某路口交通信號(hào)燈設(shè)計(jì)

吳俊

摘要：由于高校作業(yè)時(shí)間的特殊性以及人口的密集性，高校路口紅綠燈的設(shè)計(jì)帶有潮汐特性，但針對(duì)高校路口紅綠燈的研究并不多。基于此，通過調(diào)研得出，高校路口紅綠燈應(yīng)分為高峰時(shí)段和普通時(shí)段兩個(gè)時(shí)間段，運(yùn)用韋伯斯特配時(shí)法分別進(jìn)行配時(shí)，得出信號(hào)燈時(shí)間，并運(yùn)用Vissim軟件進(jìn)行仿真，驗(yàn)證信號(hào)燈設(shè)計(jì)的合理性和必要性。

Abstract： Because of the particularity of working time and the density of population， the design of traffic lights at intersections in Colleges and universities has tidal characteristics， but there are few studies on traffic lights at intersections in Colleges and universities. Based on this， through investigation， it is concluded that the traffic lights at intersections in Colleges and universities should be divided into two periods： peak time and ordinary time. The time of signal lights can be obtained by using Webster timing method， and the simulation is carried out by using Vissim software to verify the rationality and necessity of the design of signal lights.

關(guān)鍵詞：丁字路口;紅綠燈;韋伯斯特配時(shí)法;Vissim仿真

Key words： T-junction;traffic lights;Webster timing method;Vissim simulation

中圖分類號(hào)：U665.16? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2019）26-0221-03

0? 引言

由于高校的特殊性，交通情況顯得復(fù)雜，路口通行的車輛受學(xué)校作息時(shí)間支配，并且該方向的車流和東西向直行的車流之間存在多個(gè)沖突點(diǎn)，因而需要交通信號(hào)燈來調(diào)節(jié)交通狀況。

國內(nèi)外關(guān)于交通方面的研究很多，在所有類型的交通事故中，岔路口追尾是發(fā)生次數(shù)最多的[1]，因而交通信號(hào)燈至關(guān)重要，但交通信號(hào)燈又使得汽車在岔路口處的通行速度極大降低[2]，所以必須進(jìn)行合理的信號(hào)燈設(shè)計(jì)。關(guān)于信號(hào)燈配時(shí)的研究主要在三個(gè)方面，首先是對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行研究，王英輝[3]利用單片機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)出智能紅綠燈系統(tǒng)，崔守娟[4]設(shè)計(jì)了基于MCGS的交通信號(hào)燈模擬控制系統(tǒng);其次是針對(duì)優(yōu)化算法的研究，包括韋伯斯特配時(shí)法[5]、HCM配時(shí)法等經(jīng)典算法，王柏淇[6]開創(chuàng)了獨(dú)特的計(jì)算方法，取得了良好效果的;還有學(xué)者利用各種仿真軟件進(jìn)行交通信號(hào)燈模擬，胡海波[7]運(yùn)用Vissim軟件進(jìn)行交通信號(hào)燈設(shè)計(jì)。

1? 路口現(xiàn)狀

1.1 路口簡(jiǎn)介

本文的研究對(duì)象是霍里山大道與其北側(cè)的安徽工業(yè)大學(xué)東校區(qū)西門連接而形成的丁字路口通過實(shí)際調(diào)研得出該路口在四個(gè)時(shí)間段車流量明顯增加，且不穩(wěn)定，其余時(shí)間車流量相對(duì)較少，但比較穩(wěn)定。為研究方便，將這四個(gè)時(shí)間段稱作高峰時(shí)段，其余時(shí)間稱作普通時(shí)段。高峰時(shí)段為8：00-9：00;12：00-13：00;14：30-15：30;17：30-18：30。

