面向單向交通路網(wǎng)的綠波協(xié)調(diào)設(shè)計方法

盧凱，周志潔，張勇剛，趙世杰，徐廣輝

（1.華南理工大學(xué)，土木與交通學(xué)院，廣州 510641；2.華南理工大學(xué)，亞熱帶建筑科學(xué)國家重點實驗室，廣州 510640；3.廣東警官學(xué)院，治安系，廣州 510230）

0 引言

我國從20 世紀50年代開始實施單向交通，近年來，國內(nèi)許多城市積極推廣單向交通的應(yīng)用，例如北京、天津、南京、青島、上海、大連、廣州等[1]。實施單向交通能夠減少交叉口沖突，增加車輛行駛安全性，減少交通事故；能夠分流主干道交通，緩解主干道交通壓力；能夠提高車輛行駛速度，提高道路通行能力，提升交叉口通行效率，有效改善交通擁堵狀況；還能夠?qū)崿F(xiàn)“立交平做”，減少對城市景觀的破壞。在城市道路交通系統(tǒng)中，將一個區(qū)域內(nèi)所有道路設(shè)置為單向道路并組合起來，即可構(gòu)成一個單向交通路網(wǎng)。

目前，國內(nèi)外學(xué)者對單向交通開展了相關(guān)研究，宮曉燕等[1]通過分析國內(nèi)多個城市實施單向交通的經(jīng)驗，提出了一種面向單向交通的分析、設(shè)計與評價方法；龍東方等[2]以道路飽和度和車輛繞行系數(shù)最小為目標，利用雙層規(guī)劃模型進一步優(yōu)化單向交通組織；PENG 等[3]利用仿真軟件對實際單向交通進行模擬仿真分析，驗證了單向交通對提高道路通行能力與服務(wù)水平的作用?，F(xiàn)有單向交通路網(wǎng)研究主要集中在如何進行單向交通組織及評價實施效果等方面，對于單向交通路網(wǎng)的信號協(xié)調(diào)控制研究涉及較少。

對于交通信號協(xié)調(diào)控制方法的研究，目前在干道協(xié)調(diào)控制方面已有較為成熟的理論模型算法，常用算法可分為：圖解法、數(shù)解法、模型法等，較為典型的有LITTLE等[4]以干道雙向綠波帶寬之和最大為優(yōu)化目標，建立了最初形式的MAXBAND模型；GARTNER 等[5]針對路段交通流量、通行條件以及帶寬需求，提出了可變帶寬的干道雙向綠波協(xié)調(diào)控制模型——MULTIBAND模型；荊彬彬等[6]以上、下行設(shè)計速度和公共周期為約束變量，提出一種基于雙向最大綠波帶寬的通用干道協(xié)調(diào)控制算法；盧凱等[7]針對進口單獨放行方式的特點，提出了單獨放行相位方式下的干道雙向綠波協(xié)調(diào)控制數(shù)解算法。在區(qū)域信號協(xié)調(diào)控制研究方面，GARTNER等[8]較早地提出了可變帶寬的綠波協(xié)調(diào)控制模型，通過加入路網(wǎng)閉環(huán)約束條件，將MULTIBAND模型的應(yīng)用范圍進一步擴展到城市區(qū)域協(xié)調(diào)控制；王昊等[9]提出將閉環(huán)約束轉(zhuǎn)變?yōu)榭伤沙诘牟坏仁郊s束，建立了約束可松弛的交通網(wǎng)絡(luò)綠波模型；LU 等[10]以交叉口實際綠燈中心時刻偏移最小為目標，建立了一種進口單獨放行方式下的區(qū)域綠波協(xié)調(diào)控制優(yōu)化模型。上述研究主要以雙向交通作為研究對象，模型約束條件多、變量耦合性強、優(yōu)化空間大、求解過程相對復(fù)雜，很少考慮行人專用相位的影響，尚未結(jié)合單向交通網(wǎng)絡(luò)的特點進行相應(yīng)的區(qū)域信號協(xié)調(diào)控制方法研究。

