基于綠波控制的道路連續(xù)交叉口配時優(yōu)化

尹衍航，宋新萍

（201600 上海市 上海工程技術大學 機械與汽車工程學院）

0 引言

城市的交通狀況與城市的發(fā)展息息相關，當城市規(guī)劃沒有預見性，在城市發(fā)展到一定程度時，落后的城市規(guī)劃就會帶來交通擁堵的問題，其中，連續(xù)交叉口的擁堵狀況尤為嚴重。在不對道路進行重新規(guī)劃的情況下，優(yōu)化交通配時就能極大減輕道路的擁堵狀況[1]。

針對連續(xù)道路交叉口的信號配時問題，目前較為公認的方法就是綠波控制[2]。通過協(xié)調相鄰路口的信號配時，實現(xiàn)綠波通行，達到快速通行的目的。以日照市濟南路為例，在菏澤路、北京路之間的路段交通信號配時存在缺陷，此路段周圍環(huán)境復雜，有學校和大型商場，高峰時車流量大，交通擁堵情況非常嚴重。

1 道路數(shù)據(jù)

1.1 道路基本情況

山東路主路為雙向8 道布局，路口處為2 條直行道，一條左轉道，一條直行道。所選路段有3 個交叉口，分別與菏澤路、棗莊路、北京路相交，下文將其交叉口簡稱為交叉口1，交叉口2和交叉口3。其中，菏澤路與北京路相距約420 m，棗莊路與北京路相距約450 m。菏澤路為雙向6車道，棗莊路為雙向4 車道，北京路為雙向8 車道。

1.2 道路車流量

車流量選取某一高峰時間段數(shù)據(jù)，如表1所示。

表1 高峰時各路口車流量(pcu/h)Tab.1 Traffic flow at each junction during peak hours (pcu/h)

1.3 道路現(xiàn)有信號燈配時方案

各路口現(xiàn)有信號配時相互獨立，周期也不相同，如表2—表4 所示。

表2 菏澤路-濟南路現(xiàn)行信號配時Tab.2 Current green signal time of Heze Road -Jinan Road

表3 濟南路-棗莊路現(xiàn)行信號配時Tab.3 Current green signal time of Jinan Road -Zaozhuang Road

表4 濟南路-北京路現(xiàn)行信號配時Tab.4 Current green signal time of Jinan Road -Beijing Road

2 配時優(yōu)化設計

2.1 確定信號周期

利用Webster 配時方法[3]分別確定每一個交叉口的信號周期

式中：C0——最佳周期時長，s；L——信號周期的總損失時間，s；Y——所有相位最大流量比之和。

式中：l——啟動損失時間，s；Ii——第i 相位末的綠燈間隔時間，s；Ai——第i 相位末的紅燈間隔時間，s。

式中：qi——第i 相位的最大車流量直行當量值；ST——各進口直行飽和流率值。

經(jīng)過計算，所選路段3 個交叉口信號周期分別為119，86，142 s。其中第3 個路口信號周期最長，且為關鍵路口，因此確定系統(tǒng)周期為142 s。

2.2 確定各相位綠燈時間與相位差

首先確定每一個交叉口的有效綠燈時間[4]：

式中：Ge——有效綠燈時間，s；C——系統(tǒng)周期時間，s。

然后，根據(jù)各相位交通量比值分配各相位有效綠燈時間

式中：gi——第i 相位有效綠燈時間，s；yi——第i 相位的流量比。

計算后得各路口綠燈時間如表5—表7 所示。

表5 濟南路-菏澤路改進后信號配時Tab.5 Green signal time after improvement of Jinan Road -Heze Road

表6 濟南路-棗莊路改進后信號配時Tab.6 Green signal time after improvement of Jinan Road -Zaozhuang Road

表7 濟南路-北京路改進信號配時Tab.7 Green signal time after improvement of Jinan Road -Beijing Road

最后確定各交叉口的相位差[5]。相位差是決定整個系統(tǒng)控制效果的關鍵，利用圖解法[6]計算，如圖1 所示。經(jīng)過計算，路口3 的相位偏位為0 時，路口2 的相位偏移為42 s，路口1 的相位偏移為62 s 時，道路通行能力最強。

圖1 時距圖Fig.1 Time interval diagram

3 仿真分析

利用Vissim 軟件進行仿真分析，繪制路網(wǎng)，建立道路模型，將道路流量、配時方案、平均車速等基本數(shù)據(jù)導入模型后進行仿真仿真。

分別將現(xiàn)有交通信號配時方案與改進后的配時方案導入模型進行模擬。

通過Vissim 自帶的評估功能，我們分別對2種配時方案下濟南路東西道路通行情況進行了評估。本次評估選擇延誤、行程時間與平均排隊長度作為評價指標，評價結果如表8 所示。

對比評估結果可以發(fā)現(xiàn)，相對于現(xiàn)有交通配時方案，本文配時方案的各方面指標都優(yōu)于現(xiàn)有配時方案，通過綠波控制形成的綠波帶極大提高了道路的通行效率，有效地減輕了交通擁堵的狀況。

表8 改進前后信號配時方案評價結果Tab.8 Evaluation results of signal timing scheme before and after improvement

4 結論

本文從實際出發(fā)，發(fā)現(xiàn)道路信號控制存在的缺陷，利用綠波控制思想，對整個路段信號配時進行重新設計優(yōu)化，并用Vissim 軟件對設計方案進行仿真模擬，最終確定最優(yōu)化道路配時方案，解決了道路擁堵和通行效率低下的問題。