五家渠市交通信号控制系统可行性改造研究

杨 帅，程振兴，李 智

(1.新疆公安厅交警总队，新疆维吾尔自治区 乌鲁木齐 830000；2.新疆生产建设兵团第六师公安局交通警察支队，新疆维吾尔自治区 五家渠市 831300；3.新疆交通科学研究司法鉴定中心，新疆维吾尔自治区 乌鲁木齐 830000)

1 引 言

五家渠市位于天山北麓，与昌吉市、乌鲁木齐市相接，是新疆维吾尔自治区天山北坡经济腹心地带，也是从乌鲁木齐到古尔班通古特沙漠最近的绿色通道。近年来，五家渠市社会经济稳步发展，机动车保有量增长迅速，城市交通管理控制的供需矛盾进一步凸显。

传统交通信号控制系统虽然可以实现交叉口流量分配，但单点控制模式不能对交通路网进行综合考虑，控制模式较为单一。在某一交叉口产生较大车流量时，容易造成交叉口间的交通混乱现象。本文通过对交通信号控制系统进行改造升级，实现交叉口交通优化控制。从而改善五家渠城市交通发展中存在的部分路口交通秩序混乱、交通设施配备不齐全不规范等问题，预防和减少交通事故，保障人民出行安全和社会稳定。

2 道路交通控制系统

道路交通信号控制系统，是智能交通系统(ITS)在交通管理工作中的基本应用也是城市智能交通控制系统中最直接、最基础的应用系统。完善的智能交通信号控制系统可以实现区域统筹优化控制、关键路口拥堵控制、特殊勤务控制、联网控制。

(1)区域统筹优化控制

城市主干道具有明显潮汐特征，需要结合不同的控制目标和控制模式，实施定周期控制或者拥堵控制，统筹协调路段通行能力、延误水平、停车次数等关键指标，实现交通管控最优化。

(2)关键路口拥堵控制

对产生拥堵的道路交叉口，需要利用瓶颈控制的方法，在拥堵路段上游进行信号配时调节和通行疏导，控制驶入的车流量，在拥堵路段下游相应增大通行能力，快速疏解交通。

(3)特殊勤务控制

针对特殊勤务，需要利用智能勤务控制功能，保障勤务车队通行优先；同时，相关交叉口应预留足够的路口清空时间，保障相交方向的交通安全；引入视频监控，实时判断路口特勤执行时间和接触时间，有效提高现场执法效率。

(4)联网控制

交通信号联网控制以单个交叉口信号控制为基础，在独立控制的基础上，通过统一的智能交通管控平台实现与城市所有交叉口信号灯进行统一协调控制。

3 五家渠交通量预测

本文根据OD调查及对五家渠交通量调查结果，在路网现状及规划的基础上，采用“拟合回归法”预测五家渠市的交通流量。综合考虑趋势交通量、诱增交通量和转移交通量，包括对未来交通增长趋势、城市发展建设及不同交通方式间的转换进行分析。

根据调研，截止2018年12月中旬五家渠市机动车保有量20 937辆，非机动车(电动车)保有量约21 000辆(其中在册7 432辆)，注册机动车驾驶人52 230人。目前，市区道路交通比较通畅，早晚高峰尚未出现严重拥堵路段。

结合五家渠市历年经济和人口规模、机动车保有量及主要城市主干道交通量增长情况，预计2020年五家渠市机动车保有量接近3万辆，小城市日均机动化出行次数按2次/日，考虑过境及外埠车辆通行需要，预测五家渠城市道路机动车出行总量将达到6万pcu/日以上。

4 现存问题

(1)既有信号控制设施陈旧，部分路口依然在沿用20世纪80年代安装的信号灯及控制设施。信号控制机柜表面锈蚀、变形，不能实现密封防水的要求，机柜内电源及信号线束陈旧、搭放混乱、接口老化，容易受恶劣天气或周边环境，如暴雨、路面净化、绿化洒水的影响，存在盗窃、漏电等安全隐患。

(2)重点城市道路交叉口信号控制设施厂家、型号、防水性、工作温度及通信接口及其它技术参数标准不统一，一些交叉口非机动车、行人通行信号灯缺失或失灵，不利于建立城市交通控制信息平台。

