談前江工業園區交叉口交通信號控制設計

桂曉東 胡良紅

(1.安徽貴池前江工業園管委會，安徽 池州 247100； 2.中國華西工程設計建設有限公司安徽分公司，安徽 合肥 230000)

談前江工業園區交叉口交通信號控制設計

桂曉東1胡良紅2

(1.安徽貴池前江工業園管委會，安徽 池州 247100； 2.中國華西工程設計建設有限公司安徽分公司，安徽 合肥 230000)

以干線交叉口為主要研究對象，對干線交叉口信號控制進行了優化設計，并從排隊長度、停車次數、延誤時長等方面對優化前后的信號控制方案進行了Vissim仿真，指出優化后的設計能較大程度的緩解交通堵塞等問題。

信號控制，相位，交通仿真

1 信號配時方法與步驟

在城市的道路上，交通信號協調控制又叫“綠波帶”控制，是指由一條干線上連續的多個交叉口的交通信號燈共同組成一個信號控制系統，通過系統的聯動控制來進行交叉口信號協調控制。目的是為了使行駛到主干線的車輛經過信號交叉口時一路綠燈，從而可以使車輛通暢的通過各個交叉口，避免等待時間，減少延誤。當車流在主干線上一系列交叉口的交通信號燈都變成綠色，像極了一條“綠波帶”，這就是我們所說的“綠波控制”[1]。

在對主干線系統進行協調控制時，對相位差的選擇也顯得更為重要。所謂的相位差即為保證干線系統的交通流能通暢的穿過每個交叉路口時，確保車輛在主干線道路上行駛的時間要與抵達下個路口的相位差一樣，才能保證整個主線道路的交通流保持流暢，也是在對交通干線協調控制系統中必須考慮的一個重要參數。

一般情況下，干線協調控制方案的設計有如下六個步驟:

1)根據現場調查的實際交通參數計算飽和流量，當干線進口道為n車道時，飽和流量的表達式如下所示：

(1)

由英國的Noah Webster提出的近似最佳周期時長為：

(2)

其中，C0為最佳周期時長,s；Y為各相位最大流量比y之和;L為每個周期的總損失時間,s：

L=∑(l+I-A)

(3)

其中，l，A，I分別為啟動損失時間、黃燈時間以及綠燈間隔時間。

2)選取干線交叉口信號周期時長最大的交叉口為關鍵交叉口。

3)分別計算出各交叉口相位的綠信比和顯示綠燈時間。

4)根據式(2)，式(3)計算出有效綠燈時間ge和顯示綠燈時間gj：

ge=C0-L

(4)

有效綠燈時間gej由各相位的最大流量比得到，從而得到第j相位的有效綠燈gej：

(5)

第j相位的實際顯示綠燈時間由以下公式得出：

gj=Ajgej+lj

(6)

其中，gj，Aj，lj，gej分別為第j相位的實際顯示綠燈時間、黃燈時間、啟動損失時間以及有效綠燈時間。

5)按步驟3)得出非關鍵交叉口上次要道路方向顯示綠燈時間。

6)當非關鍵交叉口周期時長小于干線系統的周期時長時，則該交叉口改用系統周期時長，并且綠燈時間選用最小綠燈時間[2]。

如上所述，關鍵問題是如何合理的調整相位差，直接影響著干線系統的信號控制效果，本文采用圖解法調整干線系統的相位差。

2 干線交叉口現狀分析

前江大道位于前江工業園區內，是連接園區南北兩個園區域的橋梁，對這兩個區域的發展作用重大，在交通路網中也發揮著重要作用。隨著園區戰略地位的凸顯以及政府政策的偏移，前江工業園區混合交通壓力日益加重，再加上交通管理的缺乏，很容易出現交通擁堵等現象。因此，合理的設計前江大道交叉口信號控制能給園區帶來更高的通行效率。本文以前江大道—涌金大道交叉口及相鄰的前江大道—寶賽大道交叉口作為研究對象。

為了能準確得到前江大道干線的實時交通流特性，對前江大道與涌金大道、寶賽大道這兩個交叉口的早、中、晚等多個時段的交通參數進行現場調查。

考慮到天氣因素對交通量的影響，選擇天氣狀況良好一天，用人工計數方法進行交通量調查；對機動車進行分流向的調查；記錄交叉口的信號配時情況。具體交通參數見表1，圖1～圖4。