本文針對單向交通路網(wǎng)的綠波協(xié)調(diào)控制問題，建立一種面向單向交通路網(wǎng)的信號協(xié)調(diào)控制方法，以提升整個單向交通路網(wǎng)的車輛通行效率。

1 單行環(huán)路類型

在單向交通路網(wǎng)中，由于交叉口之間是通過單向路段連接，因此，當路網(wǎng)中不存在閉合環(huán)路時，通過設(shè)置相鄰交叉口之間的相位差即可實現(xiàn)信號協(xié)調(diào)控制；而當路網(wǎng)中存在閉合環(huán)路時，則每一個環(huán)路中的路段行駛時間與交叉口信號配時參數(shù)存在制約關(guān)系，需要通過綜合考慮整體運行效率進行信號優(yōu)化設(shè)計。考慮到單向交通路網(wǎng)特點，通過將單向交通路網(wǎng)區(qū)域綠波協(xié)調(diào)控制分解為若干個單行環(huán)路的綠波協(xié)調(diào)控制，可以大大簡化其優(yōu)化過程。

對于一個典型的棋盤型單向交通路網(wǎng)，假定由m條東西向單行道與n條南北向單行道組成。為了分析方便，將由單向交通路網(wǎng)中網(wǎng)孔路段所組成的環(huán)路稱為最小環(huán)路，按照由西(W)往東(E)、由北(N)往南(S)的方向，依次對各個最小環(huán)路順序編號，并將由單向交通路網(wǎng)中最外側(cè)道路所組成的環(huán)路稱為最大環(huán)路。對于由最小環(huán)路組合形成的大環(huán)路，其交叉口相位差之間的制約關(guān)系可根據(jù)各個最小環(huán)路的制約關(guān)系推算出來，因此，可以選取所有的最小環(huán)路作為研究對象，但考慮到最小環(huán)路之間的相交道路會被重復(fù)計算，為了均衡單向交通路網(wǎng)中所有道路的作用影響，本文研究對象除了單向交通路網(wǎng)中所有最小環(huán)路之外，還包括路網(wǎng)最外圍的最大環(huán)路。單向交通路網(wǎng)如圖1所示。

圖1 單向交通路網(wǎng)Fig.1 One-way traffic network

在雙向交通路網(wǎng)中，車輛通常能夠從一個交叉口出發(fā)沿順時針或逆時針方向繞環(huán)路行駛一周重新回到起始交叉口，但在單向交通路網(wǎng)中，由于受到單行道的限制，車輛可能無法從一個交叉口出發(fā)繞環(huán)路行駛一周重新回到起始交叉口。因此，根據(jù)車輛能否繞環(huán)路行駛一周回到起始交叉口將環(huán)路分為兩類：車輛能夠沿順時針或逆時針方向繞環(huán)路行駛一周重新回到起始交叉口的環(huán)路，定義為實環(huán)路；否則，定義為虛環(huán)路。

以各個環(huán)路中的西北角交叉口I（i,j）作為起始交叉口，根據(jù)起始交叉口所在東西向單行道方向來確定環(huán)路的方向。假若單行道方向為由西向東，則環(huán)路的方向為順時針方向；假若單行道方向為由東向西，則環(huán)路的方向為逆時針方向。因此，可以將環(huán)路分為：逆時針實環(huán)路、順時針實環(huán)路、逆時針虛環(huán)路、順時針虛環(huán)路4種類型，如圖2所示。

圖2 不同類型的單行環(huán)路Fig.2 Different types of one-way traffic loop street

2 公共信號周期優(yōu)化

在單向交通路網(wǎng)中，為消除機動車輛與行人的交通沖突，可以考慮設(shè)置行人專用相位。由于行人專用相位的放行時間通常設(shè)定為固定值，因此，兩個機動車信號相位的中心時刻點時間差主要由信號周期決定，與單行交叉口綠信比設(shè)置方案無關(guān)，本文采用綠燈中典型綠波協(xié)調(diào)設(shè)計方法優(yōu)化交通信號配時。

