干線綠波協調控制優化研究

摘要 文章以東崗東路七個交叉口為研究對象，首先調研道路現狀，分析路段存在的交通問題；接著通過韋伯斯特（Webster）信號周期算法計算最佳周期，并確定理想的公共周期；然后根據交叉口寬度、兩交叉口路段距離、車輛平均設計時速、主線道路上直行方向各綠燈時長，及協調方向的綠燈開始時間等參數，利用蘭州市信號智能調優系統，優化綠波帶寬度，最終計算出相位差并下發信號機運行；最后通過浮動車法驗證優化策略的改善效果。分析結果表明，優化后行程時間及停車次數有所降低，平均時速有一定提高。

關鍵詞 城市交通控制；交通優化；擁堵緩解；綠波協調

中圖分類號 U491.54 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）07-0021-04

0 引言

隨著城市不斷發展，機動車保有量也不斷增長。截至2023年6月，蘭州市汽車保有量超過127萬輛。現有的路網資源已不能滿足持續增長的交通需求，交通擁堵問題日益凸顯。解決交通擁堵問題，除了從空間上合理配置道路資源，還可以從時間上不斷優化信號配時，降低綠燈損失，設置干線綠波協調，提高車流通行效率。由于主干道交通需求相比其他道路更為顯著，因此，研究主干道干線綠波協調控制優化具有重要意義[1]。

干線協調控制，即對多個路口組成的路段進行“綠波”協調，通過對某條道路上連續幾個交叉口信號燈聯動控制，使車隊的前幾輛車到達其中每個交叉口時剛好遇上綠燈，不用再停車等待，減少停車延誤[2]。

1 路段現狀及存在問題

1.1 路段現狀

東崗東路是東西方向主干道，此次優化子區路段西起東崗東路—嘉峪關北路交叉口，東至東崗東路—甸子街交叉口，路段周邊有東歐國際兒童城、飛天家園、時代偉業、蘭泰小區、五里埔小學、第三十二中學、蘭大一院東崗院區等多處大型交通發生吸引點，通行需求大；交通流組成以小汽車為主，中大型貨運車輛占比次之。該路段轄區全天時段內的東西雙向交通壓力明顯，特別是早晚高峰時段沿線交叉口排隊較長，偶有溢出現象發生。

該次協調優化路段全程3.3 km，沿線共有7個燈控路口，其中東崗東路—拱星墩后街、東崗東路—焦家灣東路兩個交叉口是臨時信號燈，無法聯網協調控制。

1.2 問題分析

（1）路段各交叉口信號燈單獨控制，未進行干線協調，車輛行經路段需多次停車等待紅燈。但由于路段七個路口中，存在兩個路口的信號燈未實現聯控，導致無法在整個路段設置干線綠波協調策略。

（2）時段劃分精細化程度不夠，同一時段內交通流特性發生變化時，易造成綠燈時間不能被有效利用，加劇車流擁堵。

（3）東崗東路—嘉峪關北路交叉口與東崗東路—魚池口路交叉口距離僅245 m，上游排隊車輛多，易導致下游路口車輛溢出。

2 干線協調優化

2.1 控制策略

首先進行子區的劃分。因東崗東路—拱星墩后街交叉口、東崗東路—焦家灣東路交叉口處信號燈無法聯網控制，且東崗東路—焦家灣路與東崗東路—范家灣路兩路口間距超過1.4 km，如整個路段協調可能導致協調效果不好。現將東崗東路（嘉峪關北路至甸子街）路段劃分為東崗東路（嘉峪關北路至焦家灣路）和東崗東路（范家灣路至甸子街）兩個子區分別進行協調控制，以提高路段整體車流通行效率，降低行車延誤，減少行程時間，改善駕乘體驗。

2.2 確定公共周期

2.2.1 計算周期時長

周期時長的確定應考慮延誤、行人過街時間、飽和度上限、交通流量、排隊長度和通行能力等因素。可按韋斯伯特（Webster）延誤最小公式計算最佳周期時長[3]：

式中，C0——周期時長；L——交通信號總損失時間（s）；Y——所有關鍵邏輯燈組流量比之和。

2.2.2 確定公共周期

設置干線綠波協調控制，首先要確定各路口的公共周期，周期過短會導致各方向車流在一個綠燈相位內無法清空，造成車輛排隊，一般選取最大的周期時長作為公共周期，相應的交叉口即為關鍵交叉口。也可參考公式（2）計算理想公共周期[4]：

式中，Cm1——理想公共周期（s）；D——相鄰交叉口間的距離（m）；M——整數倍；V——干線車流通行速度（m/s）。

根據式（1）與式（2），再結合路段交通流實際情況，確定子區東崗東路（嘉峪關北路—焦家灣路）早晚高峰周期130 s，平峰周期120 s，夜間周期80 s；子區東崗東路（范家灣路—甸子街）早晚高峰周期150 s，平峰130 s，夜間周期80 s。

2.3 重點路口優化

2.3.1 東崗東路—嘉峪關北路交叉口

該交叉口原早晚高峰時段都僅有一套配時方案，精細化程度不夠，不完全符合實際交通需求。經過實地調研確認，交叉口北側緊鄰五里埔小學，道路擁堵程度與上下學時間緊密相關；向東245 m就是東崗東路—魚池南口交叉口，兩路口相距較近，路段蓄車能力低，加之上下學時段路邊臨停車輛及大量行人過街的影響，路段通行效率低。因此，需根據接送學生的時間及路口交通壓力特性精細劃分高峰時段并調整信號方案。