(3)部分交叉口通行管控设施不完备、缺少信号控制，路口渠化不足，交通高峰期机非混行严重，容易导致交通安全事故；一些路段标志标线旧损或缺失，机动车辆随意停放、占道停放现象多发。

5 项目改造方案

5.1 基建方面

为了进一步聚焦重点、破解关键难题，规范区域交通秩序，提升城市形象，结合五家渠市城市道路交通实际，本文选择将交通影响较大、交通问题较为突出的人民路、军垦路、长征街、长安街等城市主干路，以及枣园街、学苑路等次干路沿线及周边重点交叉口进行工程建设和改造。经调查统计，符合本项目新建要求的交叉口共17处，符合改建要求的交叉口共17处，总计需建设34处。

新建信号灯设施的交叉口：采用集中协调式信号机；有独立左转车道时，设计左转信号灯；交叉口有人行横道线时，设计人行信号灯；渠化路口，采用双侧立杆设置信号灯。

改造信号灯设施的交叉口：原有单点式信号机更换为集中协调式信号机；有独立左转车道时，设计左转信号灯；交叉口有人行横道线时，设计人行信号灯；尽量利用原有的立杆及信号灯。

交叉口信号灯一般由机动车信号灯、非机动车信号灯、人行信号灯组成。所有灯控交叉口必须设置机动车信号灯，可以设置非机动车信号灯和人行信号灯。典型十字型交叉口信号灯和T字型交叉口信号灯布设方式如图1、图2所示。

图1 典型交叉口信号灯平面布置图(十字型)

图2 典型交叉口信号灯平面布置图(T字型)

5.2 交通信号控制系统改造

传统的交通信号控制系统采用单点控制模式，并配合人力信号配时调节。控制方式单一、控制方案死板，在交通流高峰时期只对单一交叉口控制容易造成多个交叉口混乱。对信号系统的改造采用了集中协调式智能信号机，以固定信号配时方案、单点控制为基础，接入交通管理指挥中心信号控制平台，为实现联网控制打下了基础。实现了基于交通流量分析和视频监测的多种优化调节控制方式，并针对特殊车辆、勤务、警卫任务建立临时管控方案。

交通信号控制系统是交通指挥中心采集交通数据、控制交通流的核心子系统，通过自动优化交通信号灯配时方案，减少交叉口车辆拥堵和延误，充分发挥交通信号控制系统的调控作用。

(1)系统结构

基于对五家渠市现行城市路网布局及交通流特征分析，本文采用“强调单点交叉口和干线(绿波带)的战术控制(中心弱干预)”与“强调中心(区域)网络的战略控制(中心强干预)”相结合的架构思路。交通信号控制系统采用三级分布式系统结构框架，即单点路口级信号控制系统、区域(子区)级信号控制系统和中心网络级信号控制系统。通过路口控制级、区域控制级、中心控制级逐层传递，将信号机及检测器采集交叉口实施交通数据分析转化为交通信息，从而对交叉口信号机进行数据分配，以调整配时方案，自主控制各入口灯色变换。

(2)网络架构

改造的智能交通信号控制系统主要由交通信号中心控制中心、智能交通信号控制机、通信网络三部分组成。信号控制机负责现场交通信号的处理和实施上层控制命令的功能；交通信号控制系统中心完成交通信号的控制、管理与优化。交通信号控制系统的网络架构主要包括信号部分及通信部分，其中信号服务器及客户端安装于计划的指挥中心，主要用于监视和修改路口控制参数等；通信部分主要包括光端机和通信网络，本文设计各路口采用光端机与中心设备相连，通信接口采用RJ45口。

6 总 结

通过对现有信号控制系统单一控制方式的改造，改造后的交通信号控制系统具有路口信号机实时监测功能，系统能够实时获得路口信号机的状态信息，包含检测器检测到的车辆信息，如流量、车速、占有率等检测器信息、信号机的工作状态的故障信息、控制点信号灯的灯色状态的信号灯灯色信息、及信号机特征参数及时间信息。通过这些信息，智能交通信号控制系统可以实现绿波带设置功能，实现整个控制子区的最优化控制，各交叉口运行状况达到整体最优化。