谈前江工业园区交叉口交通信号控制设计

桂晓东 胡良红

(1.安徽贵池前江工业园管委会，安徽 池州 247100； 2.中国华西工程设计建设有限公司安徽分公司，安徽 合肥 230000)

谈前江工业园区交叉口交通信号控制设计

桂晓东1胡良红2

(1.安徽贵池前江工业园管委会，安徽 池州 247100； 2.中国华西工程设计建设有限公司安徽分公司，安徽 合肥 230000)

以干线交叉口为主要研究对象，对干线交叉口信号控制进行了优化设计，并从排队长度、停车次数、延误时长等方面对优化前后的信号控制方案进行了Vissim仿真，指出优化后的设计能较大程度的缓解交通堵塞等问题。

信号控制，相位，交通仿真

1 信号配时方法与步骤

在城市的道路上，交通信号协调控制又叫“绿波带”控制，是指由一条干线上连续的多个交叉口的交通信号灯共同组成一个信号控制系统，通过系统的联动控制来进行交叉口信号协调控制。目的是为了使行驶到主干线的车辆经过信号交叉口时一路绿灯，从而可以使车辆通畅的通过各个交叉口，避免等待时间，减少延误。当车流在主干线上一系列交叉口的交通信号灯都变成绿色，像极了一条“绿波带”，这就是我们所说的“绿波控制”[1]。

在对主干线系统进行协调控制时，对相位差的选择也显得更为重要。所谓的相位差即为保证干线系统的交通流能通畅的穿过每个交叉路口时，确保车辆在主干线道路上行驶的时间要与抵达下个路口的相位差一样，才能保证整个主线道路的交通流保持流畅，也是在对交通干线协调控制系统中必须考虑的一个重要参数。

一般情况下，干线协调控制方案的设计有如下六个步骤:

1)根据现场调查的实际交通参数计算饱和流量，当干线进口道为n车道时，饱和流量的表达式如下所示：

(1)

由英国的Noah Webster提出的近似最佳周期时长为：

(2)

其中，C0为最佳周期时长,s；Y为各相位最大流量比y之和;L为每个周期的总损失时间,s：

L=∑(l+I-A)

(3)

其中，l，A，I分别为启动损失时间、黄灯时间以及绿灯间隔时间。

2)选取干线交叉口信号周期时长最大的交叉口为关键交叉口。

3)分别计算出各交叉口相位的绿信比和显示绿灯时间。

4)根据式(2)，式(3)计算出有效绿灯时间ge和显示绿灯时间gj：

ge=C0-L

(4)

有效绿灯时间gej由各相位的最大流量比得到，从而得到第j相位的有效绿灯gej：

(5)

第j相位的实际显示绿灯时间由以下公式得出：

gj=Ajgej+lj

(6)

其中，gj，Aj，lj，gej分别为第j相位的实际显示绿灯时间、黄灯时间、启动损失时间以及有效绿灯时间。

5)按步骤3)得出非关键交叉口上次要道路方向显示绿灯时间。

6)当非关键交叉口周期时长小于干线系统的周期时长时，则该交叉口改用系统周期时长，并且绿灯时间选用最小绿灯时间[2]。

如上所述，关键问题是如何合理的调整相位差，直接影响着干线系统的信号控制效果，本文采用图解法调整干线系统的相位差。

2 干线交叉口现状分析

前江大道位于前江工业园区内，是连接园区南北两个园区域的桥梁，对这两个区域的发展作用重大，在交通路网中也发挥着重要作用。随着园区战略地位的凸显以及政府政策的偏移，前江工业园区混合交通压力日益加重，再加上交通管理的缺乏，很容易出现交通拥堵等现象。因此，合理的设计前江大道交叉口信号控制能给园区带来更高的通行效率。本文以前江大道—涌金大道交叉口及相邻的前江大道—宝赛大道交叉口作为研究对象。

为了能准确得到前江大道干线的实时交通流特性，对前江大道与涌金大道、宝赛大道这两个交叉口的早、中、晚等多个时段的交通参数进行现场调查。

考虑到天气因素对交通量的影响，选择天气状况良好一天，用人工计数方法进行交通量调查；对机动车进行分流向的调查；记录交叉口的信号配时情况。具体交通参数见表1，图1～图4。

