Synchro系統(tǒng)在綠波信號(hào)控制中的應(yīng)用①

摘 要:基于Synchro系統(tǒng)與理論模型的差別分析，提出了在實(shí)際道路與交通狀況下制定綠波信號(hào)控制方案方面，前者明顯優(yōu)于后者的結(jié)論。最后以秦皇島市河北大街中段為對(duì)象，對(duì)影響綠波信號(hào)控制的若干問(wèn)題點(diǎn)進(jìn)行改善之后，應(yīng)用Synchro系統(tǒng)進(jìn)行了配時(shí)優(yōu)化與仿真實(shí)驗(yàn)，其結(jié)果為各交叉口的服務(wù)水平均顯著提高。

關(guān)鍵詞:Synchro系統(tǒng) 綠波信號(hào)控制 仿真實(shí)驗(yàn) 秦皇島市 河北大街

中圖分類號(hào):U491.51文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1672-3791(2012)06(c)-0016-02

1 研究背景

隨著工業(yè)化和城市化在全世界的發(fā)展，許多城市都面臨著日益嚴(yán)重的交通擁堵問(wèn)題。而在城市道路網(wǎng)中，最易發(fā)生交通擁堵的地方就是交叉口，若能有效的提高交叉口的通行能力則會(huì)在很大程度上解決城市交通擁堵問(wèn)題。將干道上連續(xù)若干個(gè)交叉口的交通信號(hào)通過(guò)一定的方式連接起來(lái)，同時(shí)對(duì)各交叉口設(shè)計(jì)一種相互協(xié)調(diào)的配時(shí)方案，各交叉口的信號(hào)燈按此協(xié)調(diào)方案聯(lián)合運(yùn)行，使車輛通過(guò)這些交叉口時(shí)，不致經(jīng)常遇上紅燈，稱為干線交叉口信號(hào)協(xié)調(diào)控制，也叫做綠波信號(hào)控制[1]。

1.1 綠波信號(hào)控制的理論模型

目前，關(guān)于綠波信號(hào)控制的理論模型主要集中在信號(hào)周期與相位差的優(yōu)化算法上。主要有圖解法[2]、進(jìn)口對(duì)稱放行[3]、進(jìn)口單獨(dú)放行[4]算法等。而上述理論為了簡(jiǎn)化計(jì)算與分析，大都基于固定車速、單一車種、無(wú)過(guò)街行人、無(wú)轉(zhuǎn)彎車輛等與現(xiàn)實(shí)相差較遠(yuǎn)的假設(shè)，而這常導(dǎo)致理論計(jì)算所得到的綠波信號(hào)控制方案在實(shí)際中無(wú)法收到良好的效果。因此，本文針對(duì)秦皇島市河北大街中段的實(shí)際道路與交通狀況，使用具有交通仿真功能的、專門對(duì)信號(hào)配位配時(shí)進(jìn)行優(yōu)化的Synchro系統(tǒng)對(duì)綠波信號(hào)控制方案進(jìn)行制定。

1.2 Synchro軟件系統(tǒng)

Synchro系統(tǒng)是由美國(guó)Trafficware公司開(kāi)發(fā)的，以HCM2000為基礎(chǔ)的信號(hào)配時(shí)優(yōu)化的交通仿真軟件[1]。專門用于信號(hào)配位配時(shí)優(yōu)化、干線或區(qū)域協(xié)調(diào)控制方案的制定，并可以對(duì)方案給出相應(yīng)的評(píng)價(jià)。另外，其運(yùn)算速度快，采用自由設(shè)定步長(zhǎng)的窮舉法能夠在較短時(shí)間內(nèi)對(duì)較大的路網(wǎng)給出信號(hào)配時(shí)優(yōu)化方案。其仿真系統(tǒng)中還充分考慮到了道路線形、行人等對(duì)交叉口通行狀況的影響，仿真結(jié)果具有極高的工程參考價(jià)值。在我國(guó)，除了文獻(xiàn)[5]之外，運(yùn)用Synchro系統(tǒng)對(duì)干線交叉口進(jìn)行綠波信號(hào)控制方案制定的研究非常少。

