哈尔滨征仪路北段干道绿波控制研究

强添纲，安久煜，储江伟

(东北林业大学交通学院，哈尔滨150040)

在城市生活中，交通情况是关乎城市生活质量的命脉，是衡量一个城市规划状况的重要指标。交叉口的交通拥堵问题，一方面，引起平面交叉口的车辆通行能力的下降，从而使车辆延误率有所上升，引起了相应的环境问题，另一方面，某一交叉口的交通堵塞，不仅影响到单个交叉口的交通状况，还会波及到上下游乃至局部路网交通的有效运行［1-3］。在城市道路交通网中，城市交通中干线交通承担着主要的交通载荷，研究城市交通干线交通控制方法，能够有效提高交通干线协调控制的效果［4-6］。

我国的专家学者对协调控制的方法进行了多种研究。谷远利等对近距离交叉口协调控制的相位差优化建立了优化模型以及对其进行了仿真［7］。杨晓芳考虑排队长度建立模型的同时加入左转车流排队约束［8］。卢凯以总延误及停车次数为目标设计了协调控制的优化模型［9］。郭海锋通过动态监控利用累计惩罚分值确定关键交叉口，重新对协调控制进行了评价［10］。施夏对重庆市学府大道进行了绿波控制的设计并指出其对于干道交通状况有明显的改善［11］。马囡囡对盐城市建军路进行了单项绿波控制的设计，但是并没有进行仿真，只进行了交叉口通行能力以及延误的计算［12］。刘东研究近距离交叉口的协调控制并获得了配时时该注意的问题［13］。苏志忠提出了考虑新因素的双向绿波设计方法，并进行了实地验证［14］。

征仪路作为哈尔滨一条主要干线道路，承担了平房区与市区间较大的交通负荷。征仪路上的信号协调控制是哈尔滨交通控制中一种控制方式，也是哈尔滨交通区域协调控制的基础。城市交通拥堵已成为制约哈尔滨市经济和社会发展的“瓶颈”，征仪路作为一条重要的交通干线，进行信号交叉口协调控制能够有效地缓解这一段路上的交通拥堵状况，由于干线协调控制是面控制系统的一种简化形式，因而局部地应用线控协调技术，有利于从点控方式过渡到线控方式［15-16］，为之后进行区域面控制系统创造条件，能够有效缓解哈尔滨市的交通拥堵状况，解决哈尔滨市居民出行困难的同时也有利于哈尔滨市经济和社会的发展。

1 研究路段现状

1．1 道路位置及概况

本文研究的路段是哈尔滨市征仪路北段。征仪路作为哈尔滨市平房区到市区的一条主要干道，该路段上的车流主要驶向东、西大直街、和平路等城市主要交通干道。该路段位于哈尔滨市南岗区，周围紧邻东北林业大学、黑龙江大学、哈尔滨学院、动力小学、哈达小学等学校，附近的主要街道有文昌街、哈平路和三大动力路等，毗邻黑龙江省森林植物园，承担着较大的交通流。哈尔滨市征仪路北段附近主要街道如图1所示。图中所做标记为征仪路北段三个主要交叉口。

征仪路北段有3个信号交叉口，其位置关系如图2所示。

学府三道街与学府四道街交叉口间距为843 m，学府四道街交叉口与保健路交叉口间距为762 m。

1．2 相位调查

交通系统中的相位主要在交通交叉口出现。相位是指通行权的需求与给予。相位是在一个信号周期内同时获取通行权的一组交通流，一个相位既可以表示机动车的通行权也可以表示行人的通行权，且这两个通行权是一致的［17］。

图1 哈尔滨市征仪路北段附近主要街道示意图Fig．1 The main streets around the north section of Zhengyi road

图2 征仪路北段信号交叉口位置关系Fig．2 Location relationship of the three intersections

哈尔滨市征仪路北段各交叉口的相位设置见表1。

表1 交叉口相位设置Tab．1 Phase setting of signal intersections

1．3 交通流量及车速调查

对征仪路3个交叉口的交通流量调查数据见表2。

表2 交通流量调查表 辆Tab．2 Traffic volume survey of the intersections 辆

为了调查哈尔滨市征仪路北段的汽车的运行速度，作者采用仪器测量法，使用的主要仪器为雷达测速仪，在需要对运行的车辆进行测量，经多次测量，该路段平均车速为42 km/h。

1．4 信号配时现状调查

作者经过调查，征仪路北段三个交叉口现行信号配时控制方案见表3。

表3 三个交叉口配时情况现状 sTab．3 Current signal timing of the intersections s

2 征仪路北段绿波控制配时方案

2．1 设计总流程

绿波控制设计总流程如图3所示。

图3 绿波控制设计总流程Fig．3 The process of green wave design

2．2 绿波控制设计步骤

(1)确定每一交叉口周期时长:对调查的信号交叉口进行单点信号配时优化，确定周期时长:

式中:C为最佳周期时间，s;L为信号总损失时间，s;Y为组成周期的全部信号相位的各个最大流量比之和。

(2)确定关键交叉口:以所需的周期时长最大的信号交叉口为关键交叉口，即保健路与征仪路交叉口为关键交叉口，可以选用此周期时长作为线控系统的备选系统周期时长。

(3)确定线控系统中协调相位的有效绿灯时间及显示绿灯时间:协调相位即是协调方向的相位。各交叉口协调相位必须保持的最小绿灯时间就是关键交叉口协调相位的绿灯显示时间。