表1 各交叉口峰值交通量

3 干线交叉口信号线控配时设计

根据前期干线交叉口的现场交通参数的实时调查，计算得出直行、左转、右转车道的饱和流量分别为1 800辆/h，1 200辆/h，1 440辆/h。表2和图5分别为前江大道与宝赛大道高峰小时关键车道交通量以及根据其得出的最佳周期信号配时图。

表2 前江大道与宝赛大道交叉口高峰小时关键车道交通量

根据本文第一节的公式，分别得出最佳信号周期时长C1、交叉口各相位有效绿灯时间和实际显示绿灯时间：

C1=132 s。

ge1=16 s,ge2=41 s,ge3=20 s,ge4=39 s,

g1=18 s,g2=43 s,g3=22 s,g4=41 s。

其中，C1为最佳信号周期时长；ge1，ge2，ge3，ge4分别为南北左转、南北直行、东西左转、东西直行有效绿灯时间；g1，g2，g3，g4分别为南北左转、南北直行、东西左转、东西直行实际显示绿灯时间。

同理可得到前江大道与涌金大道最佳信号周期时长C2、交叉口各相位有效绿灯时间和实际显示绿灯时间：

C2=113 s。

ge1=11 s,ge2=37 s,ge3=26 s,ge4=23 s,

g1=13 s,g2=39 s,g3=28 s,g4=25 s。

由上可知，最佳信号周期时长C1>C2，因此以前江大道与宝赛大道交叉口为关键交叉口，干线系统最佳信号周期时长选用前江大道与宝赛大道交叉口的周期时长C1，干线系统中两个交叉口的周期时差为C1-C2=19 s。

将这周期时差加入前江大道与涌金大道交叉口南北直行的绿灯实际显示时间，即为58 s，对前江大道与涌金大道交叉口的信号配时进行改进得到图6所示配时图。

取干线上行驶的车辆的车速V=40 km/h，经实测两交叉口间距为685 m，可得相位绿时差C=S/V=77 s。由时间—距离图得到前江大道与宝赛大道以及涌金大道的两个交叉口的线控配时图7。

经过线控方案设计，利用Vissim5.3仿真[3]，经过10组每组1 h的仿真运行，得到前江大道与涌金大道交叉口4个相位的仿真结果平均数据如表3所示。

表3 前江大道与涌金大道交叉口4个相位评价指标前后对比

从表3对比中可以看出，经过线控配时设计方案后，前江大道与涌金大道的停车次数、排队长度以及延误时间与优化前相比都得到了很大程度的优化，能较大程度的缓解城市交通拥堵。

4 结语

本文通过前期干线交叉口的现场交通参数的实时调查，计算得出干线系统交叉口的最优配时方案，然后用Vissim仿真软件对优化前后前江大道与涌金大道的配时方案进行仿真，从仿真结果对比可以明显看出：前江大道与涌金大道的停车次数、排队长度以及延误时间与优化前相比都得到了很大程度的优化，可以缓解交通堵塞等交通问题。

[1] 周 力,唐师忠.城市交通干线智能线控系统研究[J].电子科技大学报,2007,36(4):744-747.

[2] 万绪军,陆化普.线控系统中相位差优化模型的研究[J].中国公路学报,2011,14(2)：85-86.

[3] 润 飞,李冬梅.基于Vissim仿真软件的交通组织方案研究[J].现代交通科技,2006(6):61-63.

On design for traffic signal control at crossings of Qianjiang Industrial District

Gui Xiaodong1Hu Lianghong2

(1.AdministrativeCommitteeofQianjiangIndustrialParkofGuichiinAnhui,Chizhou247100,China;2.AnhuiBranch,HuaxiEngineeringDesignandConstructionCo.,Ltd,ofChina,Hefei230000,China)

Taking the crossing section at arteries as the main research object, the paper undertakes the optimal design for the signal control over the crossing section of arteries, has the Vissim simulation for the signal control scheme before and after the optimization from the queue length, parking times, and delayed periods, and points out the latter design can greatly relieve the traffic jams.

signal control, phase, traffic simulation

1009-6825(2015)28-0008-03

2015-07-22

桂晓东(1979- )，男，工程师

U491.51

A