基于逆向可變車道動(dòng)態(tài)控制的交叉口信號(hào)優(yōu)化

招晨，陳亮勝，許倩，龐希廉

（1.長(zhǎng)沙理工大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 ，410114；2.浙江中控信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司，浙江 杭州 310051；3.廣西路建工程集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530001）

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的交通組織方式難以適應(yīng)日益增加的道路車輛帶來(lái)的交通需求。其中，道路交叉口左轉(zhuǎn)交通量劇增，使交叉口擁堵成為一種常態(tài)，這種情況嚴(yán)重地影響了城市整體路網(wǎng)的通行效率［1］。為充分挖掘交叉口的時(shí)空資源，緩解左轉(zhuǎn)交通量過(guò)大帶來(lái)的交通擁堵壓力，許多學(xué)者提出了禁止左轉(zhuǎn)、增設(shè)左轉(zhuǎn)待行區(qū)、設(shè)置逆向可變車道等智能交通組織方式［2-6］。其中，設(shè)置逆向可變車道這一方法可以利用現(xiàn)有的道路條件，通過(guò)預(yù)信號(hào)控制和改變車道屬性，使其與實(shí)際交通流量需求相匹配。該方法可以有效地降低交叉口的車輛延誤，得到了廣泛的實(shí)際應(yīng)用。

針對(duì)逆向可變車道設(shè)置的研究，大致分為兩類：①對(duì)設(shè)有可變車道的交叉口進(jìn)行渠化。朱騰洲等人［7］提出了移位左轉(zhuǎn)的方法，即將左轉(zhuǎn)車道轉(zhuǎn)移至對(duì)向車道。蔣賢才等人［8］研究了包括車道和變道段長(zhǎng)度在內(nèi)的可變車道設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并建立了相關(guān)計(jì)算模型。②根據(jù)車流運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)設(shè)有逆向可變車道的交叉口的相位相序進(jìn)行設(shè)計(jì)與配時(shí)。WONG等人［9］建立了以交叉口延誤時(shí)間最小化為目標(biāo)函數(shù)的可變車道信號(hào)配時(shí)的優(yōu)化模型。ZHOU［10］建立了以信號(hào)配時(shí)參數(shù)為約束變量，車均延誤時(shí)間最小化的可變車道優(yōu)化模型。孫鋒等人［11］提出了在左轉(zhuǎn)車道過(guò)飽和狀態(tài)下，通過(guò)控制逆向可變車道交叉口的信號(hào)相位相序、信號(hào)周期、綠燈時(shí)長(zhǎng)、綠燈提前啟亮?xí)r刻和車輛清空時(shí)間等參數(shù)來(lái)減少車輛延誤時(shí)間的方法。蔚蘋(píng)等人［12］建立了一種新的可變車道信號(hào)控制優(yōu)化模型，該模型以預(yù)信號(hào)時(shí)長(zhǎng)為約束變量，通過(guò)最大化左轉(zhuǎn)通行能力得到。這些研究均建立在定時(shí)控制的基礎(chǔ)上，沒(méi)有考慮車流的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，這些方案往往會(huì)在預(yù)信號(hào)的綠燈開(kāi)啟時(shí)段內(nèi)，造成可變車道內(nèi)的車輛不能清空的情況，引發(fā)交通擁堵，造成交叉口較長(zhǎng)時(shí)間的延誤。

本研究在分析交叉口的左轉(zhuǎn)車流時(shí)，采取動(dòng)態(tài)控制的方法，通過(guò)設(shè)置車道檢測(cè)器，獲取車流的實(shí)時(shí)速度和流量，研究可變車道控制方案，并通過(guò)協(xié)同配時(shí)，分析交叉口內(nèi)的信號(hào)變化，建立交叉口信號(hào)控制的優(yōu)化模型。最后，以長(zhǎng)沙市芙蓉路-營(yíng)盤(pán)路交叉口的實(shí)時(shí)交通流量為實(shí)例，利用該動(dòng)態(tài)控制優(yōu)化模型求解，獲得了比定時(shí)控制更好的配時(shí)方案。

