某路口交通信號燈設計

吳俊

摘要：由于高校作業時間的特殊性以及人口的密集性，高校路口紅綠燈的設計帶有潮汐特性，但針對高校路口紅綠燈的研究并不多。基于此，通過調研得出，高校路口紅綠燈應分為高峰時段和普通時段兩個時間段，運用韋伯斯特配時法分別進行配時，得出信號燈時間，并運用Vissim軟件進行仿真，驗證信號燈設計的合理性和必要性。

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.

關鍵詞：丁字路口;紅綠燈;韋伯斯特配時法;Vissim仿真

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

中圖分類號：U665.16? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）26-0221-03

0? 引言

由于高校的特殊性，交通情況顯得復雜，路口通行的車輛受學校作息時間支配，并且該方向的車流和東西向直行的車流之間存在多個沖突點，因而需要交通信號燈來調節交通狀況。

國內外關于交通方面的研究很多，在所有類型的交通事故中，岔路口追尾是發生次數最多的[1]，因而交通信號燈至關重要，但交通信號燈又使得汽車在岔路口處的通行速度極大降低[2]，所以必須進行合理的信號燈設計。關于信號燈配時的研究主要在三個方面，首先是對控制系統進行研究，王英輝[3]利用單片機技術設計出智能紅綠燈系統，崔守娟[4]設計了基于MCGS的交通信號燈模擬控制系統;其次是針對優化算法的研究，包括韋伯斯特配時法[5]、HCM配時法等經典算法，王柏淇[6]開創了獨特的計算方法，取得了良好效果的;還有學者利用各種仿真軟件進行交通信號燈模擬，胡海波[7]運用Vissim軟件進行交通信號燈設計。

1? 路口現狀

1.1 路口簡介

本文的研究對象是霍里山大道與其北側的安徽工業大學東校區西門連接而形成的丁字路口通過實際調研得出該路口在四個時間段車流量明顯增加，且不穩定，其余時間車流量相對較少，但比較穩定。為研究方便，將這四個時間段稱作高峰時段，其余時間稱作普通時段。高峰時段為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，本文設定了路口各個位置的名稱。

1.2 數據調研

通過前期調研發現，高峰時段通過主干道1和主干道2停止線的車流量分別為1500輛/小時和1350輛/小時，通過輔道1和輔道2的車輛都約為500輛/小時，出西門的車輛約為480輛左右。本文分別選取高峰時段中的一個小時和普通時段一個小時收集數據，其中高峰時段選取17：30-18：30，普通時段選取15：30-16：30，由于一天的數據難以具有代表性，選取三天數據的平均值進行紅綠燈設計。

該路口參數為：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左轉轉彎半徑20;主干道2右轉轉彎半徑10;交叉口寬度50米;車輛運行速度13.9米/秒。

該路口車輛類型較多，在計算過程中無法將每種車輛都帶入計算，需要按照一定的比例[8]將不同類型的車輛全部轉化為小汽車，再以小汽車的數據進行計算。轉化比例為：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。

據此得車流量數據如表1所示。

2? 信號燈設計

本文選取韋伯斯特配時法[9]進行信號燈設計具體設計過程如下。

2.1 根據路口現狀確定該路口為兩相位，相位設置如圖2。

2.2 計算總損失時間之和

I為綠燈間隔時間，綠燈間隔時間由公式[10]計算所得：

其中，T[11]設定為1s，a[11]設定為3m/s-2，而L[10]設定為6m

2.3 流量比計算

飽和流量的計算方法很多，本文根據修正的飽和流量算法[12]計算，流量比即車流量和飽和流量的比值，經過計算得：

2.3.1 高峰時段

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 信號周期及綠燈時間計算

2.4.1 高峰時段

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

總綠燈時間為（L根據四舍五入的方法取15s）：

C=78-15=63s

第一相位綠燈時間為：g1=0.407÷0.653×63=38.91≈39s

第二相位綠燈時間為：g2=0.246÷0.653×63=23.52≈24s

各相位信號燈時間如表3所示。

2.4.2 普通時段

C=（1.5L+5）/（1-Y）=46s

總綠燈時間為（L根據四舍五入的方法取15s）：

G=46-15=31s

第一相位綠燈時間為：g1=0.318÷0.413×31=25.94≈24s

第二相位綠燈時間為：g2=0.095÷0.413×31=7.13≈7s

第二相位綠燈時間只有7秒，數據不合理，說明對普通時段的紅綠燈設計不合理。由表2可以看出，在普通時段主干道1和主干道2上的直行的車輛較多，而主干道1和輔道1上左轉的車輛較少，對交通的影響并不是很大，所以可以不設置信號燈。