2 現(xiàn)實(shí)與模型的差別

在實(shí)際應(yīng)用方面，Synchro系統(tǒng)要比理論模型更有優(yōu)勢(shì)。因?yàn)橄到y(tǒng)在制定綠波信號(hào)控制最佳方案時(shí)會(huì)充分考慮到實(shí)際道路與交通狀況，并且采用窮舉法把有限的控制方案列舉出來(lái)再逐一比較。本章主要從交通擁擠、轉(zhuǎn)彎車輛、車輛性能、車道變換、過(guò)街行人等5個(gè)方面，詳細(xì)分析了Synchro系統(tǒng)較理論模型的優(yōu)越性。

2.1 交通擁擠(Traffic Congestion)

在理論模型中，假設(shè)所有車輛均按照路段的設(shè)計(jì)車速進(jìn)行行駛。而在現(xiàn)實(shí)中，隨著車流量的增加，車輛的行駛車速逐漸下降，這就是交通擁擠效應(yīng)。并且在一天不同的時(shí)間段內(nèi)，交通擁擠程度是不一樣的。因此，若不考慮交通擁擠對(duì)車輛行駛車速的影響，則有可能導(dǎo)致綠燈信號(hào)相位差(由交叉口間距與行駛車速計(jì)算得出)的計(jì)算出現(xiàn)偏差，進(jìn)而影響綠波信號(hào)控制的實(shí)施效果。

2.2 轉(zhuǎn)彎車輛(Turning Vehicles)

在交叉口處，無(wú)論何種信號(hào)相位設(shè)置，左轉(zhuǎn)車輛都要在一定程度上對(duì)對(duì)面直行車輛和信號(hào)周期長(zhǎng)度產(chǎn)生影響。特別是許可型左轉(zhuǎn)相位下的左轉(zhuǎn)通行能力是依據(jù)可插間隙理論進(jìn)行計(jì)算的，這將涉及到車頭時(shí)距、駕駛員心理及行為分析。而理論模型中，因缺少上述分析，只能簡(jiǎn)單的認(rèn)為左轉(zhuǎn)車輛對(duì)直行車輛沒(méi)有影響或其影響為一個(gè)定值。

2.3 車輛性能(Vehicle Performance)

實(shí)際道路上所行駛的車輛并非均為同種車輛，而是由某種車輛為主的混合車隊(duì)。不同車輛在車長(zhǎng)、平均載重量、加減速度等性能方面均不相同。這些車輛在行駛的過(guò)程中往往表現(xiàn)出不同的性能，這不僅與車輛本身的物理特性有關(guān)，還與駕駛員的心理密不可分，而這些在綠波信號(hào)控制的理論模型中均沒(méi)有體現(xiàn)。

2.4 車道變換(Lane Changing)

部分理論模型中，對(duì)車輛的行駛速度進(jìn)行了統(tǒng)一化的假設(shè)，即所有車輛均按照路段的設(shè)計(jì)車速進(jìn)行行駛，沒(méi)有變換車道現(xiàn)象。而在現(xiàn)實(shí)中，因超車而變換車道的現(xiàn)象并不少見(jiàn)。這樣就整體而言，車輛的到達(dá)是隨機(jī)性的，而非按照一定時(shí)間間隔的均勻達(dá)到。并且，這種隨機(jī)性的程度是受到交通流量大小影響的。

2.5 過(guò)街行人(Pedestrian)

理論模型均沒(méi)有對(duì)過(guò)街行人、最小綠燈時(shí)間、等待綠燈時(shí)間等方面進(jìn)行研究。而在周期一定的情況下，次干道的最小綠燈時(shí)間與主干道的綠波帶寬度呈現(xiàn)此消彼長(zhǎng)的關(guān)系。因此，在保證行人安全與暢通過(guò)街的前提下，盡量縮短次干道的綠燈時(shí)間，增加主干道綠波帶寬度是提高綠波信號(hào)控制效果的有效途徑。

2.6 其他

除上述差別外，道路線形、機(jī)非混行車道、交叉口處車速、行人違法行為(橫穿馬路)、重車混入率、信號(hào)燈控制模式等也會(huì)對(duì)綠波信號(hào)控制的實(shí)施效果產(chǎn)生很大的影響。且這些因素都是直接作用于車輛行駛車速，進(jìn)而使相位差與綠波帶寬度的計(jì)算出現(xiàn)偏差，影響綠波信號(hào)控制的實(shí)施效果。

