基于绿波控制的道路连续交叉口配时优化

尹衍航，宋新萍

（201600 上海市 上海工程技术大学 机械与汽车工程学院）

0 引言

城市的交通状况与城市的发展息息相关，当城市规划没有预见性，在城市发展到一定程度时，落后的城市规划就会带来交通拥堵的问题，其中，连续交叉口的拥堵状况尤为严重。在不对道路进行重新规划的情况下，优化交通配时就能极大减轻道路的拥堵状况[1]。

针对连续道路交叉口的信号配时问题，目前较为公认的方法就是绿波控制[2]。通过协调相邻路口的信号配时，实现绿波通行，达到快速通行的目的。以日照市济南路为例，在菏泽路、北京路之间的路段交通信号配时存在缺陷，此路段周围环境复杂，有学校和大型商场，高峰时车流量大，交通拥堵情况非常严重。

1 道路数据

1.1 道路基本情况

山东路主路为双向8 道布局，路口处为2 条直行道，一条左转道，一条直行道。所选路段有3 个交叉口，分别与菏泽路、枣庄路、北京路相交，下文将其交叉口简称为交叉口1，交叉口2和交叉口3。其中，菏泽路与北京路相距约420 m，枣庄路与北京路相距约450 m。菏泽路为双向6车道，枣庄路为双向4 车道，北京路为双向8 车道。

1.2 道路车流量

车流量选取某一高峰时间段数据，如表1所示。

表1 高峰时各路口车流量(pcu/h)Tab.1 Traffic flow at each junction during peak hours (pcu/h)

1.3 道路现有信号灯配时方案

各路口现有信号配时相互独立，周期也不相同，如表2—表4 所示。

表2 菏泽路-济南路现行信号配时Tab.2 Current green signal time of Heze Road -Jinan Road

表3 济南路-枣庄路现行信号配时Tab.3 Current green signal time of Jinan Road -Zaozhuang Road

表4 济南路-北京路现行信号配时Tab.4 Current green signal time of Jinan Road -Beijing Road

2 配时优化设计

2.1 确定信号周期

利用Webster 配时方法[3]分别确定每一个交叉口的信号周期

式中：C0——最佳周期时长，s；L——信号周期的总损失时间，s；Y——所有相位最大流量比之和。

式中：l——启动损失时间，s；Ii——第i 相位末的绿灯间隔时间，s；Ai——第i 相位末的红灯间隔时间，s。

式中：qi——第i 相位的最大车流量直行当量值；ST——各进口直行饱和流率值。

经过计算，所选路段3 个交叉口信号周期分别为119，86，142 s。其中第3 个路口信号周期最长，且为关键路口，因此确定系统周期为142 s。

2.2 确定各相位绿灯时间与相位差

首先确定每一个交叉口的有效绿灯时间[4]：

式中：Ge——有效绿灯时间，s；C——系统周期时间，s。

然后，根据各相位交通量比值分配各相位有效绿灯时间

式中：gi——第i 相位有效绿灯时间，s；yi——第i 相位的流量比。

计算后得各路口绿灯时间如表5—表7 所示。

表5 济南路-菏泽路改进后信号配时Tab.5 Green signal time after improvement of Jinan Road -Heze Road

表6 济南路-枣庄路改进后信号配时Tab.6 Green signal time after improvement of Jinan Road -Zaozhuang Road

表7 济南路-北京路改进信号配时Tab.7 Green signal time after improvement of Jinan Road -Beijing Road

最后确定各交叉口的相位差[5]。相位差是决定整个系统控制效果的关键，利用图解法[6]计算，如图1 所示。经过计算，路口3 的相位偏位为0 时，路口2 的相位偏移为42 s，路口1 的相位偏移为62 s 时，道路通行能力最强。

图1 时距图Fig.1 Time interval diagram

3 仿真分析

利用Vissim 软件进行仿真分析，绘制路网，建立道路模型，将道路流量、配时方案、平均车速等基本数据导入模型后进行仿真仿真。

分别将现有交通信号配时方案与改进后的配时方案导入模型进行模拟。

通过Vissim 自带的评估功能，我们分别对2种配时方案下济南路东西道路通行情况进行了评估。本次评估选择延误、行程时间与平均排队长度作为评价指标，评价结果如表8 所示。

对比评估结果可以发现，相对于现有交通配时方案，本文配时方案的各方面指标都优于现有配时方案，通过绿波控制形成的绿波带极大提高了道路的通行效率，有效地减轻了交通拥堵的状况。

表8 改进前后信号配时方案评价结果Tab.8 Evaluation results of signal timing scheme before and after improvement

4 结论

本文从实际出发，发现道路信号控制存在的缺陷，利用绿波控制思想，对整个路段信号配时进行重新设计优化，并用Vissim 软件对设计方案进行仿真模拟，最终确定最优化道路配时方案，解决了道路拥堵和通行效率低下的问题。