縣域城鎮交通信號控制方法研究

姜敏 尹少東 宋志洪

(1.寧波市公安局鎮海分局交通警察大隊,浙江寧波 315000;2.城市交通管理集成與優化公安部重點實驗室,安徽合肥 230088)

縣域城鎮交通信號控制方法研究

姜敏1尹少東2宋志洪2

(1.寧波市公安局鎮海分局交通警察大隊,浙江寧波 315000;2.城市交通管理集成與優化公安部重點實驗室,安徽合肥 230088)

本文主要結合我國縣域城鎮交通管理現狀,分析縣域城鎮交通特征,研究合理的信號控制方法,根據縣域城鎮具有的交通條件,采用不同的信號控制策略,有效提高縣域城鎮整體通行效率,減少交通尾氣帶來的環境污染。

縣域城鎮 交通特征 信號控制方法 控制策略

隨著我國城鎮化進程加快，縣域城鎮基礎設施建設初具規模，機動車保有量迅速增長，道路供給和交通需求的矛盾日益突出。在居民生活水平提高的同時居民出行需求越來越高，而我國縣域城鎮現有交通管理模式滯后，政府重視程度和日益增長的交通需求與安全形勢不相適應，這也使我國縣域城鎮面臨著大城市所出現的交通擁堵、出行不便以及道路交通安全等問題。

圖1 縣域城鎮交警人均管轄面積調查分析圖

圖2 縣域城鎮交警人均管轄道路長度調查分析圖

圖3 縣域城鎮信號機聯網率

圖4 中官路平均路口單進口交通量

1 縣域城鎮交通管理現狀

1.1 交通管理部門之間缺乏有效協調

隨著我國城鎮化進程加快，縣域城鎮交通出行需求要來越高，交通出行需求與道路供給的矛盾在短時間內尚不能完成解決，這就需要交通管理部門充分利用現有資源，最大化的滿足居民交通出行需求。但是我國縣域城鎮政府部門普遍存在解決交通問題方式方法與交通發展不相適應，部門之間缺乏有效的工作協調機制，造成管理工作交叉，執法力度不夠，使得各種交通違章、違法行為屢禁不止。

1.2 交通管理和執法科技裝備建設和維護資金得不到保障

目前，縣公安交警部門經費來源主要有財政撥款、規費收入、燃油稅提取和其他收入四個渠道，其中規費收入成為維持交通管理工作正常運轉的主要經費來源。在交通管理和科技執法裝備建設的經費投入方面只有申請財政支持，但由于交通管理部門之間缺乏有效的工作協調機制，申請財政資金渠道困難，后期設備維護資金無法保障。

1.3 農村交通管理水平有待進一步提高

近幾年，縣域城鎮交通管理部門逐步重視了農村公路的交通管理，但是還存在一些亟待解決的問題，如農機車輛管理，農機部門無權上路查車，交警部門往往對鄉村道路、偏遠農村地區道路的交通管理鞭長莫及，形成了管理上的“真空”狀態；農村道路上無證駕駛、無號牌車上路行駛等問題較為突出，近幾年農村交通事故數量呈上升態勢，給縣域道路交通安全帶來新的挑戰。

1.4 客貨運車輛、重點車輛等監管不嚴

圖5 優化控制前后通行能力與平均停車延誤對比效果圖

公安交警部門對客貨運車輛、重點車輛的檢驗和駕駛員的培訓、考核、審驗及資質審查存在把關不嚴、執法不嚴的現象。隨著客貨運市場經營主體的多元化，同時由于公交、出租車、客貨運車輛、危化品車輛、校車和農機車輛等缺乏科技執法裝備，使得管理部門對客貨運車輛、重點車輛等無法形成有效監管，導致客貨運交通事故率居高不下。

1.5 交通管理部門人力不足

基層管理部門科技保障機制不健全，科技人才和警力嚴重不足，外場設備損壞無人維護，基層技術民警也因工作強度大、工作環境差、生活待遇低，工作積極性嚴重受挫，面臨日益繁重的交通管理工作和嚴峻的交通安全問題的雙重考驗。使得縣域城鎮整體交通管理水平不高。縣域城鎮交警人均管轄面積和人均管轄道路長度調查分析結果如圖1、圖2所示。

1.6 公安智能交通設施管理現狀

近幾年，隨著我國縣域城鎮經濟的快速發展，道路基礎設施日趨完善，但是交通管理設施投入相對不足，與日益增長的交通需求不相適應。道路交通管控能力不高，現有公安交通管理部門交通指揮中心的交通綜合信息處理和研判水平較低，缺乏協調應急指揮調度、交通控制和信息服務等功能。交通信息采集手段較少、交通違法行為查處力度不夠，缺少必要的車輛檢測器、信號控制、電子警察、交通視頻監控、卡口、測速等智能交通管理和執法科技裝備。縣域城鎮信號機聯網率如圖3所示。

2 縣域城鎮交通出行規律

我國縣域城鎮交通出行吸引變化會呈現比較集中的趨勢，高峰期出現在上下班以及上學放學時期，平峰時段車流量會比較均勻，夜間路上車流量稀少。因此，相比城市而言，縣域城鎮的主要交通出行規律有以下幾個方面：(1)高峰時段交通出行吸引較為集中，主要集中在市政府、鄉鎮企業、學校附近的道路上，交通通行效率受路段通行能力、路邊停車及交通渠化的影響較為嚴重，路段基本呈現飽和的態勢，部分路口甚至出現溢出的現象；(2)平峰時段交通出行吸引較為均勻，交通出行組成種類較多，有非機動車、長途客車、大小型貨車、小客車、拖拉機等等，但因出行量不大，因此不會對城鎮交通產生明顯影響；(3)夜間時段交通出行吸引較低，大部分縣域城鎮采用“一刀切”的控制方式，全天一種至兩種控制方式，適應性不足，導致夜晚車輛延誤較大；(4)大部分道路無非機動車道，非機動車對機動車通行干擾比較明顯，特別是上下班高峰期，嚴重影響路段的整體通行效率；(5)因信號機功能受限，無法實現聯網控制，后臺無法進行協調控制，導致整體控制效果不佳。