1 逆向可變車道的動(dòng)態(tài)控制

為實(shí)現(xiàn)對(duì)可變車道的動(dòng)態(tài)控制，分析可變車道車流運(yùn)行狀態(tài)，研究車道的功能轉(zhuǎn)換，完善可變車道的監(jiān)測(cè)與誘導(dǎo)系統(tǒng)。

1.1 車流運(yùn)行狀態(tài)分析

1.1.1 車輛進(jìn)入過(guò)程

車流進(jìn)入車道時(shí)，可變車道的功能是作為進(jìn)口道的等待區(qū)，因此，在車輛清空后，可變車道的預(yù)信號(hào)綠燈開(kāi)啟?？勺冘嚨赖念A(yù)信號(hào)綠燈開(kāi)啟時(shí)刻應(yīng)在相交方向直行相位之后，保證出口道能清空該相位應(yīng)放行的所有車輛。如果綠燈啟亮?xí)r間過(guò)短，即綠燈開(kāi)啟過(guò)晚，則可能造成可變車道的資源浪費(fèi)；如果預(yù)信號(hào)綠燈啟亮?xí)r間過(guò)長(zhǎng)，即綠燈開(kāi)啟過(guò)早，則容易造成可變車道內(nèi)的車輛與相交方向的直行車輛之間的沖突。因此，預(yù)信號(hào)綠燈最晚開(kāi)啟時(shí)刻要保證此時(shí)第一輛車能剛好到達(dá)停車線，故綠燈最短提前啟亮?xí)r間tmin為：

式中：to為第一輛車進(jìn)入可變車道的時(shí)刻；LN為可變車道的長(zhǎng)度；v1為第一輛車進(jìn)入可變車道的行駛速度。

1.1.2 車輛候車過(guò)程

車輛在候車過(guò)程中進(jìn)入可變車道，此時(shí)，逆向可變車道的車輛受主信號(hào)控制。

1.1.3 車輛清空與離開(kāi)過(guò)程

為保證逆向可變車道由進(jìn)口道轉(zhuǎn)變?yōu)槌隹诘?，在左轉(zhuǎn)主信號(hào)由綠燈變?yōu)榧t燈之前，需要清空逆向可變車道上的左轉(zhuǎn)車輛。如果預(yù)信號(hào)綠燈關(guān)閉時(shí)間過(guò)早，容易出現(xiàn)逆向可變車道不能充分利用的現(xiàn)象，造成道路資源的浪費(fèi)；如果預(yù)信號(hào)綠燈關(guān)閉過(guò)晚，則會(huì)導(dǎo)致逆向可變車道不能清空的情況。因此，逆向可變車道的信號(hào)綠燈關(guān)閉時(shí)刻要比該車道左轉(zhuǎn)信號(hào)綠燈的結(jié)束時(shí)刻更早，這樣才能保證可變車道的清空?？勺冘嚨赖那蹇諘r(shí)間取決于該車道內(nèi)的車輛數(shù)。當(dāng)可變車道和常規(guī)左轉(zhuǎn)車道都有存車位置時(shí)，駕駛員往往更愿意進(jìn)入常規(guī)左轉(zhuǎn)車道。因此，逆向可變車道的清空時(shí)間的計(jì)算公式為：

式中：T1為逆向可變車道的安全清空時(shí)間；ht為車輛的平均車頭距離；q為車輛到達(dá)率；re為周期內(nèi)紅燈持續(xù)時(shí)間；a為常規(guī)左轉(zhuǎn)車道的數(shù)量；N代表普通左轉(zhuǎn)車道內(nèi)單個(gè)車道的最大存車數(shù)量；b為可變車道的數(shù)量。

