某路口交通信号灯设计

吴俊

摘要：由于高校作业时间的特殊性以及人口的密集性，高校路口红绿灯的设计带有潮汐特性，但针对高校路口红绿灯的研究并不多。基于此，通过调研得出，高校路口红绿灯应分为高峰时段和普通时段两个时间段，运用韦伯斯特配时法分别进行配时，得出信号灯时间，并运用Vissim软件进行仿真，验证信号灯设计的合理性和必要性。

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.

关键词：丁字路口;红绿灯;韦伯斯特配时法;Vissim仿真

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

中图分类号：U665.16                                    文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）26-0221-03

0  引言

由于高校的特殊性，交通情况显得复杂，路口通行的车辆受学校作息时间支配，并且该方向的车流和东西向直行的车流之间存在多个冲突点，因而需要交通信号灯来调节交通状况。

国内外关于交通方面的研究很多，在所有类型的交通事故中，岔路口追尾是发生次数最多的[1]，因而交通信号灯至关重要，但交通信号灯又使得汽車在岔路口处的通行速度极大降低[2]，所以必须进行合理的信号灯设计。关于信号灯配时的研究主要在三个方面，首先是对控制系统进行研究，王英辉[3]利用单片机技术设计出智能红绿灯系统，崔守娟[4]设计了基于MCGS的交通信号灯模拟控制系统;其次是针对优化算法的研究，包括韦伯斯特配时法[5]、HCM配时法等经典算法，王柏淇[6]开创了独特的计算方法，取得了良好效果的;还有学者利用各种仿真软件进行交通信号灯模拟，胡海波[7]运用Vissim软件进行交通信号灯设计。

1  路口现状

1.1 路口简介

本文的研究对象是霍里山大道与其北侧的安徽工业大学东校区西门连接而形成的丁字路口通过实际调研得出该路口在四个时间段车流量明显增加，且不稳定，其余时间车流量相对较少，但比较稳定。为研究方便，将这四个时间段称作高峰时段，其余时间称作普通时段。高峰时段为8：00-9：00;12：00-13：00;14：30-15：30;17：30-18：30。

该路口情况如图1所示，为研究方便，本文设定了路口各个位置的名称。

1.2 数据调研

通过前期调研发现，高峰时段通过主干道1和主干道2停止线的车流量分别为1500辆/小时和1350辆/小时，通过辅道1和辅道2的车辆都约为500辆/小时，出西门的车辆约为480辆左右。本文分别选取高峰时段中的一个小时和普通时段一个小时收集数据，其中高峰时段选取17：30-18：30，普通时段选取15：30-16：30，由于一天的数据难以具有代表性，选取三天数据的平均值进行红绿灯设计。

该路口参数为：车道宽度3.25米;辅道宽度3.5米;禁止变道车道长度48米;主干道1左转转弯半径20;主干道2右转转弯半径10;交叉口宽度50米;车辆运行速度13.9米/秒。

该路口车辆类型较多，在计算过程中无法将每种车辆都带入计算，需要按照一定的比例[8]将不同类型的车辆全部转化为小汽车，再以小汽车的数据进行计算。转化比例为：1辆摩托车=0.5辆小汽车;1辆普通载货车=0.5辆小汽车;1辆大型货车=0.5辆小汽车;1辆客车=0.5辆小汽车。

据此得车流量数据如表1所示。

2  信号灯设计

本文选取韦伯斯特配时法[9]进行信号灯设计具体设计过程如下。

2.1 根据路口现状确定该路口为两相位，相位设置如图2。

2.2 计算总损失时间之和

I为绿灯间隔时间，绿灯间隔时间由公式[10]计算所得：

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

2.3 流量比计算

饱和流量的计算方法很多，本文根据修正的饱和流量算法[12]计算，流量比即车流量和饱和流量的比值，经过计算得：

2.3.1 高峰时段

第一相位流量比：y1=0.407;

第二相位流量比：y2=0.246。

总流量比：Y=y1+y2=0.653

2.3.2 普通时段

第一相位流量比：y1=0.318;

