基于实时交通量的动态绿波控制应用

李冲冲，牟 健

（1.常州工业职业技术学院，江苏 常州 213100；2.莱阳市交通运输服务中心，山东 莱阳 265200）

引言

随着我国机动车保有量不断增加，城市化水平不断提高，交通拥堵已经成为一种“城市病”，我国一年因交通拥堵造成的经济损失已经超过2 500亿元［1］，单个交叉口的信号配时优化已不能满足现在的交通需求。因此，以干线道路作为研究对象的城市交通信号绿波优化控制方法已经逐步成为国内外学者的研究重点［2］。然而现有的干线交通信号绿波控制多采用平行等宽的绿波，当交通量发生变化时，可能造成绿波带宽利用率的下降。因此，研究可根据交通量动态变化的双向绿波十分必要［3-4］。以南昌市凤凰北大道为研究对象，实际调查道路几何特征、信号配时方案、交通量和交通流特征，并通过调整交叉口信号配时方案，设计双向感应式动态绿波控制方案。实际行车结果表明该控制方法能够有效改善道路交通运行情况［5］。

1 道路概况

凤凰北大道位于南昌市红谷滩新区东侧，邻近赣江，北起黄河路，南至香江路，呈南北向走势。道路沿线分布着7个信号控制路口，其中黄河路为T型路口，其余为十字路口，地势平坦，无较大起伏。该路段依托新区发展，凤凰北大道-濠江路和凤凰北大道-香江路为关键交叉口。道路北侧的居民住宅区与南侧的江西省人民医院、广场，是该路段交通量来源的重要组成部分。作为一条主干道，凤凰北大道沿线道路条件良好，平峰期交通流稳定，交通流处于相对自由流状态；早晚高峰交通量较大，会出现排队、拥堵等情况。凤凰北大道某进口道日交通量见图1，数据单位时长为5 min。

图1 凤凰北大道某进口道日交通量

2 问题分析

（1）凤凰北大道信号配时方案与流量不匹配：各路口配时未按照路口实际流量进行设计，导致交叉口有空放现象。如凤凰北大道-珠江路路口平峰期时段支路方向92%比例的周期存在绿灯损失时间，平均每周期绿灯损失时间为7.7 s，占总体周期的11.86%。（2）凤凰北大道（香江路-黄河路）已做协调优化，但通行效果不佳，南北通行仍要多次停车。再者，凤凰北大道沿线各路口均安装流量检测器，但利用率不高。

3 优化策略

根据凤凰北大道实际交通状况，将凤凰北大道7个路口作为一个整体进行分析，依据流量分布划分周期与时段，采用感应式动态绿波控制进行优化。动态绿波控制需配置关键相位和非关键相位，在确保最小绿灯时间满足行人安全过街后，通过流量检测器检测车流量。若检测到非关键相位没有车辆通过，将截断绿灯，把剩余的绿灯时间分配给之后的关键相位；如果之后没有关键相位，将会增加到下一个周期的关键相位上，从而增加绿波带宽，减少绿灯损失。动态绿波控制原理见图2。

图2 动态绿波控制原理

在动态绿波控制策略中，公共周期为75 s，平均设计速度为35 km/h。当实际平均车速较低，即车流量与车道占有率变化超过阈值时，触发系统自动调整绿波带与交叉口信号配时。

4 效果评价

在感应式动态绿波协调信号控制策略实施后，凤凰北大道上过境机动车通行效率显著提高。主要体现为干线通行时间减少、干线停车次数减少、停车延误减少、平均速度增加，见图3、图4，利用优化前后一周的交通运行情况进行对比分析。

图3 优化前后平均行程时间对比

图3、图4分析表明：（1）调优后的北向南方向平均行程时间由224 s减少到204.71 s，减少了8.61%；南向北方向平均行程时间由198.71 s减少到185.86 s，减少了6.47%。（2）调优后的北向南方向平均停车次数由1.82次减少到1.02次，减少了43.96%；南向北方向平均停车次数由1.37次减少到0.53次，减少了61.31%。

图4 优化前后平均停车次数对比

从图5可以看出，动态绿波与定周期绿波相比，带宽明显增加，经计算，各支路相位绿灯损失时间均有所减少［6］。

图5 不同绿波带宽

5 结语

随着城市交通拥堵越来越严重，干线绿波控制可以有效缓解拥堵问题，在实际应用中有重要意义。对于大城市而言，单纯的干线绿波协调控制还远远不够，更需要区域路网的协调控制；每条道路的几何特征、交通流量均有所差别，提高控制方法的适应性将是未来研究重点。