典型交叉口燈控信號優化設計

江 偉， 左 臣

(1.安徽三聯學院 交通工程學院， 安徽 合肥 230601；2.合肥北軟信息技術有限公司， 安徽 合肥 230601)

典型交叉口燈控信號優化設計

江 偉1， 左 臣2

(1.安徽三聯學院 交通工程學院， 安徽 合肥 230601；2.合肥北軟信息技術有限公司， 安徽 合肥 230601)

通過實地調查小時交通流量，各進口道車道的車頭時距，得到了相應交叉口的飽和度，各條進口道的通行能力，各條車道的流率比，各條進口道的延誤時間等。優化設計了城市交叉口高峰期和緩峰期的信號燈配時方案。

交叉口； 通行能力； 信號控制； 優化配時

0 引 言

當今，伴隨著城市化進程的加快和汽車保有量的持續增長，即使人們通過機動車輛獲得大量的收益，并且也得到由汽車所帶來的便捷，但還是伴隨產生了很多的交通問題，例如嚴重的交通擁堵、頻繁的交通事故、日漸加重的環境污染和較高的燃油損耗。交通阻塞問題不僅僅是發生在國內城市中的交叉口，在國外城市中的交叉口也是經常出現，交叉口被看作是道路的樞紐，主要是為了給兩條道路在產生相互交叉時進行方向轉換提供便利，也是道路中通行能力的重要部位，在交叉口經常會發生交通擁堵和事故等。交叉口是城市道路網絡的基本組成單元，研究城市交通系統之前就要對其進行調研。

通過燈控信號調節交通流、引導交通流提高人和貨物的運輸安全及效率，以達到改善交通流的品質，提高交通流的舒適、安全和快速的目標[1]。

1 信號控制基本參數

1.1周期時長

相對應的某一條進口道信號燈各種燈色依次輪流顯示一個周期所需要的時間稱為周期時長，也就是所有燈色顯示的時間之和[2]。

1.2綠信比

一個信號相位的有效綠燈時長與周期時長之間的比值:

式中：λ----綠信比;

C----周期時長;

ge----有效綠燈時長。

2 實證分析

合肥二環路是合肥市一條重要的環線道路，是眾多車輛進出合肥市區的必經之路，于2010年7月4日貫通，實現全線通車。南二環路起始自葛大店村，終點至集賢路北段，全長約9.8 km，南二環路上大型、重型車川流不息，常常和私家車、公交車等搶占道路，而且車速都比較快，還特別喜歡掉頭，嚴重破壞了交通秩序。

2.1信號控制狀況

合肥南二環與金寨路交叉口相位圖如圖1所示。

(a) 第一相位 南北直行 (b) 第二相位 南北左轉

(c) 第三相位 東西直行 (d) 第四相位 東西左轉圖1 合肥南二環與金寨路交叉口相位圖

合肥南二環與金寨路交叉口信號時間參數見表1。

表1 合肥南二環與金寨路交叉口信號時間參數表

2.2飽和流量的調查

南二環與金寨路交叉口各進口道的平均車頭時距見表2。

表2 南二環與金寨路交叉口各進口道的平均車頭時距 s

南二環與金寨路交叉口各進口道的飽和流量見表3。

表3 南二環與金寨路交叉口各進口道的飽和流量 pcu/h

對于信控交叉口來說，其通行能力可以分別按各進口方向上各進口道來進行計算。一條進口道的通行能力就是這條車道的飽和流量和相應的相位綠信比的乘積[3]。一條進口道的通行能力為：

式中：CAPi----第i條進口車道的通行能力，pcu/h；

Si----第i條進口車道的飽和流量，pcu/h；

Λi----第i條進口車道綠信比。

根據式(2)以及相關數據，合肥南二環與金寨路交叉口的通行能力如下：

東進口直行通行能力：

CAP1=S1λ1=4 417×0.28=1 237 (pcu/h)

東進口左轉通行能力：

CAP2=S2λ2=1 967×0.30=590 (pcu/h)

西進口直行通行能力：

CAP3=S3λ3=4 364×0.28=1 222 (pcu/h)

西進口左轉通行能力：

CAP4=S4λ4=1 925×0.30=578 (pcu/h)

南進口直行通行能力：

CAP5=S5λ5=4 337×0.20=867 (pcu/h)

南進口左轉通行能力：

CAP6=S6λ6=1 957×0.16=313 (pcu/h)

北進口直行通行能力：

CAP7=S7λ7=4 260×0.20=852 (pcu/h)

北進口左轉通行能力：

CAP8=S8λ8=3 810×0.16=610 (pcu/h)

對于信控交叉口而言，進口道的通行能力并不完全就是飽和流率，它還和該進口道的綠信比有關系[4]。因此，飽和度的表達形式如下：

根據式(3)以及相關數據，可得合肥南二環與金寨路交叉口的飽和度如下：

東進口直行飽和度：

東進口左轉飽和度：

西進口直行飽和度：

西進口左轉飽和度：

南進口直行飽和度：

南進口左轉飽和度：

北進口直行飽和度：

北進口左轉飽和度：

2.3基于延誤指標的服務水平

在信號控制交叉口，延誤和飽和度這兩個重要指標都用來衡量交叉口服務水平。通常將延誤指標當作交叉口服務水平的評判標準[5]。相應的關系見表4。

根據表4中的數字關系可以分析出合肥南二環與金寨路交叉口各個進口道所對應的服務水平。從相關的數據中不難看出，除了金寨路南進口左轉車道進口道的服務水平為F級之外，其他各個進口道的服務水平都是E級。因此，從服務水平等級可以知道,該交叉口服務水平低下，延誤較大，易造成交通擁堵，從而降低了駕駛員駕駛的舒適度[6]。