1.2 逆向可變車道動(dòng)態(tài)控制方案

1.2.1 可變車道的開(kāi)啟

當(dāng)左轉(zhuǎn)車流與直行車流都未達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)，可通過(guò)壓縮直行綠燈時(shí)間來(lái)增加左轉(zhuǎn)相位時(shí)間，或?qū)⒈痉较蛐盘?hào)由直行暫改為左轉(zhuǎn)，以解決左轉(zhuǎn)交通量較大的問(wèn)題。只有當(dāng)直行與左轉(zhuǎn)車流同時(shí)達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)，才考慮開(kāi)啟可變車道。

判斷可變車道開(kāi)啟條件的具體步驟為：

1）通過(guò)檢測(cè)器采集常規(guī)左轉(zhuǎn)車道和本方向直行車道的車流數(shù)據(jù)，計(jì)算常規(guī)左轉(zhuǎn)車道和直行車道的飽和度。

2）判斷常規(guī)左轉(zhuǎn)車道和本方向直行車道的飽和度是否均大于0.75。如果兩者的飽和度都大于0.75，則開(kāi)啟逆向可變車道；否則，關(guān)閉逆向可變車道。

1.2.2 可變車道的關(guān)閉

若預(yù)信號(hào)綠燈關(guān)閉過(guò)早，易造成可變車道的資源浪費(fèi)。直到可變車道內(nèi)最后一輛車安全離開(kāi)后，才可關(guān)閉預(yù)信號(hào)綠燈。因此，極限綠燈時(shí)間tmax為：

式中：g3為可變車道的道路主信號(hào)左轉(zhuǎn)相位的有效綠燈時(shí)間；LJ為車輛從停車線行駛到直行沖突點(diǎn)所經(jīng)過(guò)的距離；v2為車道內(nèi)最后一輛車安全離開(kāi)可變車道時(shí)的速度。

可變車道的開(kāi)啟時(shí)長(zhǎng)tk既要保證在該時(shí)間段內(nèi)預(yù)信號(hào)綠燈能及時(shí)關(guān)閉，又要確?？勺冘嚨纼?nèi)的排隊(duì)車輛在該時(shí)段內(nèi)能及時(shí)清空。因此，tk表達(dá)式為：

當(dāng)可變車道的開(kāi)啟時(shí)長(zhǎng)大于極限綠燈時(shí)間時(shí)，應(yīng)關(guān)閉可變車道，具體判斷步驟為：

1）根據(jù)檢測(cè)器所采集的車輛到達(dá)率和第一輛進(jìn)入可變車道車輛的速度，按公式（4）計(jì)算可變車道的開(kāi)啟時(shí)長(zhǎng)。

2）收集檢測(cè)器所采集的可變車道內(nèi)最后一輛離開(kāi)可變車道車輛的速度，根據(jù)公式（3）計(jì)算極限綠燈時(shí)間。

3）當(dāng)可變車道開(kāi)啟時(shí)長(zhǎng)小于極限綠燈時(shí)間時(shí)，繼續(xù)開(kāi)啟可變車道；若可變車道開(kāi)啟時(shí)長(zhǎng)大于極限綠燈時(shí)間，則關(guān)閉可變車道。

1.2.3 監(jiān)測(cè)與誘導(dǎo)系統(tǒng)

為了獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)控制逆向可變車道，優(yōu)化交叉口信號(hào)配時(shí)，需要完善監(jiān)測(cè)與誘導(dǎo)系統(tǒng)。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用檢測(cè)器采集數(shù)據(jù)［13-14］。在每個(gè)常規(guī)左轉(zhuǎn)車道和直行車道入口處各設(shè)置一個(gè)檢測(cè)器（檢測(cè)器2～6），監(jiān)測(cè)所在車道的流量，以判別是否開(kāi)啟可變車道，如圖1所示。為在車道上埋設(shè)足夠多的檢測(cè)器且互相不產(chǎn)生干擾，采用1.7 m（長(zhǎng)）×1.7 m（寬）的矩形線圈檢測(cè)器。在可變車道入口處埋設(shè)檢測(cè)器1，收集逆向左轉(zhuǎn)車輛的到達(dá)率數(shù)據(jù)；在距離檢測(cè)器1前方1.8 m處和可變車道的停車線處，分別埋設(shè)檢測(cè)器7和檢測(cè)器8，監(jiān)測(cè)第一輛進(jìn)入可變車道車輛和最后一輛離開(kāi)可變車道車輛的速度，以判斷是否關(guān)閉可變車道。

