平交口信控配時方案的優(yōu)化與驗證

徐文龍，郭杜杜，馬倩雯，巴合達吾列提·熱阿汗

(新疆大學(xué)機械工程學(xué)院，新疆　烏魯木齊　830000)

平交口信控配時方案的優(yōu)化與驗證

徐文龍，郭杜杜，馬倩雯，巴合達吾列提·熱阿汗

(新疆大學(xué)機械工程學(xué)院，新疆烏魯木齊830000)

新疆維吾爾自治區(qū)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目(10755201400 026)

摘要：單平交口定時信號控制方案是協(xié)調(diào)控制和線控的基礎(chǔ)。文章針對當(dāng)前的交通特性和環(huán)境，對基于TRRL法的平交口信控配時方案進行優(yōu)化分析，主要對左轉(zhuǎn)專用車道飽和流量的計算及修正系數(shù)進行優(yōu)化，進而影響其配時結(jié)果。經(jīng)實例驗證，優(yōu)化后的方案可明顯降低平交口的延誤時間，增強平交口的通行效益。

關(guān)鍵詞：信號控制；配時；TRRL法；優(yōu)化

0引言

單點定時信號控制方案主要根據(jù)定時信號配時的基本原理，即根據(jù)交叉口的道路條件及交叉口各進口道到達交通流的流向與流量來確定定時信號的配時方案。當(dāng)交通量發(fā)展達到一定程度時，使用合理正確的信號控制方案可以有效緩解交通壓力，減少交通沖突，提高交叉口的交通效益和安全性。

目前國際上常用的方法主要是英國的TRRL法[1]，但是由于該類方法的提出是在國外的環(huán)境和條件下完成的，對于國內(nèi)平交口尤其是地域特色比較明顯的新疆的平交口很難適用，通過TRRL法計算出的配時結(jié)果往往與實際使用的配時有較大區(qū)別，因此很有必要在當(dāng)前的交通特性和環(huán)境中對TRRL算法的計算進行研究和優(yōu)化，尋找適合于新疆交通特性的平交口信號燈配時方法。

1基于TRRL法平交口信控配時方案

信號平交口的通行能力與信號燈配時的合理性密切相關(guān)，主要反映在車輛的通行時間延誤上，而基于TRRL法的平交口信號配時的主要設(shè)計參數(shù)是最佳信號周期、有效綠燈時間和顯示綠燈時間。[2]

1.1　最佳信號周期

最佳周期時長C0是信號控制交叉口上，能使通車效益指標最佳的交通信號周期時長。一般以平交口延誤作為交通效益指標，對于信號控制平交口，制定合理正確的周期時長可以有效地提高通行能力和安全性。其主要影響因素有每周期損失總時間L與全部相位的最大流量比之和Y。計算公式為：

(1)

1.2　有效綠燈時間

各相位有效綠燈時間gej是一周期內(nèi)各相位能夠用于以飽和流率通行的時間。由于車輛啟動存在一定的損失時間，真正被車輛所利用的綠燈時間并不一定等于信號燈的顯示綠燈時間，所以有效綠燈時間更能體現(xiàn)平交口的通行能力和服務(wù)水平。其主要影響因素有最佳周期時長C0、每個周期的總損失時間L、第i相位的最大流量比yi與全部相位的最大流量比之和Y。計算公式為：

(2)

1.3　各相位顯示綠燈時間

相位顯示綠燈時間是一個周期內(nèi)各個相位實際顯示的綠燈時間，即信號燈一個周期各相位顯示綠燈的時長。作為實際控制方案，顯示綠燈時間是不可缺少的設(shè)計參數(shù)，其主要影響因素：有效綠燈時間gej、黃燈時間Ai與起動損失時間lj。計算公式為：

gj=gej-Aj+lj

(3)

配時方案需經(jīng)行人最短綠燈時間驗算[3]，滿足要求后即為所得方案。

信號配時方案的優(yōu)化就是對上述主要參數(shù)進行優(yōu)化計算。因此，對平交口交通信號的優(yōu)化控制有以下幾種思路，對信號周期進行優(yōu)化，對有效綠燈時間(綠信比)進行優(yōu)化和綜合進行優(yōu)化(包括相位調(diào)整、周期調(diào)整和綠信比調(diào)整)[4]。