2.1 偏移綠信比計算

(1)最小環(huán)路

以圖2(a)所示的逆時針實環(huán)路為例，假設(shè)交叉口I（i,j）到I(i+1,j)的行駛時間為t(i→i+1,j)，交叉口I(i+1,j)到I（i,j）的行駛時間為t(i+1→i,j)，交叉口I（i,j）到I(i,j+1)的行駛時間為t(i,j→j+1)，交叉口I(i,j+1)到I（i,j）的行駛時間為t(i,j+1→j)。交叉口I（i,j）由南(北)進口放行相位到東(西)進口放行相位的轉(zhuǎn)換時間為Δt1(i,j)，由東(西)進口放行相位到南(北)進口放行相位的轉(zhuǎn)換時間為Δt2(i,j)。由于相位相序的不同會對機動車相位轉(zhuǎn)換時間產(chǎn)生影響，因此，需要根據(jù)相位相序進行轉(zhuǎn)換時間的計算分析。

①若相位相序為北(南)-東(西)-行人，則相位轉(zhuǎn)換時間分別為

式中：C為信號周期大??；tP(i,j)為交叉口I（i,j）的行人專用相位時間。當交叉口不存在行人專用相位時，行人專用相位時間設(shè)置為0，相位轉(zhuǎn)換時間均為

②若相位相序為東(西)-北(南)-行人，則相位轉(zhuǎn)換時間分別為

為保證每條單行道均可以獲得理想的綠波協(xié)調(diào)控制效果，考慮到協(xié)調(diào)相位之間的轉(zhuǎn)換時間可以得到圖2(a)所對應(yīng)的理想?yún)f(xié)調(diào)效果滿足條件為

式中：k（i,j）為保證西北角交叉口為I（i,j）的環(huán)路獲得理想?yún)f(xié)調(diào)效果的整數(shù)變量。

當實際交通條件不能滿足式(5)，即行駛時間與相位轉(zhuǎn)換時間之和并非整數(shù)倍個公共信號周期時，可以計算所有行駛時間與相位轉(zhuǎn)換時間之和與若干個公共信號周期的偏移量，將偏移量與公共信號周期的比值作為環(huán)路偏移量比，表示實際情況與理想情況之間的偏差。對于圖2(a)的逆時針實環(huán)路，其偏移量比Δr(i,j)的計算公式為

式中：mod為求模運算。

同理，可得圖2(b)所示順時針實環(huán)路的偏移量比Δr(i,j)計算公式為

對于圖2(c)所示的逆時針虛環(huán)路，若路段行駛方向與環(huán)路同向，則相對應(yīng)的行駛時間取正；若路段行駛方向與環(huán)路反向，則相對應(yīng)的行駛時間取負。根據(jù)協(xié)調(diào)相位之間的轉(zhuǎn)換時間與交叉口之間的行駛時間，可以得到理想?yún)f(xié)調(diào)效果滿足條件為

可得圖2(c)所示逆時針虛環(huán)路的偏移量比Δr(i,j)計算公式為

同理，可得圖2(d)所示順時針虛環(huán)路的偏移量比Δr(i,j)計算公式為

偏移綠信比是指實際交叉口綠燈中心時刻點相對于理想交叉口綠燈中心時刻線的上下偏移量與公共信號周期之比[7]，其取值范圍定義在(-0.5,0.5]之間。通過變換環(huán)路偏移量比，可以得到環(huán)路偏移綠信比Δλ(i,j)為

(2)最大環(huán)路

當最大環(huán)路為逆時針方向時，如圖1所示，可以推出最大環(huán)路獲得理想?yún)f(xié)調(diào)效果的滿足條件為

式中：kM為保證最大環(huán)路獲得理想?yún)f(xié)調(diào)效果的整數(shù)變量。

若最大環(huán)路的方向與路段通行方向一致，路段的行駛時間取為通行時間；若最大環(huán)路的方向與路段通行方向不一致，路段的行駛時間取為通行時間的相反數(shù)。