該路口情況如圖1所示，為研究方便，本文設(shè)定了路口各個(gè)位置的名稱。

1.2 數(shù)據(jù)調(diào)研

通過前期調(diào)研發(fā)現(xiàn)，高峰時(shí)段通過主干道1和主干道2停止線的車流量分別為1500輛/小時(shí)和1350輛/小時(shí)，通過輔道1和輔道2的車輛都約為500輛/小時(shí)，出西門的車輛約為480輛左右。本文分別選取高峰時(shí)段中的一個(gè)小時(shí)和普通時(shí)段一個(gè)小時(shí)收集數(shù)據(jù)，其中高峰時(shí)段選取17：30-18：30，普通時(shí)段選取15：30-16：30，由于一天的數(shù)據(jù)難以具有代表性，選取三天數(shù)據(jù)的平均值進(jìn)行紅綠燈設(shè)計(jì)。

該路口參數(shù)為：車道寬度3.25米;輔道寬度3.5米;禁止變道車道長度48米;主干道1左轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)彎半徑20;主干道2右轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)彎半徑10;交叉口寬度50米;車輛運(yùn)行速度13.9米/秒。

該路口車輛類型較多，在計(jì)算過程中無法將每種車輛都帶入計(jì)算，需要按照一定的比例[8]將不同類型的車輛全部轉(zhuǎn)化為小汽車，再以小汽車的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。轉(zhuǎn)化比例為：1輛摩托車=0.5輛小汽車;1輛普通載貨車=0.5輛小汽車;1輛大型貨車=0.5輛小汽車;1輛客車=0.5輛小汽車。

據(jù)此得車流量數(shù)據(jù)如表1所示。

2? 信號(hào)燈設(shè)計(jì)

本文選取韋伯斯特配時(shí)法[9]進(jìn)行信號(hào)燈設(shè)計(jì)具體設(shè)計(jì)過程如下。

2.1 根據(jù)路口現(xiàn)狀確定該路口為兩相位，相位設(shè)置如圖2。

2.2 計(jì)算總損失時(shí)間之和

I為綠燈間隔時(shí)間，綠燈間隔時(shí)間由公式[10]計(jì)算所得：

其中，T[11]設(shè)定為1s，a[11]設(shè)定為3m/s-2，而L[10]設(shè)定為6m

2.3 流量比計(jì)算

飽和流量的計(jì)算方法很多，本文根據(jù)修正的飽和流量算法[12]計(jì)算，流量比即車流量和飽和流量的比值，經(jīng)過計(jì)算得：

2.3.1 高峰時(shí)段

第一相位流量比：y1=0.407;

第二相位流量比：y2=0.246。

總流量比：Y=y1+y2=0.653

2.3.2 普通時(shí)段

第一相位流量比：y1=0.318;

第二相位流量比：y2=0.095。

總流量比：Y=y1+y2=0.318+0.095=0.413

2.4 信號(hào)周期及綠燈時(shí)間計(jì)算

2.4.1 高峰時(shí)段

C=（1.5L+5）/（1-Y）=（1.5×14.69+5）÷（1-0.635）=78s

總綠燈時(shí)間為（L根據(jù)四舍五入的方法取15s）：

C=78-15=63s

第一相位綠燈時(shí)間為：g1=0.407÷0.653×63=38.91≈39s

第二相位綠燈時(shí)間為：g2=0.246÷0.653×63=23.52≈24s

各相位信號(hào)燈時(shí)間如表3所示。

2.4.2 普通時(shí)段

C=（1.5L+5）/（1-Y）=46s

總綠燈時(shí)間為（L根據(jù)四舍五入的方法取15s）：

G=46-15=31s

第一相位綠燈時(shí)間為：g1=0.318÷0.413×31=25.94≈24s

第二相位綠燈時(shí)間為：g2=0.095÷0.413×31=7.13≈7s

第二相位綠燈時(shí)間只有7秒，數(shù)據(jù)不合理，說明對(duì)普通時(shí)段的紅綠燈設(shè)計(jì)不合理。由表2可以看出，在普通時(shí)段主干道1和主干道2上的直行的車輛較多，而主干道1和輔道1上左轉(zhuǎn)的車輛較少，對(duì)交通的影響并不是很大，所以可以不設(shè)置信號(hào)燈。