式中:gme为关键交叉口协调相位有效绿灯时间，s;gm为关键交叉口协调相位显示绿灯时间，s;Im为关键交叉口绿间隔时间，s;l为启动损失时间，s;Cm为系统周期时长，s;Lm为关键交叉口总损失时间，s;ym，y'm为关键交叉口协调相位两向的流量比;Ym为关键交叉口上最大流量比之和。

(4)确定非关键交叉口非协调相位绿灯时间:非关键交叉口非协调相位交通饱和度在满足实用限值xp(xp取=0．9)时非关键交叉口非协调相位最小有效绿灯时间实用值为:

式中:tEGn1为学府三道街左转的最小有效绿灯时间，s;tEGn2为学府四道街左转的最小有效绿灯时间，s;tGn1为学府三道街左转的显示绿灯时间，s;tGn2为学府四道街左转的最小有效绿灯时间，s;qn为非关键交叉口非协调相位第n相中关键车流的流量，辆/h;Sn为非关键交叉口非协调相位的关键车道的饱和流量，辆/h;xp为非关键交叉口非协调相位交通饱和度在满足实用限值;yn为非关键交叉口非协调相位的关键车流的流量比。

(5)确定非关键交叉口协调相位的绿灯时间:干道协调控制子区内的非关键交叉口，其周期时长采用子区内的公用周期，协调相位的绿灯时间不应短于关键交叉口协调相位的绿灯时间，非协调相位的最小有效绿灯时间确定后，富余有效绿灯时间应该全部调剂给协调相位，以便形成最大绿波带。

式中:tEG1为学府三道街交叉口南北直行的最小有效绿灯时间，s;tEG2为学府四道街交叉口南北直行的最小有效绿灯时间，s;tG1为学府三道街交叉口南北直行的显示绿灯时间，s;tG2为学府四道街交叉口南北直行的最小有效绿灯时间，s;L为非关键交叉口总损失时间，s;k为非关键交叉口非协调相位的相位总数。

(6)相位差计算:拟用图解法来确定此线控系统的相位差。

在图4上作出最后的通过带，算出带速约为40 km/h，带宽58 s，为周期时长的36%。这样的带速接近实际车速，可以稍微缩短周期时长或者不变，在此，本文就最终以如上设计的周期时长以及绿信比。

图4 图解法求相位差Fig．4 Graphic method for time difference

2．3 征仪路北段绿波控制方案

经过上述步骤计算及设计，最后确定的绿波控制方案见表4。

表4 征仪路北段调整后绿波控制方案 sTab．4 The optimized signal timing of the north section of Zhengyi road s

3 设计方案仿真及评价

利用VISSIM软件，对哈尔滨市征仪路北段现行信号控制方案以及进行绿波控制调整后的绿波控制方案进行仿真。

图5为学府三道街与征仪路交叉口交通仿真图，图6为学府四道街与征仪路交叉口交通仿真图，图7为保健路与征仪路交叉口交通仿真图，图8为征仪路北段交通仿真图。

图5 学府三道街与征仪路交叉口交通仿真图Fig．5 The traffic situation simulation of Zhengyi road-Xuefusandao road

图6 学府四道街与征仪路交叉口交通仿真图Fig．6 The traffic situation simulation of Zhengyi road-Xuefusidao road

图7 为保健路与征仪路交叉口交通仿真图Fig．7 The traffic situation simulation of Zhengyi road-Baojian road

利用VISSIM仿真软件征仪路北段以及三个路口分别输入绿波控制前后的信号配时方案并进行了交通状况的仿真，对其路段上进行干道协调控制前后的排队长度以及延误值进行了输出。具体输出数值见表5和表6。

表5 征仪路北段干道绿波控制前后总延误值 sTab．5 The queue length of the north section of Zhengyi road before and after the green wave control s

表6 征仪路北段干道协调控制前后排队长度 sTab．6 The total delay time of the north section of Zhengyi road before and after the green wave control s

4 结术语

本文通过前期大量的调研数据，对哈尔滨市征仪路北段三个交叉路口原来的定时式信号控制进行绿波控制设计，并对其目前交通状况以及干道协调控制后的交通状况进行VISSIM仿真后结果可以看出，进行干道协调控制后的学府三道街南进口平均排队长度减少10 m，最大排队长度减少35 m，北进口平均排队长度减少6 m，最大排队长度减少3 m，学府四道街南进口平均排队长度减少9m，最大排队长度减少64 m，北进口平均排队长度减少12 m，最大排队长度减少7 m，保健路南进口平均排队长度减少1 m，最大排队长度减少1 m，保健路北进口平均排队长度减少3 m，最大排队长度减少60 m。征仪路北段从北到南总延误值减少了38．20%，从南到北总延误值减少了24．93%。学府三道街和学府四道街都是T型交叉口，支道上交通流量较少，进行绿波控制后干道排队长度以及延误值明显的减少，三个路口服务水平由原来的D级提升到现在的C级。该设计方案明显优于目前的控制方案，能够更加明显地缓解征仪路北段的交通拥堵状况。

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