圖1 檢測(cè)器布設(shè)圖Fig.1 Layout diagram of detectors

誘導(dǎo)設(shè)施主要有發(fā)光二極管（light emitting diode，簡(jiǎn)稱為L(zhǎng)ED）顯示板、逆向可變車道標(biāo)志牌和道路指示牌［15］。LED顯示板的內(nèi)容設(shè)置為與預(yù)信號(hào)聯(lián)動(dòng)的讀秒和文字指示，實(shí)現(xiàn)誘導(dǎo)的動(dòng)態(tài)性與協(xié)同性。當(dāng)預(yù)信號(hào)即將變?yōu)榫G燈時(shí)，LED顯示板會(huì)在倒數(shù)3 s后顯示“允許進(jìn)入可變車道”；當(dāng)預(yù)信號(hào)即將變?yōu)榧t燈時(shí)，LED顯示板會(huì)在倒數(shù)3 s后顯示“禁止車輛進(jìn)入可變車道”。同時(shí)，設(shè)置一個(gè)道路指示牌，標(biāo)明文字“前方進(jìn)入逆向可變車道，請(qǐng)及時(shí)按照信號(hào)換道。”

2 逆向可變車道動(dòng)態(tài)控制的交叉口信號(hào)優(yōu)化

2.1 交叉口車流通行規(guī)則

在交叉口南進(jìn)口方向設(shè)置一個(gè)逆向可變車道，其相位相序如圖2所示。交叉口的車流通行規(guī)則為：當(dāng)東西方向直行時(shí)，可變車道預(yù)信號(hào)綠燈開(kāi)啟，車輛進(jìn)入可變車道，排隊(duì)等待通行；當(dāng)南北方向左轉(zhuǎn)時(shí)，可變車道在主信號(hào)的控制下放行排隊(duì)的車流，直至主信號(hào)變?yōu)榧t燈。為彌補(bǔ)現(xiàn)有交叉口信號(hào)系統(tǒng)的缺陷，根據(jù)車流通行規(guī)則，研究可變車道動(dòng)態(tài)控制的交叉口的信號(hào)優(yōu)化。

圖2 交叉口的相位相序Fig.2 Phase sequences of intersection

2.2 交叉口信號(hào)優(yōu)化模型

2.2.1 交叉口總的車均延誤

目前，可變車道的定時(shí)研究均未根據(jù)實(shí)時(shí)車流數(shù)據(jù)來(lái)確定可變車道的動(dòng)態(tài)控制方案，不能保證可變車道內(nèi)的車輛在預(yù)信號(hào)的綠燈時(shí)間內(nèi)一定可以安全地清空，造成了交叉口擁堵。逆向可變車道的運(yùn)行僅依賴于自身與保護(hù)相位的協(xié)同控制，與其他進(jìn)口道的運(yùn)行關(guān)系不大。因此，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)交叉口的優(yōu)化，本研究選擇單一相位方案作為研究背景，提出基于到達(dá)—離去曲線圖的逆向可變車道的車輛延誤時(shí)間計(jì)算方法。相較于其他方法，該方法的優(yōu)點(diǎn)在于聚焦車輛延誤時(shí)間建模，觀測(cè)變量少且變量均可通過(guò)按圖1埋設(shè)的檢測(cè)器獲得，方法簡(jiǎn)便，易于計(jì)算。

假設(shè)在左轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)中，包含a條常規(guī)左轉(zhuǎn)車道與b條逆向車道，如圖3所示。

圖3 交叉口左轉(zhuǎn)的累計(jì)到達(dá)-離去曲線圖Fig.3 Cumulative arrival-departure curve of left turn at the intersection