3 影響因素分析與改善

3.1 概述

河北大街是秦皇島市城市主干道，是連接海港與北戴河兩組團(tuán)的交通紐帶，肩負(fù)著異常繁重的客貨運(yùn)輸任務(wù)。其暢通與否對(duì)秦皇島市旅游事業(yè)、教育事業(yè)的發(fā)展有著重大影響。以下幾處為河北大街中段上的主要交叉口:M1(民族路)、M2(文化路)、M3(海陽(yáng)路)、M4(紅旗路)、M5(友誼路)。本文擬在以上5處實(shí)行綠波信號(hào)控制，最大限度的挖掘其通行能力，這對(duì)緩解秦皇島市的交通擁堵具有重要意義。

3.2 行人橫過(guò)馬路

河北大街中段兩側(cè)公共建筑與住宅小區(qū)出入口多，行人流量較大，橫穿馬路行人較多。行人違法橫穿馬路不但會(huì)誘發(fā)交通事故，而且會(huì)嚴(yán)重影響車輛的行駛速度。針對(duì)此問(wèn)題，本為提出以下三種解決方案:(1)增加中央護(hù)欄高度以防止行人橫穿馬路。(2)在適當(dāng)位置建設(shè)人行天橋或地下通道。(3)在交叉口的中央隔離帶處設(shè)置安全島用以組織行人二次過(guò)街。

3.3 區(qū)域特征明顯

M1～M2處無(wú)主次干道區(qū)別，而M3～M5處主次干道區(qū)別明顯，并且交叉口的相位設(shè)置具有明顯差別[6]。對(duì)此，本文將河北大街中段M1～M2納入?yún)^(qū)域A，而將M3～M5納入?yún)^(qū)域B，分別對(duì)其進(jìn)行綠波信號(hào)控制，主要著眼于M3～M5處交叉口服務(wù)水平的提高。

3.4 四道橋交叉口

在M2～M3處之間的四道橋處存在面積較小的信號(hào)交叉口，此處過(guò)街行人較多導(dǎo)致車輛排隊(duì)長(zhǎng)度較長(zhǎng)，等待時(shí)間延誤較大。對(duì)此，本文建議取消此交叉口信號(hào)燈裝置，并將中央斷開(kāi)的隔離帶連接上。而對(duì)于其他需要在交叉口處穿行的車輛，可以利用河北大街兩側(cè)的支路繞行(組織單向交通)，對(duì)于行人則可使其在相鄰交叉口處繞行，或?yàn)槠湓O(shè)置人行天橋、地下通道等。

3.5 交通量及其構(gòu)成多變

河北大街中段橫穿秦皇島市CBD，交通量及其構(gòu)成在一天不同的時(shí)間段內(nèi)變化較大。若仍沿用對(duì)外界狀況變化敏感性較差的定周期控制模式信號(hào)燈則顯得力不從心。因此，有必要在各個(gè)交叉口采用成本較高的感應(yīng)控制模式信號(hào)燈，以提高對(duì)外界交通狀況變化的適應(yīng)能力如表1。

4 仿真實(shí)驗(yàn)

4.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

根據(jù)河北大街中段各交叉口的調(diào)查數(shù)據(jù)(本文不做詳述)，首先，運(yùn)用Synchro系統(tǒng)對(duì)各交叉口的周期、相位差、綠波帶寬度等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，制定出綠波信號(hào)控制(各交叉口仍為定周期控制模式信號(hào)燈)方案。最后，對(duì)綠波信號(hào)控制實(shí)施前后的交通狀況進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。主要通過(guò):(1)交叉口服務(wù)水平。(2)服務(wù)車流量與最大車流量比值(V/C)。(3)停車次數(shù)。(4)時(shí)間延誤。(5)燃油消耗等五個(gè)指標(biāo)(表1中數(shù)值均為主干道雙向平均數(shù)值)對(duì)其實(shí)施效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

4.2 結(jié)果分析

從綠波信號(hào)控制實(shí)施后的仿真結(jié)果看，M3～M5處交叉口的服務(wù)水平均有所提高。同時(shí)，所有交叉口處的時(shí)間延誤、停車次數(shù)、燃油消耗均明顯減少。這對(duì)保護(hù)秦皇島市的生態(tài)環(huán)境，提升秦皇島市的城市形象具有重大意義。另外，針對(duì)河北大街中段的交通狀況實(shí)時(shí)多變的特點(diǎn)，若在各交叉口采用投資與運(yùn)營(yíng)成本都較高的感應(yīng)控制模式信號(hào)燈，還可以進(jìn)一步降低車輛的等待時(shí)間延誤。

參考文獻(xiàn)

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