表1 各交叉口峰值交通量

3 干線交叉口信號線控配時設計

根據前期干線交叉口的現場交通參數的實時調查，計算得出直行、左轉、右轉車道的飽和流量分別為1 800輛/h，1 200輛/h，1 440輛/h。表2和圖5分別為前江大道與寶賽大道高峰小時關鍵車道交通量以及根據其得出的最佳周期信號配時圖。

表2 前江大道與寶賽大道交叉口高峰小時關鍵車道交通量

根據本文第一節的公式，分別得出最佳信號周期時長C1、交叉口各相位有效綠燈時間和實際顯示綠燈時間：

C1=132 s。

ge1=16 s,ge2=41 s,ge3=20 s,ge4=39 s,

g1=18 s,g2=43 s,g3=22 s,g4=41 s。

其中，C1為最佳信號周期時長；ge1，ge2，ge3，ge4分別為南北左轉、南北直行、東西左轉、東西直行有效綠燈時間；g1，g2，g3，g4分別為南北左轉、南北直行、東西左轉、東西直行實際顯示綠燈時間。

同理可得到前江大道與涌金大道最佳信號周期時長C2、交叉口各相位有效綠燈時間和實際顯示綠燈時間：

C2=113 s。

ge1=11 s,ge2=37 s,ge3=26 s,ge4=23 s,

g1=13 s,g2=39 s,g3=28 s,g4=25 s。

由上可知，最佳信號周期時長C1>C2，因此以前江大道與寶賽大道交叉口為關鍵交叉口，干線系統最佳信號周期時長選用前江大道與寶賽大道交叉口的周期時長C1，干線系統中兩個交叉口的周期時差為C1-C2=19 s。

將這周期時差加入前江大道與涌金大道交叉口南北直行的綠燈實際顯示時間，即為58 s，對前江大道與涌金大道交叉口的信號配時進行改進得到圖6所示配時圖。

取干線上行駛的車輛的車速V=40 km/h，經實測兩交叉口間距為685 m，可得相位綠時差C=S/V=77 s。由時間—距離圖得到前江大道與寶賽大道以及涌金大道的兩個交叉口的線控配時圖7。

經過線控方案設計，利用Vissim5.3仿真[3]，經過10組每組1 h的仿真運行，得到前江大道與涌金大道交叉口4個相位的仿真結果平均數據如表3所示。

表3 前江大道與涌金大道交叉口4個相位評價指標前后對比

從表3對比中可以看出，經過線控配時設計方案后，前江大道與涌金大道的停車次數、排隊長度以及延誤時間與優化前相比都得到了很大程度的優化，能較大程度的緩解城市交通擁堵。

4 結語

本文通過前期干線交叉口的現場交通參數的實時調查，計算得出干線系統交叉口的最優配時方案，然后用Vissim仿真軟件對優化前后前江大道與涌金大道的配時方案進行仿真，從仿真結果對比可以明顯看出：前江大道與涌金大道的停車次數、排隊長度以及延誤時間與優化前相比都得到了很大程度的優化，可以緩解交通堵塞等交通問題。

[1] 周 力,唐師忠.城市交通干線智能線控系統研究[J].電子科技大學報,2007,36(4):744-747.

[2] 萬緒軍,陸化普.線控系統中相位差優化模型的研究[J].中國公路學報,2011,14(2)：85-86.

[3] 潤 飛,李冬梅.基于Vissim仿真軟件的交通組織方案研究[J].現代交通科技,2006(6):61-63.

On design for traffic signal control at crossings of Qianjiang Industrial District

Gui Xiaodong1Hu Lianghong2

(1.AdministrativeCommitteeofQianjiangIndustrialParkofGuichiinAnhui,Chizhou247100,China;2.AnhuiBranch,HuaxiEngineeringDesignandConstructionCo.,Ltd,ofChina,Hefei230000,China)

Taking the crossing section at arteries as the main research object, the paper undertakes the optimal design for the signal control over the crossing section of arteries, has the Vissim simulation for the signal control scheme before and after the optimization from the queue length, parking times, and delayed periods, and points out the latter design can greatly relieve the traffic jams.

signal control, phase, traffic simulation

1009-6825(2015)28-0008-03

2015-07-22

桂曉東(1979- )，男，工程師

U491.51

A