在圖3中，O點(diǎn)代表左轉(zhuǎn)車道車輛到達(dá)參考線的時(shí)刻，此時(shí)，參考線位于交叉口上游。D點(diǎn)代表在左轉(zhuǎn)車道內(nèi)側(cè)車輛離開(kāi)參考線的時(shí)刻，此時(shí)，參考線位于交叉口停車線。直線OD的斜率表示車輛的到達(dá)率q，直線AD的斜率表示單車道飽和流率s0，累計(jì)到達(dá)-離去曲線法默認(rèn)車輛在綠燈時(shí)間內(nèi)的該值為固定常數(shù)。B點(diǎn)是直線AD延長(zhǎng)線與x軸的交點(diǎn)。T1（CF段）表示當(dāng)可變車道內(nèi)存在車輛時(shí)，交叉口主信號(hào)處以（a+b）倍的單車道消散流率釋放在預(yù)信號(hào)時(shí)間段內(nèi)可變車道與常規(guī)左轉(zhuǎn)車道存儲(chǔ)車輛所需的時(shí)間?？紤]駕駛員車道選擇習(xí)慣，默認(rèn)可變車道的車輛數(shù)小于常規(guī)車道的車輛數(shù)。T2（FE段）表示當(dāng)可變車道清空，僅在常規(guī)車道內(nèi)存在車輛時(shí)，交叉口主信號(hào)處以a倍的消散流率排放剩下車輛所需要的時(shí)間。當(dāng)離去曲線與到達(dá)曲線在D點(diǎn)相交時(shí)，表明所有排隊(duì)車輛均已被清空。

圖3的陰影部分為當(dāng)前周期內(nèi)所有左轉(zhuǎn)車輛總延誤時(shí)間，分為S1和S2兩部分：

由△ABF與△ABC的面積，可求S1的面積，有：

式中：d1表示△ABC的底；h1表示△ABF的高；T1代表清空可變車道所需時(shí)間；T2代表可變車道清空后，在常規(guī)左轉(zhuǎn)車道內(nèi)的排隊(duì)車輛全部被清空所需時(shí)間；T3代表為方便計(jì)算的虛擬中間變量（d1=2T1，即T3－T2=3T1）。

由△BDE與△OBD的面積，可求S2的面積，有：

式中：d2表示△OBD的底；h2表示△BDE的高。

因此，左轉(zhuǎn)車道所有車輛的延誤時(shí)間為：

當(dāng)可變車道內(nèi)的車輛清空，僅常規(guī)左轉(zhuǎn)車道內(nèi)存在車輛時(shí)，交叉口主信號(hào)處將以a倍的消散流率排放車輛。在此種條件下求T2，關(guān)鍵在于求出剩余的車輛數(shù)與消散流率的比值。紅燈時(shí)間內(nèi)到達(dá)的車輛減去T1時(shí)段內(nèi)交叉口主信號(hào)處以（a+b）倍的單車道消散流率排放的車輛即為剩余車輛，其表達(dá)式為：

交叉口除左轉(zhuǎn)車道，其他車道每個(gè)相位的延誤時(shí)間均不相同，不能采用到達(dá)-離去曲線圖的方法，需采用韋伯斯特延誤計(jì)算方法來(lái)計(jì)算延誤時(shí)間。其表達(dá)式為：

式中：C表示周期；gi表示i相位的有效綠燈時(shí)間；yij表示第i個(gè)相位在第j個(gè)進(jìn)口道的流量比；qij表示第i個(gè)相位在第j個(gè)進(jìn)口道的實(shí)際到達(dá)的交通量；Xij表示第i個(gè)相位在第j個(gè)進(jìn)口道的飽和度。

2.2.2 模型建立及求解

1）有效綠燈時(shí)間

有效綠燈時(shí)間是交叉口信號(hào)優(yōu)化研究的重要指標(biāo)。當(dāng)車輛在東西方向直行時(shí)，車輛進(jìn)入可變車道，排隊(duì)等待通行。因此，前一個(gè)相交方向直行相位的有效綠燈時(shí)間g2必需大于等于可變車道的綠燈最短提前啟亮?xí)r間tmin，即：