2TRRL法的平交口信控配時方案優(yōu)化

本文主要是對信號周期進行優(yōu)化，由于有效綠燈時間與最佳周期時長存在一定的關(guān)聯(lián)關(guān)系，因此間接起到優(yōu)化有效綠燈時間作用。信號周期的影響因素主要是每周期損失總時間L與全部相位的最大流量比之和Y。其中，L由車輛的本身特性以及駕駛?cè)颂匦运鶝Q定；Y則由實際交通量與飽和流量所決定，實際交通量由交通調(diào)查即可得到，而飽和流量則是通過相關(guān)理論方法與實際道路基本條件計算得到，其計算結(jié)果的準確性對于Y值的確定有很大影響，進而影響最佳周期時長的合理性。經(jīng)實際研究發(fā)現(xiàn)，設(shè)有左轉(zhuǎn)專用車道的平交口其左轉(zhuǎn)校正系數(shù)對于最佳周期時長的確定有很大影響，而TRRL法中對于左轉(zhuǎn)校正系數(shù)的計算并不適應(yīng)于疆內(nèi)部分平交口的設(shè)計要求，因此此處主要對左轉(zhuǎn)校正系數(shù)的計算方法進行優(yōu)化與改良，達到優(yōu)化信控配時，提高交通效益的目的。

2.1　左轉(zhuǎn)校正系數(shù)的優(yōu)化

雖然傳統(tǒng)的TRRL法進行定時信號控制的方式已經(jīng)較為完善，但是其中對于飽和流量的計算仍存在一定問題，尤其是左轉(zhuǎn)專用車道飽和流量中無專用相位時左轉(zhuǎn)校正系數(shù)的計算，而對于新疆地區(qū)中小型城市而言，多采用兩相位信號控制形式，并不設(shè)置左轉(zhuǎn)專用相位，且左轉(zhuǎn)交通流通過平交口時，與其他方向交通流產(chǎn)生的沖突較多，對平交口的影響較大，容易引發(fā)延誤和安全問題，所以，對左轉(zhuǎn)交通流的飽和流量的計算顯得尤為重要。

根據(jù)TRRL法，左轉(zhuǎn)校正系數(shù)主要影響因素有對向直行車道數(shù)的影響系數(shù)ξ、對向直行車流量qT與綠信比λ。計算公式為[5]：

(4)

該式中ξ、qT的計算均較為易得，但λ的確定有時難以做到，尤其是對于尚未安裝過信控設(shè)施的新建平交口，綠信比的確定更加困難，因而無法得出左轉(zhuǎn)校正系數(shù)，除非采用估算方式，計算將無法繼續(xù)。且經(jīng)過一定計算表明，該方法具有一定的局限性，隨著對向直行交通流量的增加，在一定的數(shù)值范圍內(nèi)，左轉(zhuǎn)校正系數(shù)偏小，難以反映真實情況。

通過查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻資料，得到較為匹配新疆地區(qū)中小型城市的左轉(zhuǎn)校正系數(shù)，因此，對于單車道左轉(zhuǎn)校正系數(shù)定為0.95，雙車道定為0.92。如果由于單向街道或者T型交叉口使左轉(zhuǎn)交通流無對向車流，則必須考慮行人干擾，對單車道相應(yīng)系數(shù)值采用0.85，雙車道采用0.75?？偟淖筠D(zhuǎn)交通量除以左轉(zhuǎn)專用車道數(shù)和左轉(zhuǎn)校正系數(shù)的乘積，如果沒有左轉(zhuǎn)專用道，則直接輸入左轉(zhuǎn)交通量，推算可得，左轉(zhuǎn)校正系數(shù)fL計算公式為：

(5)

——n為左轉(zhuǎn)專用車道數(shù)。

2.2　左轉(zhuǎn)專用車道飽和流量

通過對左轉(zhuǎn)校正系數(shù)的優(yōu)化，主要使得左轉(zhuǎn)專用車道飽和流量的計算發(fā)生如下改變，進而影響到流量比之和Y。左轉(zhuǎn)專用車道飽和流量SL的計算公式如下：