綜上所述，該路口高峰時(shí)段需要設(shè)置交通信號(hào)燈，信號(hào)燈時(shí)間如表3所示，普通時(shí)段不需要設(shè)置信號(hào)燈。高峰時(shí)段信號(hào)燈交替關(guān)系為：第一相位綠燈亮39秒，在39秒的綠燈時(shí)間結(jié)束之后有3秒的黃燈時(shí)間，這時(shí)第二相位是紅燈時(shí)間，3秒黃燈結(jié)束第一相位變成紅燈時(shí)間，這時(shí)第二相位仍然是紅燈時(shí)間，第一相位紅燈持續(xù)4.5秒后第二相位變成綠燈時(shí)間，第一相位仍然是紅燈，并且第二相位的綠燈時(shí)間持續(xù)24秒，在24秒的綠燈時(shí)間結(jié)束之后有3秒的黃燈時(shí)間，這時(shí)第一相位還是紅燈時(shí)間，3秒黃燈結(jié)束第二相位變成紅燈時(shí)間，這時(shí)第一相位依然是紅燈時(shí)間，第二相位紅燈持續(xù)4.5秒后第一相位變成綠燈時(shí)間。

其相位關(guān)系如圖3所示，圖中陰影部分各個(gè)圖樣表示的燈色如下：

2.5 人行橫道信號(hào)燈設(shè)計(jì)

因?yàn)樵撀房诟叻鍟r(shí)段設(shè)有交通信號(hào)燈，所以必須設(shè)置人行橫道信號(hào)燈。由于該路口通行的行人和非機(jī)動(dòng)車很少，只需要一條人行橫道。在本文設(shè)計(jì)的交通信號(hào)燈中，第二相位是主干道1和輔道1的車輛左拐，這時(shí)通過路口的車輛與主干道2旁的人行橫道上的行人之間不存在沖突點(diǎn)，所以刪掉另一條人行橫道。行人過街的最短綠燈時(shí)間由公式[13]計(jì)算所得：

Omin=7+26÷1.2-7.5=21.17s<24s

24秒為第二相位綠燈時(shí)間，可將人行橫道綠燈時(shí)間設(shè)置為24秒，24秒結(jié)束后還有7.5秒時(shí)間才到第一相位綠燈時(shí)間，足夠清空路面。且人行橫道綠燈時(shí)間為54秒，而中國行人可以忍受[14]的最長紅燈時(shí)間是60秒，說明紅燈時(shí)間合理。

3? 交通仿真

運(yùn)用Vissim軟件進(jìn)行仿真，輸入車流量數(shù)據(jù)，創(chuàng)建信號(hào)控制機(jī)，對(duì)高峰時(shí)段有無信號(hào)燈以及普通時(shí)段三種情況進(jìn)行仿真，并根據(jù)排隊(duì)長度和最長排隊(duì)長度兩種數(shù)據(jù)來進(jìn)行分析。

仿真結(jié)果如表4所示。

從運(yùn)行結(jié)果來看，因?yàn)橛凶屝幸?guī)則，所以高峰時(shí)段無信號(hào)燈時(shí)部分路段排隊(duì)長度為0，但其余路段的排隊(duì)長度很長，很容易形成堵車情況，而有信號(hào)燈時(shí)的排隊(duì)長度相對(duì)短很多，并且可以在一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)清空路面，這樣就避免了堵車的問題，同時(shí)也減小了危險(xiǎn)性，所以設(shè)計(jì)交通信號(hào)燈是合理且必要的。而普通時(shí)段的排隊(duì)長度和最大排隊(duì)長度都很短，甚至比高峰時(shí)段有信號(hào)燈時(shí)的情況還要好，所以不設(shè)置信號(hào)燈是正確的，設(shè)置信號(hào)燈反而會(huì)造成道路資源的浪費(fèi)。

4? 總結(jié)

本文主要針對(duì)安徽工業(yè)大學(xué)西門外的丁字路口交通復(fù)雜并且沒有信號(hào)燈的問題進(jìn)行分析，運(yùn)用韋伯斯特配時(shí)法為其設(shè)計(jì)信號(hào)燈，再運(yùn)用Vissim軟件進(jìn)行仿真研究，通過仿真分析得出本文設(shè)計(jì)的交通信號(hào)燈是合理并且必要的。

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