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

其相位關系如圖3所示，圖中陰影部分各個圖樣表示的燈色如下：

2.5 人行橫道信號燈設計

因為該路口高峰時段設有交通信號燈，所以必須設置人行橫道信號燈。由于該路口通行的行人和非機動車很少，只需要一條人行橫道。在本文設計的交通信號燈中，第二相位是主干道1和輔道1的車輛左拐，這時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，所以刪掉另一條人行橫道。行人過街的最短綠燈時間由公式[13]計算所得：

Omin=7+26÷1.2-7.5=21.17s<24s

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

3? 交通仿真

運用Vissim軟件進行仿真，輸入車流量數據，創建信號控制機，對高峰時段有無信號燈以及普通時段三種情況進行仿真，并根據排隊長度和最長排隊長度兩種數據來進行分析。

仿真結果如表4所示。

從運行結果來看，因為有讓行規則，所以高峰時段無信號燈時部分路段排隊長度為0，但其余路段的排隊長度很長，很容易形成堵車情況，而有信號燈時的排隊長度相對短很多，并且可以在一個信號周期內清空路面，這樣就避免了堵車的問題，同時也減小了危險性，所以設計交通信號燈是合理且必要的。而普通時段的排隊長度和最大排隊長度都很短，甚至比高峰時段有信號燈時的情況還要好，所以不設置信號燈是正確的，設置信號燈反而會造成道路資源的浪費。

4? 總結

本文主要針對安徽工業大學西門外的丁字路口交通復雜并且沒有信號燈的問題進行分析，運用韋伯斯特配時法為其設計信號燈，再運用Vissim軟件進行仿真研究，通過仿真分析得出本文設計的交通信號燈是合理并且必要的。

參考文獻：

[1]Yan x， Radwan E， Abdel-Aty M. Characteristics of rear-end accidents at signalized intersections， using multiple logistic regression model[J]. Accident Analysis & Prevention， 2005， 37（6）： 983-995.

[2]Huang Yong-qing. Research of Vehicle Driving Cycle on the Road in NinboCity[J]. Journal of Wuhua University of Technology [Transportation Science &Engineering]， 2006， 30（4）： 720-723.

[3]王英輝.城市十字路口的自動化紅路燈系統的設計[J].中國新技術新產品，2018（11）：4-5.

[4]崔守娟，周炎，徐凌雲.基于MCGS的交通信號燈模擬控制系統設計[J].農業科技與裝備，2018（3）：28-30.

[5]段敬琳.城市交通信號燈動態配時優化算法研究[D].沈陽：沈陽大學，2014.

[6]王柏淇.基于模糊控制算法和蟻群算法在交通信號燈配時方案上的研究[D].吉林大學，2018.

[7]胡海波.Y形多車道匯入型路口信號燈設置依據研究[D].重慶：重慶交通大學，2018.

[8]李茹婷，王偉.基于排隊論某交叉口交通信號配時分析與優化[J].德州學院學報，2018，34（04）：52-56，72.

[9]賈雨竹.基于路段交通量構成比例的方向指示信號動態配時研究[D].成都：西南交通大學，2017.

[10]江澤浩，潘飛，汪濤，等.信號控制交叉口機動車綠燈間隔——安全可靠度曲線簇[J].交通運輸系統工程與信息，2018，18（05）：67-74.

[11]李鐵軍，常旭.基于交通狀態的綠燈間隔時間的優化算法[J].長安大學學報（自然科學版），2016，36（03）：81-85.

[12]張萌.基于修正飽和流量模型的交叉口信號配時研究[J].公路與汽運，2017（02）：35-38.

[13]劉瑞婷.城市平面正交交叉口信號配時模型研究[D].南京：南京林業大學，2008.

[14]鄭長江.行人過街信號與交叉口信號聯動控制方法研究[D].南京：東南大學，2006.