表4 信號交叉口延誤與服務水平關系

2.4合肥南二環與金寨路交叉口信控設計

通過對合肥南二環與金寨路交叉口一系列的實地觀測與計算，可知原有的燈控信號配時方案所造成的車輛延誤較大，服務水平低下。因此，將對該交叉口的燈控信號重新配時，從而提高該交叉口的服務水平。

首先，計算各個進口車道的流率比，就是進口道的小時交通量除以飽和流量，以及進行關鍵車道組的選擇,得出數據見表5。

表5 各進口道流率比以及關鍵車道組選擇

計算每周期的總損失時間和最短周期時長，可根據式(2)和式(3)得出：

計算有效綠燈時長：

Ge=G-L=68-12=56 s

東西直行：

東西左轉：

南北直行：

南北左轉：

計算顯示綠燈時長：

東西直行：

gEW=geEW-A+l=17 s

東西左轉：

gEW=geEW-A+l=16 s

南北直行：

gNS=geNS-A+l=13 s

南北左轉：

gNS=geNS-A+l=10 s

由上述數據可得到新的信號配時方案，見表6。

表6 合肥南二環與金寨路交叉口新信號時間參數表

2.4.1 重新計算交叉口的延誤情況

2.4.1.1 均衡延誤計算

東進口直行：

東進口左轉：

西進口直行：

西進口左轉：

南進口直行：

南進口左轉：

北進口直行：

北進口左轉：

2.4.1.2 總延誤計算

東進口直行：

東進口左轉：

西進口直行：

西進口左轉：

南進口直行：

南進口左轉：

北進口直行：

北進口左轉：

2.4.2 重新計算交叉口南各進口道的通行能力

東進口直行通行能力：

東進口左轉通行能力：

西進口直行通行能力：

西進口左轉通行能力：

南進口直行通行能力：

南進口左轉通行能力：

北進口直行通行能力：

北進口左轉通行能力：

從以上得出的新的交叉口的延誤數據以及各進口道的通行能力數據可以看出，通過對交叉口的燈控信號進行重新優化配時，該交叉口各條進口道的延誤時間都得到了大幅的降低，通行能力也有了一定幅度的增長，相應的交叉口各條進口道的服務水平也有了一定程度的提高。優化后的服務水平均在C等級內，交叉口各進口道的交通將較為順暢，提高了道路的利用效率[7-8]。

3 結 語

城市交通隨著時代的進步在快速的發展，各個路線縱橫交錯，形成了一個復雜的交通網，而網狀的交叉點就是城市的節點。交叉口是交通運行的關鍵，如果想要提高它的通行效率，就必須保證車輛和行人能夠有條不紊、安全有序地通過路口，這樣交通才會變得有規律，交通的運行效率也會提高。緩解城市的交通現狀，提高交叉口的通行能力和路網交通流運行的效率，只有交通情況得到改善，才能方便人們的日常出行。立足于道路交叉口交通特性，重點研究道路交叉口燈控信號配時設計，直接有效地解決掉交通不便的癥結。經過對交叉口交通信號的控制分離沖突的交通流，從時間上有效地解決，這樣便有利于改善交叉口的通行狀況，推動交通的發展。

[1] 蔣賢才.道路交通控制理論與方法[M].北京：中國建筑工業出版社，2016.

[2] 邵春福.城市交通概論[M].北京：北京交通大學出版社，2016.

[3] 樓小明.考慮交叉口影響的城市路網信號優化設計問題研究[J].交通運輸工程與信息學報，2013(1)：108-113.

[4] 楊曉光，趙靖，馬萬經，等.信號控制交叉口通行能力計算方法研究綜述[J].中國公路學報，2014,27(5):148-158.

[5] 田徑.基于車流量的交叉口信號燈控制系統研究[D].長安：長安大學，2013.

[6] 楊繼平，崔寶俠，徐春鋒.城市交通燈信號配時控制器優化的一種新策略[J].沈陽工業大學學報，2007,29(5):554-560.

[7]RogerPRoess,ElenaSPrassas,WilliamRMcShane.TrafficEngineering(ThirdEdition)[J].PrenticeHall，2004:376-394.

[8] 江偉，唐志華.基于PC-Crash事故多發路段誘因分析[J].長春工業大學學報，2016，37(5):494-498.

Optimaldesignofsignalcontrolsignalfortypical

JIANG Wei1, ZUO Chen2

(1.Traffic Engineering College, Anhui Sanlian University, Hefei 230601, China;2.Hefei North Soft Information Technology Co., Ltd., Hefei 230601, China)

By surveying hourly traffic flow and distance between the vehicles at an intersection, we design an optimized signal time distribution for both the peak and common traffic based on the parameters such as intersection saturation, road traffic capacity, flowing rate and delay time.

intersection; capacity; signal control; to optimize the timing.

U 49； O 23

A

1674-1374(2017)04-0371-06

2017-06-27

安徽三聯學院交通安全應用技術協同創新中心項目(xtcx2016003)； 校級質量工程項目

江 偉(1989-)，男，漢族，安徽安慶人，安徽三聯學院助教，主要從事交通運輸和交通工程方向研究,E-mail:15255129860@163.com.

10.15923/j.cnki.cn22-1382/t.2017.4.09