城市交通熱點(diǎn)片區(qū)信號(hào)優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)證研究

史默文 樹愛兵 徐新東

1.蘇州市吳江區(qū)公安局交通警察大隊(duì)，江蘇蘇州 215200；2.公安部交通管理科學(xué)研究所，江蘇無錫 214151

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市機(jī)動(dòng)車保有量得到了快速的增長，原有的老城區(qū)因城市規(guī)劃、道路條件的限制逐漸成為擁堵的熱點(diǎn)區(qū)域，限于對(duì)道路條件改造的困難，熱點(diǎn)擁堵片區(qū)成為城市難以治愈的頑疾，也增加了交通管理者管理難度。本文選取吳江區(qū)三角進(jìn)廣場這一區(qū)域，從交通信號(hào)這一簡單便于操作的角度對(duì)該擁堵熱點(diǎn)片區(qū)進(jìn)行分析與優(yōu)化，通過信號(hào)的主動(dòng)控制最大程度上降低片區(qū)的交通擁堵現(xiàn)象。

1 三角進(jìn)廣場交通概況

三角井廣場位于蘇州市吳江區(qū)老城區(qū)中心，周邊分布有大量商業(yè)中心如萬亞購物中心、億佰生活廣場、步行街等，包括吳江實(shí)驗(yàn)小學(xué)、幼兒園、大量住宅小區(qū)等大型交通流發(fā)生吸引點(diǎn)，片區(qū)內(nèi)在早晚高峰有大量機(jī)動(dòng)車出入該區(qū)域，受周邊環(huán)境限制，目前片區(qū)內(nèi)中山北路為雙向四車道，流虹路段為雙向兩車道，道路條件已無法滿足車流通行需求，各交叉口在早晚高峰均呈現(xiàn)出過飽和趨勢(shì)。

2 交通控制策略及方案

熱點(diǎn)片區(qū)內(nèi)交叉口主要由于交通流量大，可供排隊(duì)的空間有限，對(duì)于不當(dāng)?shù)姆判邢辔豁樞颉⒎判邢辔粫r(shí)間，可能引起交叉口之間排隊(duì)車輛聚集，排隊(duì)溢出交叉口，產(chǎn)生交叉口“鎖死”現(xiàn)象，近而影響上下游相鄰交叉口。另外，由于片區(qū)內(nèi)部分路段距離短，車輛變換車道也會(huì)產(chǎn)生交織，對(duì)交叉口通行影響較大。因此，對(duì)于交通流量較大，路段較短的熱點(diǎn)交叉口，主要通過相位相序的合理設(shè)置、調(diào)整放行相位時(shí)間解決交叉口之間車輛排隊(duì)問題，不使交叉口車輛產(chǎn)生溢出。熱點(diǎn)片區(qū)交叉口交通沖突示意圖如圖1所示。

圖1 熱點(diǎn)片區(qū)交叉口交通沖突示意圖

一般采用的做法是，在進(jìn)入交叉口車輛放行之前，可設(shè)置交叉口清空相位，使車輛進(jìn)入兩交叉口之間時(shí)，通過交叉口不產(chǎn)生排隊(duì)。在進(jìn)入交叉口方向綠燈放行結(jié)束之后，通過相位設(shè)置，保證進(jìn)入車輛能及時(shí)駛出交叉口。在實(shí)際應(yīng)用過程中，相位的設(shè)置可根據(jù)交叉口的具體情況進(jìn)行選擇，之后根據(jù)運(yùn)行效果進(jìn)行調(diào)整。

片區(qū)內(nèi)交叉口各相位放行時(shí)間設(shè)置時(shí)，首先明確控制目標(biāo)是使交叉口之間不產(chǎn)生溢出或盡量少排隊(duì)。因此，需使進(jìn)入交叉口的車輛能順利出交叉口而不在交叉口排隊(duì)，出交叉口綠燈放行時(shí)間應(yīng)大于進(jìn)入交叉口方向綠燈放行時(shí)間，且盡量使車輛進(jìn)入交叉口后能不排隊(duì)直接通過交叉口。

2.1 早高峰信號(hào)優(yōu)化協(xié)調(diào)