原早高峰時段由7：30—9：30調整為7：15—9：00，并根據交通特性劃分為兩段：

（1）早高峰時段1（7：15—8：10），為送學生高峰時段，增加東進口左轉相位綠信比防止東進口車輛排隊溢出，增加東側行人相位綠信比保障行人過街安全。

（2）早高峰時段2（8：10—9：00），東進口左轉壓力相對較小，增加西進口直行相位綠信比，提高西進口通行能力，緩解其交通壓力。

原晚高峰時段由17：00—19：30調整為17：00—19：15，

并根據交通特性劃分為三段：

（1）晚高峰時段1（17：00—17：35），東進口左轉壓力逐漸升高，西進口直行壓力相對較小，增加東進口左轉相位綠信比緩解東進口排隊。

（2）晚高峰時段2（17：35—18：05），為接學生高峰時段，東進口路邊臨停車輛較多，路段通行效率降低，且車輛及行人明顯增多，因此進一步增加東進口左轉相位綠信比防止東進口車輛排隊溢出，增加東側行人相位綠信比保障行人過街安全。

（3）晚高峰時段3（18：05—19：15），東進口左轉壓力減小，西進口直行排隊較長，因此增加西進口直行相位綠信比，加速釋放西進口交通壓力。

2.3.2 東崗東路—甸子街交叉口

該交叉口原早晚高峰時段東西雙向排隊過長，需進一步優化信號方案。經過現場調研及視頻分析，東崗東路—甸子街交叉口緊鄰東崗立交橋，高峰時段東西雙向通勤交通壓力很大。因此，需提高東西雙向直行相位綠信比，增加北進口右轉紅燈時間，消減北右轉與東直行合流沖突，提高直行車輛通行效率。如圖1所示：

2.4 干線協調控制

確定了公共周期后，根據交叉口內兩條停車線間距離、兩交叉口銜接路段長度、路段車輛平均時速、主線道路上直行方向各綠燈時長，以及協調方向的綠燈開始時間，確定綠波協調相位差[5]。該次優化通過信號智能調優系統計算出相位差，與優化后的信號配時方案一并下發至路口信號機執行。

2.4.1 確定東崗東路（嘉峪關北路—焦家灣路）子區相位差

對路段東西雙向進行綠波協調。高峰期間車流量大，主要擁堵原因是周邊學校大量接送學生車輛匯聚，在路邊不規范停車導致道路通行效率降低，雙向協調設計平均時速較低，為35 km/h；平峰路段整體車流量適中，主要優化目的為減少停車次數及行程時間，提升駕乘體驗，雙向協調設計平均時速為45 km/h；夜間低峰路段整體車流量較小，因此在保證行人安全過街時間的前提下，減小信號周期，加快各方向循環，減少車輛等待時間，雙向協調設計平均時速為50 km/h。在信號智能調優系統中輸入相關參數，同時優化調整綠波帶寬度，如圖2所示。最終計算出的相位差見表1。

最后，將計算的相位差結果及優化后的信號方案下發至信號機，干線綠波協調方案開始運行。

2.4.2 確定東崗東路（范家灣路—甸子街）子區相位差

將該子區高峰時間段分別劃分為工作日07：15—09：00、17：00—19：00，非工作日09：00—20：00。

高峰期間車流量大，主要擁堵原因是路口東側緊鄰東崗立交橋，東西雙向跨區通勤交通壓力很大，加之路邊不規范停車，導致道路通行效率降低，東西雙向協調設計平均時速為35 km/h；平峰時段劃分為工作日06：30—07：15、09：00—17：00、19：00—23：00及非工作日06：30—9：00、20：00—23：00，路段整體車流量適中，主要優化目的為提升駕乘體驗，雙向協調設計平均時速為45 km/h；夜間時段劃分為00：00—06：30、23：00—24：00，路段整體車流量較小，在保證行人安全過街時間的情況下，減小信號周期，加快各方向循環，減少車輛等待時間，雙向協調設計平均時速為50 km/h。綠波圖如圖3所示。計算出的相位差見表2。

將計算的相位差結果及優化后的信號方案下發至信號機，運行干線綠波協調方案。

2.4.3 浮動車法分析優化結果

對信號方案優化后，通過浮動車調研方式，收集優化前與優化后的停車次數、行程時間和平均車速數據，以平峰時段為例，巡檢結果對比見表3。

從表3可以看出，優化后停車次數平均下降50%以上，行程時間平均縮短33%以上，平均車速提高達到42.6%，路段整體通行效率大幅提升，出行體驗得到明顯改善。優化前后行程時間曲線如圖4～5所示。

3 結論

該文首先計算出干線協調控制的公共周期并對其進行優化，然后通過信號智能調優系統計算相位差。針對路段存在信號燈不可聯網控制的情況，將干線分為兩個子區分別進行優化，降低了車輛停車延誤，提高了路段通行效率，結果表明該次優化具有一定的現實意義。但該次優化過程仍受路段掉頭車輛及兩側臨停車輛影響，下一步需繼續優化交通渠化，加強交通管理，進一步提升道路交通環境。

參考文獻

[1]徐建閩. 交通管理與控制[M]. 北京：人民交通出版社， 2007.

[2]周紅麗， 張穎. 城市交通過飽和狀態下干線信號控制優化的研究[J]. 智能城市， 2021（5）： 129-130.

[3]宋然子， 姚雪嬌. 城市干線雙向協調優化設計[J]. 山東交通科技， 2023（1）： 123-125.

[4]黃慧瓊， 歐方前. 干線綠波協調控制優化研究[J]. 廣西科技大學學報， 2020（3）： 91-98.

[5]方婷. 城市小間距組合交叉口交通組織優化研究[J]. 運輸經理世界， 2021（18）： 155-158.