2.2.1有專用相位時

SL=SbL×fW×fg

(6)

式中：SbL——左轉(zhuǎn)專用車道的基本飽和流量；

fW——車道寬度校正系數(shù)；

fg——坡度及大車校正系數(shù)。

2.2.2無專用相位時

S′L=SbL×fW×fg×fL

(7)

式中：

3實例驗證

本文以某一兩相位T形平交口為例，根據(jù)其高峰時段的交通流、道路基礎(chǔ)條件，分別運用傳統(tǒng)的TRRL法和改進后的TRRL法進行計算，并對兩種計算結(jié)果進行仿真，分析兩種方案的延誤時間。

該平交口高峰時段交通流量如表1所示。

表1高峰時段交通流量表

(單位：pcu/h)

道路基礎(chǔ)條件及渠化設(shè)計方案如圖1所示。

圖1　渠化設(shè)計方案圖

根據(jù)高峰小時交通流量數(shù)據(jù)以及道路基本條件數(shù)據(jù)，運用傳統(tǒng)的TRLL法，得出信號配時方案1，如表2所示。

表2　平交口信號配時方案1數(shù)值表

運用改進后的TRLL法方案，得出信號配時方案2如表3所示。

表3　平交口信號配時方案2數(shù)值表

通過仿真分別計算兩種方案的平交口通行延誤，結(jié)果如表4所示。

表4　平交口通行延誤數(shù)值表

通過平交口延誤的對比數(shù)據(jù)可知，采用改進后的TRRL算法得到的信號配時方案2的交叉口通行平均延誤是57 s，而采用傳統(tǒng)的TRRL算法的信號配時方案1的平均延誤是104 s，因此，采用改進后的TRRL算法可明顯減少平交口的通行延誤。

4結(jié)語

本文對TRRL算法進行優(yōu)化，主要是對左轉(zhuǎn)專用車道飽和流量的計算進行優(yōu)化，進而影響其配時結(jié)果，并實例驗證其有效性，得出定時信號控制方案，結(jié)果表明優(yōu)化后的方案明顯降低了平交口的延誤時間，增強了平交口的通行效益。

參考文獻

[1]袁振洲.道路交通管理與控制[M].人民交通出版社，2007.

[2]馬萬經(jīng)，聶磊，楊曉光.單點定時信號最優(yōu)控制模型及仿真分析[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報，2007(19)：4543-4547.

[3]張楠，韓印，馬萬達.單個交叉口定時信號控制優(yōu)化模型與算法研究[J].交通信息與安全，2009(3)：53-55.

[4]張萌萌，賈磊，鄒難.單點定時信號配時的多目標優(yōu)化模型[J].計算機工程，2011(6)：27-29.

[5]張存保，陳超，嚴新平.基于車路協(xié)同的單點信號控制優(yōu)化方法和模型[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報，2012(10)：74-79.

Optimization and Validation of Flat-intersection Signal Control Timing Program

XU Wen-long，GUO Du-du，MA Qian-wen，Baheda Wulieti·Re A Khan

(School of Mechanical Engineering，Xinjiang University，Urumqi，Xinjiang，830000)

Abstract：Single-flat intersection signal timing control scheme is the basis for coordinated control and remote control.Regarding current traffic characteristics and environment，this article conducted the opti-mization analysis on flat-intersection signal control timing program based on TRRL method，mainly op-timizing the saturation volume calculation and correction factors of dedicated left-turn lanes，thereby af-fecting its timing results.Through practical verification，the optimized solution can significantly reduce the delay time of flat intersections and enhance the passage efficiency of flat intersections.

Key Words：Signal control；Timing；TRRL method；Optimization

收稿日期：2015-01-30

文章編號：1673-4874(2015)02-0062-04

中圖分類號：U412.35

文獻標識碼：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2015.02.016

基金項目

作者簡介
徐文龍(1993—)，男，研究方向為交通工程；
郭杜杜(1985—)，女，講師，碩士，主要從事交通規(guī)劃、智能交通研究工作。