當最大環(huán)路為順時針方向時，其理想?yún)f(xié)調(diào)效果滿足條件為

可以推出，逆時針與順時針最大環(huán)路偏移量比ΔrM分別為

同樣，通過變換最大環(huán)路偏移量比ΔrM，可以得到最大環(huán)路偏移綠信比ΔλM為

2.2 最佳公共信號周期確定

為獲得盡可能寬的綠波帶寬，在進行綠波協(xié)調(diào)設(shè)計時通常應(yīng)使各路段的偏移綠信比盡可能小。通過環(huán)路偏移綠信比計算公式推導(dǎo)可以看到，調(diào)整公共信號周期取值可以改變環(huán)路偏移綠信比的大小，因此，將所有路段平均偏移綠信比最小作為優(yōu)化目標，求解最佳公共信號周期。

由于最小環(huán)路之間的相交道路會被重復(fù)計算一次，因此，為均衡所有路段的作用影響，除考慮最小環(huán)路的偏移綠信比之外，還需要考慮增加最大環(huán)路的偏移綠信比。假設(shè)交叉口I（i,j）的信號周期取值范圍為，則單向交通路網(wǎng)的公共信號周期優(yōu)化范圍[Cmin,Cmax] 取為對于圖1所示的單向交通路網(wǎng)，計算所有路段平均偏移綠信比ΔλA為

以所有路段平均偏移綠信比ΔλA最小作為優(yōu)化目標，設(shè)置公共信號周期的優(yōu)化目標函數(shù)PC為

3 綠信比與相位差優(yōu)化

由于綠波帶寬除了受偏移綠信比大小影響外，還取決于各交叉口綠信比的分配設(shè)計方案。在此，通過引入路段偏移綠燈時間，推導(dǎo)交叉口相位差與綠波帶寬大小的計算方法，實現(xiàn)對交叉口綠信比與相位差的優(yōu)化。

3.1 相位差計算

假定交叉口I(i+1,j)在I(i,j)到I(i+1,j)方向上的偏移綠燈時間為Δt(i→i+1,j)，交叉口I(i,j)在I(i+1,j)到I(i,j)方向上的偏移綠燈時間為Δt(i+1→i,j)，交叉口I(i,j+1)在I(i,j)到I(i,j+1)方向上的偏移綠燈時間為Δt(i,j→j+1)，交叉口I(i,j)在I(i,j+1)到I(i,j)方向上的偏移綠燈時間為Δt(i,j+1→j)。當交叉口綠燈時間中心點向上偏移，對應(yīng)偏移綠燈時間取為正數(shù)；當交叉口綠燈時間中心點向下偏移，對應(yīng)偏移綠燈時間取為負數(shù)，可以推出

相對相位差如圖3所示。同理可得

圖3 相對相位差分析Fig.3 Relative offset analysis

根據(jù)公共信號周期優(yōu)化算法可以得到各個最小環(huán)路的偏移綠信比，將各個環(huán)路的偏移綠信比分別分配到各條單向路段上，計算各交叉口的相位差及各單行道的綠波帶寬。根據(jù)環(huán)路中行駛時間與信號配時參數(shù)之間的約束關(guān)系，推出逆時針方向最小環(huán)路中各路段偏移綠燈時間與環(huán)路偏移綠信比應(yīng)滿足

同理，可以推出順時針方向最小環(huán)路中各路段偏移綠燈時間與環(huán)路偏移綠信比應(yīng)滿足

假設(shè)交叉口I(i+1,j)相對于I(i,j)的相位差為O(i→i+1,j)，交叉口I(i,j)相對于I(i+1,j)的相位差為O(i+1→i,j)；交叉口I(i,j+1)相對于I(i,j)的相位差為O(i,j→j+1)，交叉口I(i,j)相對于I(i,j+1)的相位差為O(i,j+1→j)。根據(jù)各路段的行駛時間與偏移綠燈時間可以計算相鄰交叉口的相對相位差為

3.2 綠波帶寬計算

假設(shè)交叉口I(i,j)東西方向的綠信比為λEW(i,j)，南北方向的綠信比為λSN(i,j)。以單行道ASNj上的南北方向相鄰交叉口為例，假設(shè)交叉口I(i,j)位于交叉口I(i+1,j)上游，交叉口I(i,j)的南北放行相位中心時刻為t0，則其起點時刻為，終點時刻為根據(jù)交叉口I(i,j)到交叉口I(i+1,j)的相位差O(i→i+1,j)，可以推知交叉口I(i+1,j)的南北放行相位中心時刻為t0+O(i→i+1,j)，起點時刻為，終點時刻為t0+O(i→i+1,j)+。進而可以得到交叉口I(i,j)與交叉口I(i+1,j)的綠波帶寬為

