連續(xù)燈控交叉口交通組織優(yōu)化方法研究

劉星星

（湖北省城建設(shè)計(jì)院股份有限公司，湖北 武漢 430051）

1 研究背景

近些年，我國的社會經(jīng)濟(jì)有了長足的發(fā)展，居民生活水平不斷提高，更多的家庭擁有了自己的私家車，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，2018年，我國的汽車成交量較之于往年下降了13%，但仍然達(dá)到了2 200萬輛。如此大的數(shù)量規(guī)模對城市交通造成的壓力可想而知，因此，很多地區(qū)出現(xiàn)了交通供需不平衡的情況，直接表現(xiàn)就是城市交通網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)交通堵塞的概率增加，堵車時間加長，堵車線路增多。交叉路口負(fù)責(zé)連接不同方向的車流，對于城市道路交通通行能力有著至關(guān)重要的作用。由于道路渠化和信號配時設(shè)置的不合理，在很多信號交叉口會出現(xiàn)嚴(yán)重的交通擁堵或交通事故，這一情況在交通高峰期更加突出，很大程度限制了交叉口的通行能力，并且在車輛等待時，也會造成大量的廢氣排放，加劇了能源消耗和環(huán)境污染。對交叉口進(jìn)行合理管控是保證交通流量的關(guān)鍵。對于相互聯(lián)系的交叉口而言，他們之間的交通流是互相聯(lián)系的，一方出現(xiàn)特殊情況會造成連鎖反應(yīng)，對整個交通流網(wǎng)絡(luò)造成干擾，但是由于這之間涉及的影響因素太多，想要達(dá)

到較好規(guī)劃效果就需要設(shè)計(jì)人員進(jìn)行更仔細(xì)的考察和優(yōu)化。而近些年隨著城市規(guī)模的不斷壯大，相鄰交叉口數(shù)量不斷增加，而相鄰交叉口之間的交通網(wǎng)絡(luò)又是互相聯(lián)系的，由于過去缺乏重視和缺乏手段，對于相鄰交叉路口進(jìn)行交通組織優(yōu)化的例子很少，導(dǎo)致相鄰交叉口的交通情況一直處于較差的狀態(tài)，在城市交通高峰期時，往往是相鄰交叉口會出現(xiàn)嚴(yán)重的交通堵塞問題。從交叉口本身來分析，由于相鄰交叉口的特殊幾何特點(diǎn)使得對其進(jìn)行交通組織優(yōu)化設(shè)計(jì)變得更加的復(fù)雜。車輛在處于等待時間的狀態(tài)下，會集中停靠在同一位置，但是發(fā)動機(jī)不會熄火，這樣一來，停靠區(qū)域會出現(xiàn)大量的廢氣排放，嚴(yán)重污染空間，對附近居民的正常生產(chǎn)生活帶來了極大的影響。而且等待時間內(nèi)汽油繼續(xù)燃燒，會造成大量汽油的浪費(fèi)。

2 國外研究現(xiàn)狀

西方國家城市現(xiàn)代化進(jìn)程較快，所以在19世紀(jì)中葉就開始面臨相似的問題，當(dāng)時西方國家的馬車普及，而道路交叉口由于缺乏指揮，導(dǎo)致各類車輛通行時往往會出現(xiàn)交通事故，所以，當(dāng)時的市民開始對交通信號控制進(jìn)行研究，該方法后續(xù)被應(yīng)用到交叉口低飽和控制過程中。在20世紀(jì)80年代又提出了停車補(bǔ)償系數(shù)，該系數(shù)通過對制定路段車輛的等待時間和等待車輛進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，計(jì)算車輛在經(jīng)過這段道路時需要花費(fèi)的時間，為了減少車輛在整條道路上的等待時間，會在后續(xù)通過調(diào)整信號來減少車輛的等待時間。在英國和澳大利亞等國家有一定的使用空間，據(jù)統(tǒng)計(jì)，采用這種信號系統(tǒng)，可以大幅節(jié)省出行時間，節(jié)省率可達(dá)8%～20%。