為保證可變車道的使用率，當(dāng)主信號(hào)的左轉(zhuǎn)信號(hào)結(jié)束時(shí)，可變車道內(nèi)的車輛應(yīng)被清空。因此，主信號(hào)的有效綠燈時(shí)間g3要大于等于可變車道的清空時(shí)間T1，即：

2）車道數(shù)

可變車道的車道數(shù)量會(huì)影響左轉(zhuǎn)車流的清空速度。車道數(shù)量設(shè)置如圖4所示，可變車道的車道數(shù)受相同方向的直行車道數(shù)和相交方向的右轉(zhuǎn)車道數(shù)的制約（可變車道的車道數(shù)要小于相同方向的直行車道數(shù)與相交方向的右轉(zhuǎn)車道數(shù)之差），因此，車道數(shù)的表達(dá)式為：

圖4 車道設(shè)置數(shù)量示意Fig.4 Schematic diagram of the number of lanes

式中：b為可變車道數(shù)；b1為相同方向的直行車道數(shù)；b2為相交方向的右轉(zhuǎn)車道數(shù)。

3）模型建立

本研究以信號(hào)周期、相位有效綠燈時(shí)間、車道條數(shù)為約束條件，建立以交叉口車平均延誤時(shí)間最小為目標(biāo)的模型，獲得交叉口信號(hào)控制協(xié)同優(yōu)化方案。模型具體為：

利用MATLAB最優(yōu)化工具箱提供的fmincon函數(shù)對(duì)該模型進(jìn)行求解。

3 實(shí)例與仿真

3.1 交叉口基本情況

3.1.1 交通流量數(shù)據(jù)采集

本研究以長(zhǎng)沙市芙蓉路與營(yíng)盤(pán)路交叉口為實(shí)例，道路示意如圖5所示。該交叉路口南北方向?yàn)檐饺刂新?，東西方向?yàn)闋I(yíng)盤(pán)路，主干路的左轉(zhuǎn)交通流量巨大，故增設(shè)了逆向可變車道。調(diào)查時(shí)間為2020年9月21日至25日的19：40～20：40的晚高峰時(shí)段，以5 min為一個(gè)間隔，記錄交叉口進(jìn)口道流量數(shù)據(jù)，具體見(jiàn)表1。

表1 交叉口流量表Table 1 Intersection traffic flow

圖5 芙蓉路—營(yíng)盤(pán)路交叉口示意Fig.5 Schematic diagram of the Furong Road-Yingpan Road intersection

3.1.2 交叉口現(xiàn)狀問(wèn)題分析

通過(guò)計(jì)算，得到長(zhǎng)沙市芙蓉路與營(yíng)盤(pán)路交叉口的實(shí)時(shí)通行參數(shù)，見(jiàn)表2。

表2 交叉口參數(shù)Table 2 Intersection parameters

由表2可知，①交叉口的信號(hào)周期時(shí)長(zhǎng)為194 s，信號(hào)配時(shí)如圖6所示。南北方向左轉(zhuǎn)與直行進(jìn)口道飽和度仍較高，這說(shuō)明該信號(hào)配時(shí)不合理，不能合理地分配各相位的綠燈時(shí)間。②交叉口采用的是預(yù)信號(hào)定時(shí)控制，預(yù)信號(hào)綠燈提前至本左轉(zhuǎn)相位綠燈結(jié)束6 s時(shí)關(guān)閉，導(dǎo)致部分車輛在規(guī)定的清空時(shí)間內(nèi)未及時(shí)通過(guò)可變車道，發(fā)生了滯留。這主要是出口預(yù)信號(hào)未實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)控制且誘導(dǎo)設(shè)施不足，駕駛員不能及時(shí)預(yù)先判斷導(dǎo)致的。