綜上所述，我國縣域城鎮交通量變化較為規律，研究有效的交通信號控制方法，改變現有“一刀切”的局面，具有強烈的現實意義。

3 縣域城鎮交通信號控制方法

根據上述總結的規律，我國縣域城鎮交通信號控制可根據具體條件，分類進行調節，主要包含以下幾種類型：

(1)定時控制。定時控制也叫定周期控制，是最原始的也是所有信號機所具備的控制方式。交通管理者根據交叉路口歷史交通量數據，憑借經驗配置或采用固定的信號配時方案計算公式，預先確定交叉口的信號控制方案，是最常用的一種信號控制方式。

(2)感應控制。感應控制是車輛檢測器檢測當前放行相位車輛車頭時距，確定相位飽和度，并以此為判斷依據延長當前相位綠燈時間或跳至下一相位的實時自適應控制，沒有固定的周期和綠信比。由于感應控制是實時控制，相位綠燈時間實時變化，容易造成倒計時混亂，影響機動車駕駛人的判斷，造成安全隱患。為了避免該類安全隱患，應去除運行感應控制的路口倒計時燈。感應控制適用于有車輛檢測器的路口，主要根據路口類型、車道數量以及歷史流量統計調節最大綠與最小綠。

(3)干線協調控制。通過調查計算主干道路口之間時距，設置相位差，協調相鄰路口綠燈時間延時變化，使主干道車輛通過這些交叉口時盡可能的遇到綠燈， 為主干道直行方向的車隊提供最大綠波帶， 減少干道上的延誤和停車率， 以保證干道上的車輛能夠暢通行駛，這種控制方式稱為干線協調控制。干線協調控制一般用于路況良好，車流量較大，環境干擾較小，車速相對穩定的主干道上。要實現協調聯動控制，協調干線所有路口需要使用相同的集中協調式信號機，并且實現聯網控制。這對信號機的統一控制，統一校時，維持協調控制的穩定性是非常重要的。該方法適用于潮汐變化較為明顯的路段，如貫穿城鎮的或連接與其他城鎮的主干道， 出行吸引較大的路段，平峰采用協調控制，可有效提高主干道的通行效率。

(4)區域聯網協調控制。在縣域城鎮信號機聯網的基礎上，通過后臺對關聯路口執行區域聯網協調控制，可有效提高城鎮范圍的整體通行效率。主要通過在路段的關鍵節點布置車檢器，根據關鍵節點的車輛排隊情況，合理調節路口的信號配時，進而達到關聯交叉口構成的區域達到協調控制的目的。這種控制方式主要依賴區域內信號機聯網與關鍵節點檢測器，根據排隊情況實時調節，對疏導區域內外交通有明顯的應用效果。

一般縣域城鎮在聯網但無車檢器的條件下，一般采用定時控制與干線協調控制相結合的方式，并參照歷史流量曲線，將全天劃分為不同的時段，在流量比較均勻的區間采用干線協調控制的方式，其余則根據劃分時段采用定時控制的方式。對于已聯網且擁有車檢器的路口或區域，主要采用感應控制、定時控制與協調控制相結合的方式，不同控制方式的判定依據主要為交通流量和交通出行比例。

4 案例分析

以寧波市鎮海區為例，介紹縣域城鎮交通信號控制策略應用。中官路是寧波市鎮海區主要干道之一，在城市交通中起“通”的作用以交通功能為主、服務功能為輔，滿足交通流大量聚集快速流動的要求。

根據調研所得中官路各交叉口的實際交通量，平均路口標準交通量如下圖4所示。

由上圖分析可得知，在高峰時期，該路段實際交通量已達到該路段各路口飽和流量，如果不合理疏導，勢必會造成交通擁堵的現象。

結合上節控制策略的介紹，該段在平峰時期主要采用綠波控制的方式，高峰采用關聯交叉口協調控制，夜間采用感應控制，分為6個時間段控制，分別為0：00-7：00，7：00-8：00，8：00-17：30，17：30-18：30，18：30-22：30，22：30-23：59，采用的控制方式為感應控制，協調控制，綠波控制，協調控制，綠波控制以及感應控制。對各類型分別進行整理，感應控制，交叉口區域協調控制以及綠波協調控制的效果分別如下圖5所示。

對平均通行能力、平均延誤時間兩個指標在優化控制前后對比可發現，在原有固定周期模式下平均通行能力偏小，平均延誤偏大，優化之后通行能力明顯提高，平均延誤降低，特別是夜間才有感應控制，有效減少了車輛的等待時間，提高了路口的整體通行效率，起到合理分配交叉口空間資源、減少污染的作用。夜間車輛稀少，在無檢測器的條件下，夜間可采用相位最小綠設置的方式。

5 結語

縣域城鎮比較明顯的特征是交通出行吸引規律化，交通管理手段不足，不能有效地配置路口信號配時，從而導致路口通行效率偏低。本文主要結合歷史流量調研及車檢器的應用，劃分盡可能多的時段，避免“一刀切”配時方式的通病，有效提高了縣域城鎮路口及主要干線的通行效率，優化了道路利用率，同時也在一定程度上控制了環境污染。

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