早高峰該片區(qū)（圖2）里鱸鄉(xiāng)路-流虹路由北向南車流較大，北向東左轉(zhuǎn)進(jìn)入流虹路路段車流也較大，北進(jìn)口出現(xiàn)二次排隊(duì)現(xiàn)象，鱸鄉(xiāng)路-流虹路（圖3）西進(jìn)口由于設(shè)有路邊停車位，僅有一條車道， 早高峰由西向東車流較大，早高峰中山路-流虹路、中山路-縣府路兩路口相對(duì)車流行駛較為通暢，少量二次排隊(duì)現(xiàn)象。優(yōu)化方案中鱸鄉(xiāng)路-流虹路采用自適應(yīng)控制，增加南北直行和西進(jìn)口單放最大綠時(shí)間，減少東進(jìn)口最大綠燈時(shí)間，協(xié)調(diào)控制中山路-流虹路與中山路-縣府路南北方向，選取公共周期110s，采用雙向綠波協(xié)調(diào)控制，提升該路段的通行速度。

圖2 熱點(diǎn)片區(qū)早高峰現(xiàn)狀交通流示意圖

圖3 鱸鄉(xiāng)路-流虹路早高峰西進(jìn)口排隊(duì)較長

2.2 晚高峰信號(hào)優(yōu)化協(xié)調(diào)

晚高峰該片區(qū)（圖4）各方向車流均較大，尤其突出的是鱸鄉(xiāng)路-流虹路東進(jìn)口車流，與早高峰西進(jìn)口的擁堵相反，晚高峰東進(jìn)口由于流虹路段上西塘河路的無信號(hào)控制路口機(jī)動(dòng)車及非機(jī)動(dòng)車沖突點(diǎn)較多，導(dǎo)致東進(jìn)口車流較為擁堵；中山路-流虹路（圖5）的南進(jìn)口車輛溢出到中山路-縣府路交叉口處，優(yōu)化方案中，鱸鄉(xiāng)路-流虹路采用自適應(yīng)控制，增大東進(jìn)口單放以及南北直行的最大綠燈時(shí)間，中山路加大協(xié)調(diào)方向的時(shí)間，選擇公共周期為120s，增大南北直行的協(xié)調(diào)時(shí)間。保證南進(jìn)口的大部分車流能一次通過該路段。

圖4 熱點(diǎn)片區(qū)晚高峰示意圖

圖5 中山路-流虹路南進(jìn)口晚高峰溢出現(xiàn)象

圖6 中山北路-流虹路及中山北路、縣府路晚高峰協(xié)調(diào)綠波時(shí)距圖

鱸鄉(xiāng)路-流虹路口則采用自適應(yīng)實(shí)時(shí)優(yōu)化控制，具體方案如表1所示。

表1 鱸鄉(xiāng)路-流虹路交叉口信號(hào)配時(shí)方案（s）

3 實(shí)施運(yùn)行效果

選取相鄰路口主要以排隊(duì)情況及是否有溢出、排隊(duì)長度、平均等燈次數(shù)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。選擇中山路作為評(píng)估對(duì)象，主要涉及中山路-縣府路、中山路-流虹路，鱸鄉(xiāng)路-流虹路。

（1）溢出情況。優(yōu)化前會(huì)出現(xiàn)溢出現(xiàn)象，優(yōu)化后，運(yùn)行期間，未發(fā)現(xiàn)有溢出現(xiàn)象。

（2）參數(shù)評(píng)估。根據(jù)熱點(diǎn)片區(qū)交叉口信號(hào)控制不發(fā)生排隊(duì)溢出的首要目標(biāo)，由于具體排隊(duì)長度不易精確測(cè)算，選擇排隊(duì)車輛數(shù)作為評(píng)估指標(biāo)，便于分析計(jì)算。選取其他參數(shù)包括平均停車次數(shù)以及平均通過時(shí)間。優(yōu)化前后參數(shù)對(duì)比情況如表2所示。

表2 三角井廣場優(yōu)化前后參數(shù)對(duì)比

綜上，在熱點(diǎn)片區(qū)信號(hào)主動(dòng)優(yōu)化控制方式下，車流在高峰時(shí)段通過熱點(diǎn)片區(qū)的平均停車次數(shù)及平均通過時(shí)間均有大幅度降低，二次平均排隊(duì)車流也有明顯的減少，片區(qū)交通運(yùn)行得到顯著改善。