簡化式(25)，可以得到單行道ASNj上交叉口I(i,j)與交叉口I(i+1,j)的綠波帶寬為

假設(shè)南北向單行道ASNj上有m個交叉口，以交叉口I(1,j)為參考點，計算南北向單行道ASNj的綠波帶寬BSNj為

同理，計算東西向單行道AEWi上n個交叉口的綠波帶寬BEWi為

3.3 信號配時方案確定

為提高單向交通路網(wǎng)的整體綠波協(xié)調(diào)控制效果，應(yīng)保證單向交通路網(wǎng)中各交叉口各相位的相位時間得到充分利用。為提高各交叉口各協(xié)調(diào)方向綠燈時間的利用效率，同時考慮到優(yōu)化指標的普適性，可選取路網(wǎng)中所有交叉口的平均帶寬占比BA，即各協(xié)調(diào)方向綠波帶寬之和與公共周期的比值作為評價指標，計算公式為

以所有交叉口的平均帶寬占比BA最大為優(yōu)化目標，設(shè)置綠信比的優(yōu)化目標函數(shù)PG為

式中：λEWmin(i,j)、λEWmax(i,j)分別為交叉口I(i,j)東西方向綠信比λEW(i,j)的最小、最大允許取值；λSNmin(i,j)、λSNmax(i,j)分別為交叉口I(i,j)南北方向綠信比λSN(i,j)的最小、最大允許取值。

為獲取整體最優(yōu)的單向交通路網(wǎng)信號配時方案，首先，根據(jù)環(huán)路偏移綠信比與各路段偏移綠燈時間的關(guān)系，即式(21)和式(22)，將周期優(yōu)化算法求解出的環(huán)路偏移綠信比分別分配到各路段上；然后，在各交叉口南北放行相位與東西放行相位的綠信比允許變化范圍內(nèi)，以交叉口平均帶寬占比BA最大作為優(yōu)化目標，利用綠波帶寬計算式(27)和式(28)求取不同路段偏移綠燈時間分配方案和綠信比分配方案下各單行道的綠波帶寬，并通過優(yōu)選得到各交叉口的最佳綠信比分配方案以及各路段的偏移綠燈時間；最后，根據(jù)各路段的偏移綠燈時間，利用式(23)和式(24)求解相鄰交叉口的相對相位差，得到各交叉口的最佳相位差設(shè)置方案，完成對整個單向交通路網(wǎng)的信號配時優(yōu)化。

由于路網(wǎng)交叉口的綠信比優(yōu)化組合空間較大，各路段的偏移綠燈時間也需要同步優(yōu)化，因此，通過聯(lián)立式(19)～式(29)建模與編程求解。程序的輸入變量為各交叉口的綠信比與各路段的偏移綠燈時間，輸出結(jié)果包括：各交叉口的綠信比與相位差、各路段的偏移綠燈時間、各干道的綠波帶寬，以及交叉口平均帶寬占比。

低年級是重點識字、寫字的學(xué)習(xí)階段，這時孩子們往往容易天馬行空地進行表達，有些加上方言特色的語言就出來了。看圖寫話教學(xué)除了教會學(xué)生基本語法表達，寫話包括四要素（什么時間，誰，在什么地方，干什么），還應(yīng)教會學(xué)生如何觀察圖畫，結(jié)合生活實際并根據(jù)自己的想象進行描述寫話及表達感情。比如一幅一個孩子在草地上放風(fēng)箏的圖畫，學(xué)生除了表達誰在哪里干什么，還應(yīng)描述一下周圍的景色，放風(fēng)箏的孩子的心情。這樣比較完整地表達圖畫的主題。學(xué)生在寫話中，我們利用學(xué)生思維特點，讓他們充分發(fā)揮想象寫出自己想說的話才是最重要。