3 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，我國研究者對于交通配置問題的研究辦法，集中在通過模型構(gòu)建和分析來進(jìn)行。雖然我國在進(jìn)行交通配置方面的研究起步時間較晚，但是由于掌握更多的新技術(shù)，所以我國研究人員能夠更加熟練地掌握各種模型構(gòu)建單位，通過搭建相關(guān)研究模型的方式，對模型運(yùn)行狀態(tài)和其中的影響因素進(jìn)行分析，所以在過去數(shù)年的發(fā)展過程中，我國的研究人員在交通配置方面，也取得了一定的研究成果。而且由于我國的城市化加速普遍是在近二十年內(nèi)出現(xiàn)的，所以還有很多的城市規(guī)劃和交通網(wǎng)絡(luò)沒有固化，根據(jù)研究成果改造現(xiàn)有城市道路的可行性更高，所以相關(guān)的研究工作在我國有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。目前，我國的研究人員將研究的關(guān)鍵著眼于拓寬設(shè)計(jì)和道路車道設(shè)置。關(guān)于交叉口設(shè)計(jì)優(yōu)化系統(tǒng)研究成果主要集中在以下幾方面，首先是21世紀(jì)初，我國上海市出臺了城市道路平面交叉口規(guī)劃與設(shè)計(jì)規(guī)程，在該份文件中，對于上海市的平面交叉口總體規(guī)劃方案和具體設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行了規(guī)范，確定在未來很長一段時間內(nèi)，會作為上海地區(qū)進(jìn)行城市交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和管理的綱領(lǐng)性文件。

4 信號交叉口交通信號控制基礎(chǔ)

4.1 交通信號控制概念及分類

對交通擁堵問題進(jìn)行控制的最有效方法是交通信號控制，而交通信號控制需要考慮到該路口的實(shí)際交通能力。交通信號控制對于交通流運(yùn)行狀態(tài)有深刻影響，對于信號交叉口而言，進(jìn)行交通組織，首要的是交通信號的組織，在目前交叉口實(shí)際通行能力無法有效提升的前提下，采取信號控制能夠適當(dāng)?shù)木徑饨徊婵诘耐ㄐ袎毫Ατ诮煌诙裕谶\(yùn)行狀態(tài)中沖突主要來源于車流與車流、車流與人流。所以在針對道路交叉口進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時，交通信號要輪流的給不同方向的交通流分配通行權(quán)，減少交叉口出現(xiàn)的沖突情況，讓人流和車流能夠在不同方向上同時通過，減少不必要的等待時間。

4.2 交通信號控制基本參數(shù)

4.2.1 公共周期時長

為了能夠更好地控制交通，研究人員需要一個準(zhǔn)確的研究對象，而公共周期是交通研究工作中最常見的內(nèi)容。就一個路段經(jīng)過的所有紅綠燈所顯示的時間加起來，得出的結(jié)果就是公共周期時長，這個數(shù)字表示的是該道路最大等待時間和可供通行時間，該數(shù)據(jù)在評價(jià)道路通行能力上限上有著非常重要的作用，是很多交通通行能力研究工作的基礎(chǔ)。而且也是表現(xiàn)交通能力改進(jìn)程度的體現(xiàn)。

4.2.2 綠信比

整個道路的綠燈顯示時間總長占全部交通信號燈顯示時間的比例是綠信比，這個比例是體現(xiàn)道路通行能力的重要表現(xiàn)。進(jìn)行交叉路口優(yōu)化的重要方向就是提高綠燈的顯示時間，讓盡可能多的車輛能夠保持正常通行的狀態(tài)，減少等待時間。

4.2.3 相位差

同周期相鄰交叉口同一相位綠燈起步的時間差被稱之為相位差。

5 平面交叉口交通沖突分析

作為交通的重要節(jié)點(diǎn)，同一時間需要應(yīng)對不同方向車流的使用，從而會發(fā)生一定的交通沖突，被稱之為沖突點(diǎn)，當(dāng)車輛經(jīng)過沖突點(diǎn)時，就有可能發(fā)生碰撞，沖突點(diǎn)越大，產(chǎn)生交通事故的可能性就越高。

6 連續(xù)口信號交叉口交通優(yōu)化設(shè)計(jì)

為確保設(shè)計(jì)的實(shí)用性，在設(shè)計(jì)之前首先對當(dāng)?shù)氐慕煌▽?shí)際情況進(jìn)行長時間調(diào)研，收集準(zhǔn)確常見的交通情況，包括道路等級，周邊用地性質(zhì)，線狀信號配時，以及交叉口間距。

對以上數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合整理和分析，對于交叉口的車道數(shù)目，車道功能，相鄰交叉口的協(xié)調(diào)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。根據(jù)渠化設(shè)計(jì)，考察現(xiàn)有交通量的現(xiàn)狀，進(jìn)行信號相位、信號相序、信號配時設(shè)計(jì)。

7 結(jié)語

隨著近幾年城市化發(fā)展的加速，越來越多的交叉路口出現(xiàn)，為了保證城市交通網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行，減少車輛沖突和車輛等待時間，需要對相鄰交叉口進(jìn)行渠化設(shè)計(jì)優(yōu)化。