個(gè)分支與上游交叉口的擁堵情況，提出一種協(xié)調(diào)控制方案：通過(guò)控制新民廣場(chǎng)各個(gè)支路它們的上游交叉路口交通信號(hào)燈綠燈的長(zhǎng)短，協(xié)調(diào)控制使得行駛到新民廣場(chǎng)環(huán)島的各個(gè)支路口的車流在時(shí)間上分離[1]，從而解決新民廣場(chǎng)早晚高峰，因環(huán)島問(wèn)題引發(fā)的嚴(yán)重交通堵塞，以及汽車擁堵水泄不通的現(xiàn)狀。

為了本方案的實(shí)行，有必要更加清晰的了解新民廣場(chǎng)環(huán)島的各個(gè)支路口與其上游交叉路口之間的關(guān)系，我們對(duì)其上游交叉路口情況進(jìn)行了調(diào)查研究。結(jié)果如表2 所示。

表2 各支路口上游信號(hào)現(xiàn)有配時(shí)方案

由上表不難發(fā)現(xiàn)，新民廣場(chǎng)環(huán)島各支路上游交叉口整體循環(huán)時(shí)間約為130s。由于協(xié)調(diào)控制的基礎(chǔ)是保證每個(gè)路口都有相同的周期，所以選擇130s，為各支路的上游交叉路口的共同循環(huán)時(shí)間，從而進(jìn)一步重新計(jì)算各入口道路的綠燈時(shí)間，如表3 所示。

表3 依據(jù)本文協(xié)調(diào)方案得出各路口上游信號(hào)配時(shí)方案

由此，我們進(jìn)行了各個(gè)支路入道口燈色圖繪制，繪制如下圖3所示。

圖3 各支路入口道燈色圖（虛擬繪圖）

通過(guò)組內(nèi)實(shí)際調(diào)查得到上游交叉口與各支路入口車輛的平均行駛時(shí)間，我們以此作為上游交叉口與各支路入口車輛的相位差[2]，如表4 所示。

表4 上游交叉口行駛至各支路入口道的平均行駛時(shí)間

本文提出的交通配時(shí)方法，要確定新民廣場(chǎng)各個(gè)入口道路的相位差。本組成員實(shí)際調(diào)查后采用區(qū)間車輛的行駛時(shí)間作為相位差。如表5 所示。

表5 調(diào)查入口道路車輛行駛時(shí)間分析表

繪制各支路上游交叉口燈色圖,如圖4 所示。

圖4 各支路其上游交叉口燈色圖

3 進(jìn)行仿真效果驗(yàn)證

3.1 VISSIM 仿真軟件介紹。VISSIM 作為交通模擬過(guò)程中最常用的仿真軟件，它可以較為微觀地描述駕駛過(guò)程道路上車輛的整個(gè)復(fù)雜的交通過(guò)程，同時(shí)能夠模擬各種條件下的交通狀況，并且有效地評(píng)估它。本文選擇VISSIM 作為仿真平臺(tái)。本組利用VISSIM 進(jìn)行仿真驗(yàn)證，VISSIM為一種實(shí)用的交通仿真軟件。

圖5 新民廣場(chǎng)原有配時(shí)方案下的效果仿真圖

圖6 新民廣場(chǎng)協(xié)調(diào)控制思想提出的配時(shí)方案下的效果仿真圖

3.2 仿真實(shí)驗(yàn)。我們對(duì)原新民廣場(chǎng)環(huán)形交叉口抽取早高峰數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行仿真，仿真效果如圖5 所示，不難看出，早高峰車流量大，車流交雜，而且車流量密度大，交通擁堵情況嚴(yán)重。然后我們?cè)趯?duì)本文提出的基于協(xié)調(diào)控制思想提出的控制方案進(jìn)行模擬仿真，仿真效果如圖6 所示，車流量發(fā)生了改變，大大緩解了交通擁堵的現(xiàn)狀，極大程度上緩解了新民廣場(chǎng)環(huán)型交叉口早高峰擁堵情況。

3.3 結(jié)果分析。上文分別原新民廣場(chǎng)環(huán)島配時(shí)方案和本文提出的基于協(xié)調(diào)控制的配時(shí)方案進(jìn)行仿真驗(yàn)證。同時(shí)并利用各入口道的車輛平均延誤分別與新民廣場(chǎng)原配時(shí)方案和本文提出的配時(shí)方案[3]進(jìn)行評(píng)估。通過(guò)仿真后的我們結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，基于協(xié)調(diào)控制思想提出的配時(shí)方案將各入口車道平均時(shí)延降低了38.51%，這也充分證明了所提本篇文章協(xié)調(diào)控制思想的方案可行性以及有效性。通過(guò)協(xié)調(diào)控制，改變上游交叉路口的綠燈時(shí)間，有效的的解決了新民廣場(chǎng)交通擁堵問(wèn)題，同時(shí)相比于同種類解決道路交通解決方案，本文提出的基于協(xié)調(diào)控制的配時(shí)方案無(wú)疑是更加節(jié)約成本，省時(shí)省力，本方案可實(shí)施性強(qiáng)，可以大范圍推廣使用，用以解決類似的環(huán)形交叉路口交通疏導(dǎo)的一系列問(wèn)題。

4 結(jié)論

國(guó)內(nèi)交通疏導(dǎo)系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展還是比較落后的現(xiàn)狀，并且中國(guó)是個(gè)人口大國(guó)，許多大城市的交通現(xiàn)狀并不樂(lè)觀，對(duì)交通疏導(dǎo)系統(tǒng)的需求也是非常巨大的。所以本文提出了協(xié)調(diào)控制的疏導(dǎo)方案用以解決日益嚴(yán)重的環(huán)島交通擁堵問(wèn)題，選擇以新民廣場(chǎng)為對(duì)象，提出一種協(xié)調(diào)控制配時(shí)方案，并利用通用仿真軟件：VISSIM，對(duì)改進(jìn)前后的實(shí)施效果進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，仿真證明了協(xié)調(diào)控制思想提出的配時(shí)方案在工程實(shí)踐中的可行性。對(duì)緩解信號(hào)控制環(huán)形交叉口的交通擁堵問(wèn)題具有非常顯著的效果，對(duì)交通實(shí)踐中其他類似環(huán)形交叉口同樣也具有指導(dǎo)意義。