4 算例分析

假設(shè)某個3×3 的單向交通路網(wǎng)及其相鄰交叉口間距如圖4所示，所有道路均為兩車道，綠波設(shè)計車速為36 km·h-1，車輛行駛速度在[32,40] km·h-1范圍內(nèi)波動。各交叉口的信號周期范圍如表1所示，南北放行相位的綠信比取值范圍為[0.43,0.56]，東西放行相位的綠信比取值范圍為[0.30,0.43]，黃燈時間取為3 s，行人專用相位時間為10 s。

4.1 信號協(xié)調(diào)優(yōu)化

(1)公共信號周期優(yōu)化

按照由西往東、由北往南的方向，依次對各個最小環(huán)路進行順序編號為①、②、③、④，如圖4所示?？梢源_定環(huán)路①為逆時針實環(huán)路，環(huán)路②為逆時針虛環(huán)路，環(huán)路③為順時針虛環(huán)路，環(huán)路④為順時針實環(huán)路，最大環(huán)路為逆時針虛環(huán)路。

圖4 單向交通路網(wǎng)及其相鄰交叉口間距Fig.4 One-way traffic network and its adjacent intersection spacings

由表1可得，公共信號周期的優(yōu)化范圍為[60,80]s，假設(shè)公共信號周期的優(yōu)化精度取2 s，根據(jù)各個環(huán)路偏移綠信比的計算公式，可以算出路段平均偏移綠信比ΔλA為

表1 各交叉口的信號周期范圍Table 1 Signal cycle range of each intersection

針對不同的交叉口相位相序組合，通過編程計算得到最佳公共周期為70 s，交叉口I(1,1)、I(2,2)、I(2,3)、I(3,2)的相位相序為北(南)-東(西)-行人，交叉口I(1,2)、I(1,3)、I(2,1)、I(3,1)、I(3,3)的相位相序為東(西)-北(南)-行人，各個環(huán)路偏移綠信比分別為Δλ(1,1)=0.029 、Δλ(1,2)=0.114 、Δλ(1,3)=0.129 、Δλ(1,4)=0。

(2)綠信比與相位差優(yōu)化

圖5 各路段偏移綠燈時間與相鄰交叉口綠燈中心點時間差Fig.5 Bias-time of each road section and difference of green time at adjacent intersections

表2 各交叉口的綠燈時間Table 2 Green time of each intersection

若以交叉口I(1,1)的南北相位起始點作為系統(tǒng)相位差設(shè)置的絕對基準點，將各交叉口南北相位起始點選作其相位差設(shè)置參考點，可以計算出各交叉口絕對相位差分別為：0，29，4，28，1，34，62，40，65 s。

根據(jù)優(yōu)化計算得到的公共信號周期、交叉口綠燈時間以及相位差，做出單向交通路網(wǎng)的信號協(xié)調(diào)控制方案空間時距圖，如圖6所示。

圖6 協(xié)調(diào)控制方案空間時距圖Fig.6 Three-dimensional time-space diagram of coordinated control scheme

可以看到，單行道AEW1、AEW2、AEW3、ASN1、ASN2、ASN3的綠波帶寬分別為：22，25，27，27，32，30 s，均取得了良好的綠波協(xié)調(diào)控制效果；交叉口I(1,1)、I(1,2)、I(1,3)、I(2,1)、I(2,2)、I(2,3)、I(3,1)、I(3,2)、I(3,3)的綠波帶寬占比分別為：70%、77%、74%、74%、81%、79%、77%、84%、81%，整個單向交通路網(wǎng)具有明顯的區(qū)域控制效果。

4.2 對比實驗分析

為測試本文優(yōu)化方案的綠波協(xié)調(diào)控制效果，利用VISSIM 仿真軟件對協(xié)調(diào)控制方案進行仿真實驗。在未飽和狀態(tài)下，假定各單行道進口的交通流量分別按照依次遞增20%的低、中、高3 種流量輸入條件進行設(shè)置，各進口道直行車輛與轉(zhuǎn)彎(左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn))車輛的比例為5∶1，各單行道上車輛行駛速度范圍為[32,40] km·h-1。仿真實驗的隨機種子分別取為10、20、30、40、50，實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計時段為[3600,7200]s。各單行道交通流量如表3所示。