第二相位流量比：y2=0.095。

总流量比：Y=y1+y2=0.318+0.095=0.413

2.4 信号周期及绿灯时间计算

2.4.1 高峰时段

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

总绿灯时间为（L根据四舍五入的方法取15s）：

C=78-15=63s

第一相位绿灯时间为：g1=0.407÷0.653×63=38.91≈39s

第二相位绿灯时间为：g2=0.246÷0.653×63=23.52≈24s

各相位信号灯时间如表3所示。

2.4.2 普通时段

C=（1.5L+5）/（1-Y）=46s

总绿灯时间为（L根据四舍五入的方法取15s）：

G=46-15=31s

第一相位绿灯时间为：g1=0.318÷0.413×31=25.94≈24s

第二相位绿灯时间为：g2=0.095÷0.413×31=7.13≈7s

第二相位绿灯时间只有7秒，数据不合理，说明对普通时段的红绿灯设计不合理。由表2可以看出，在普通时段主干道1和主干道2上的直行的车辆较多，而主干道1和辅道1上左转的车辆较少，对交通的影响并不是很大，所以可以不设置信号灯。

综上所述，该路口高峰时段需要设置交通信号灯，信号灯时间如表3所示，普通时段不需要设置信号灯。高峰时段信号灯交替关系为：第一相位绿灯亮39秒，在39秒的绿灯时间结束之后有3秒的黄灯时间，这时第二相位是红灯时间，3秒黄灯结束第一相位变成红灯时间，这时第二相位仍然是红灯时间，第一相位红灯持续4.5秒后第二相位变成绿灯时间，第一相位仍然是红灯，并且第二相位的绿灯时间持续24秒，在24秒的绿灯时间结束之后有3秒的黄灯时间，这时第一相位还是红灯时间，3秒黄灯结束第二相位变成红灯时间，这时第一相位依然是红灯时间，第二相位红灯持续4.5秒后第一相位变成绿灯时间。

其相位关系如图3所示，图中阴影部分各个图样表示的灯色如下：

2.5 人行横道信号灯设计

因为该路口高峰时段设有交通信号灯，所以必须设置人行横道信号燈。由于该路口通行的行人和非机动车很少，只需要一条人行横道。在本文设计的交通信号灯中，第二相位是主干道1和辅道1的车辆左拐，这时通过路口的车辆与主干道2旁的人行横道上的行人之间不存在冲突点，所以删掉另一条人行横道。行人过街的最短绿灯时间由公式[13]计算所得：

Omin=7+26÷1.2-7.5=21.17s<24s

24秒为第二相位绿灯时间，可将人行横道绿灯时间设置为24秒，24秒结束后还有7.5秒时间才到第一相位绿灯时间，足够清空路面。且人行横道绿灯时间为54秒，而中国行人可以忍受[14]的最长红灯时间是60秒，说明红灯时间合理。

3  交通仿真

运用Vissim软件进行仿真，输入车流量数据，创建信号控制机，对高峰时段有无信号灯以及普通时段三种情况进行仿真，并根据排队长度和最长排队长度两种数据来进行分析。

仿真结果如表4所示。

从运行结果来看，因为有让行规则，所以高峰时段无信号灯时部分路段排队长度为0，但其余路段的排队长度很长，很容易形成堵车情况，而有信号灯时的排队长度相对短很多，并且可以在一个信号周期内清空路面，这样就避免了堵车的问题，同时也减小了危险性，所以设计交通信号灯是合理且必要的。而普通时段的排队长度和最大排队长度都很短，甚至比高峰时段有信号灯时的情况还要好，所以不设置信号灯是正确的，设置信号灯反而会造成道路资源的浪费。

4  总结

本文主要针对安徽工业大学西门外的丁字路口交通复杂并且没有信号灯的问题进行分析，运用韦伯斯特配时法为其设计信号灯，再运用Vissim软件进行仿真研究，通过仿真分析得出本文设计的交通信号灯是合理并且必要的。

参考文献：

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[4]崔守娟，周炎，徐凌雲.基于MCGS的交通信号灯模拟控制系统设计[J].农业科技与装备，2018（3）：28-30.

[5]段敬琳.城市交通信号灯动态配时优化算法研究[D].沈阳：沈阳大学，2014.

[6]王柏淇.基于模糊控制算法和蚁群算法在交通信号灯配时方案上的研究[D].吉林大学，2018.

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