3.2 模型計(jì)算

調(diào)用MATLAB最優(yōu)化工具箱的fmincon函數(shù)求解，得到優(yōu)化后的信號(hào)配時(shí)參數(shù)：最佳周期為155 s，東西左轉(zhuǎn)的有效綠燈時(shí)間為24 s，東西直行的有效綠燈時(shí)間為18 s，南北左轉(zhuǎn)的有效綠燈時(shí)間為58 s，南北直行的有效綠燈時(shí)間為43 s。

3.3 仿真模型建立

為驗(yàn)證動(dòng)態(tài)控制方案的有效性，以芙蓉路-營(yíng)盤(pán)路交叉口作為交通背景，利用Vissim4.3軟件，采用兩種設(shè)置可變車道的方案進(jìn)行模擬仿真。兩種方案分別是定時(shí)控制方案和優(yōu)化后動(dòng)態(tài)控制的方案，將這兩種信號(hào)配時(shí)方案輸入到軟件中進(jìn)行分析，對(duì)比兩者在交叉口的車均延誤時(shí)長(zhǎng)，左轉(zhuǎn)車道與直行車道的停車次數(shù)、平均排隊(duì)長(zhǎng)度和最大排隊(duì)長(zhǎng)度方面的差異。

本次仿真車輛主要由小汽車和大客車構(gòu)成，仿真時(shí)間為3 600 s，期望速度范圍為20～35 km/h。該交叉口的定時(shí)方案和優(yōu)化后的動(dòng)態(tài)控制信號(hào)方案的配時(shí)分別如圖6～7所示。

圖6 定時(shí)控制信號(hào)配時(shí)Fig.6 Timing diagram of timing control signal

3.4 仿真結(jié)果分析與效果評(píng)價(jià)

從圖7可以看出，可變車道動(dòng)態(tài)控制方案的綠燈最短提前啟亮?xí)r間為18 s，清空時(shí)間為33 s，且極少有車輛滯留情況發(fā)生。兩種方案經(jīng)過(guò)仿真模擬后的車道指標(biāo)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。由表3可知，在車道的動(dòng)態(tài)控制方案下，該交叉口車均延誤減少了14.99%，左轉(zhuǎn)車輛和直行車輛的停車次數(shù)分別減少了21.60%和38.25%，左轉(zhuǎn)車輛和直行車輛的平均排隊(duì)長(zhǎng)度分別減少了44.07%和60.20%，左轉(zhuǎn)車輛和直行車輛的最長(zhǎng)排隊(duì)長(zhǎng)度分別減少了33.85%和19.63%。這說(shuō)明采用可變車道動(dòng)態(tài)控制和信號(hào)配時(shí)優(yōu)化，可以極大地提高交叉口的車輛通行效率。

圖7 動(dòng)態(tài)控制信號(hào)配時(shí)Fig.7 Timing diagram of dynamic control signal

表3 不同控制方式下車道指標(biāo)對(duì)比Table 3 Comparison of lane indicators under different control methods

4 結(jié)論

1）本研究采用了檢測(cè)器來(lái)獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，對(duì)可變車道的動(dòng)態(tài)控制方案進(jìn)行了研究。

2）本研究建立了以交叉口車均延誤時(shí)長(zhǎng)最小為目標(biāo)的優(yōu)化模型，獲得了交叉口可變車道的動(dòng)態(tài)控制與信號(hào)控制協(xié)同優(yōu)化方案。以長(zhǎng)沙市芙蓉路營(yíng)盤(pán)路為實(shí)例，將動(dòng)態(tài)控制方案與現(xiàn)存的定時(shí)配時(shí)方案進(jìn)行對(duì)比，證明該方案對(duì)解決由左轉(zhuǎn)交通量大引發(fā)的交叉口延誤問(wèn)題有明顯的提升效果。

3）實(shí)際道路中車輛的到達(dá)往往具有高度隨機(jī)性，難以用單一模型進(jìn)行量化。本研究提出基于到達(dá)–離去曲線法的延誤模型，該模型對(duì)關(guān)鍵變量q的觀測(cè)較為模糊，不夠精細(xì)，這也是今后改進(jìn)的重點(diǎn)。