表3 各單行道交通流量Table 3 Traffic flow of each one-way road

綜合選取不同隨機種子的多次實驗，以各單行道直行車輛的平均延誤時間與平均停車次數(shù)作為評價指標，得到本文方案的仿真結(jié)果如表4所示。

表4 本文方案的仿真結(jié)果Table 4 Simulation results of the proposed method scheme

為了對比本文方法的優(yōu)化效果，使用SYNCHRO軟件對此單向交通路網(wǎng)進行優(yōu)化配時，其中相位相序與本文方案相同，針對不同交通流量情況得到各交叉口的綠燈時間與絕對相位差設(shè)置如表5所示，計算SYNCHRO方案下各單行道的綠波帶寬，如表6所示。由表6可知，除了單行道ASN1和ASN3外，本文方案在其他單行道上所獲得的綠波帶寬占比均大于SYNCHRO方案，其總體綠波效果也略優(yōu)于SYNCHRO方案。

表5 SYNCHRO方案的各交叉口綠燈時間和絕對相位差Table 5 Green time and absolute offset of each intersection in SYNCHRO scheme

表6 各種方案的干道綠波帶寬對比Table 6 Comparison of green wave bandwidth of each scheme

同樣，以各單行道直行車輛的平均延誤時間與平均停車次數(shù)作為評價指標，使用VISSIM 仿真模型對SYNCHRO方案進行多次仿真實驗，得到仿真結(jié)果如表7所示。

表7 SYNCHRO方案的仿真結(jié)果Table 7 Simulation results of SYNCHRO scheme

對比表4與表7可以看到，由于SYNCHRO 方案提高了單行道ASN1和ASN3的信號控制效果，導(dǎo)致其他單行道的協(xié)調(diào)控制效果下降。在3 種不同流量輸入條件下，本文方案的路網(wǎng)直行車輛平均延誤時間分別降低了9.0%、16.4%、26.1%，平均停車次數(shù)分別降低了31.2%、48.8%、41.6%。由此可見，本文方法較SYNCHRO 軟件能夠獲得更好的區(qū)域綠波協(xié)調(diào)控制效果。

5 結(jié)論

本文通過引入實環(huán)路與虛環(huán)路的概念，將單行路網(wǎng)中所有直行綠波協(xié)調(diào)控制轉(zhuǎn)化為最小環(huán)路協(xié)調(diào)控制，實現(xiàn)了對單行路網(wǎng)綠波協(xié)調(diào)控制模型的分解與重組；以所有路段平均偏移綠信比最小為優(yōu)化目標，給出最佳公共信號周期優(yōu)化算法，從整體設(shè)計和局部優(yōu)化兩個層面對多類協(xié)調(diào)控制變量進行解耦，實現(xiàn)了公共信號周期、相位相序與綠信比、相位差之間的分步優(yōu)化；根據(jù)交叉口綠信比分配對不同協(xié)調(diào)方向綠波帶寬的影響，建立路網(wǎng)內(nèi)所有交叉口平均帶寬占比最大的區(qū)域綠波協(xié)調(diào)控制模型，實現(xiàn)了包含綠信比在內(nèi)的所有協(xié)調(diào)控制參數(shù)綜合優(yōu)化。案例對比分析結(jié)果表明，在不同流量輸入的未飽和狀態(tài)下，本文提出的方案對路網(wǎng)直行車輛平均延誤時間與平均停車次數(shù)較SYNCHRO 方案都有較好改善，其中平均停車次數(shù)下降率均在30%以上，充分體現(xiàn)出本文方法在提升區(qū)域綠波協(xié)調(diào)控制效果方面的優(yōu)越性。

對于同時含有單向交通與雙向交通的混合型路網(wǎng)，如何結(jié)合單向交通與雙向交通特點，建立相應(yīng)的區(qū)域綠波協(xié)調(diào)控制模型算法，值得后續(xù)深入研究。