区域交叉口信号协调控制与仿真

赵永明

摘 要：城市发展的过程中，城市对交通信号控制的要求也相应提高，单个交叉口的信号控制已经不能满足城市的需求，区域交叉口协调控制可以更好地解决城市中的交通问题。本文对区域交叉口信号进行协调控制，设计出区域信号控制协调方案，通过VISSIM软件进行对比分析，并提出一套信号交叉口感应协调控制的方案，确保系统最优。

关键词：区域交叉口;协调控制;VISSIM;感应控制

0 序言

单个交叉口的交通信号控制往往会影响到相邻交叉口交通运行状况。从系统的角度出发，以区域内所有交叉口作为研究对象，是目前城市交通控制发展的新方向。本文通过区域协调控制原理，对案例区域进行信号协调控制，并使用VISSIM仿真软件进行分析。

1 区域信号控制基本原理

1.1 基本概念

区域信号控制系统的控制对象是城市或某个区域中所有交叉口的交通信号[1]。基本的信号控制类型分为：单点、干线和区域控制。现代的交通控制系统属于多种技术的综合体，它包括车辆检测、信号控制与最优化、数据采集与传输、信息处理与显示、视频监控、交通管理与决策等多个组成部分。

1.2 区域控制分类

区域交通控制系统按其控制方式的不同基本上可分为以下两大类[2]。

（1）方案选择式。根据不同时期的交通流，求解出各种配时方案，存储在中心计算机内，系统运行时按实时采集的交通量数据，选取最适用的配时方案，实施有效的交通控制。

（2）方案形成式。根据实时检测到的交通量数据，在线算出最优控制参数，从而形成适合的配时方案，实时控制信号机变换信号灯。

2 区域交叉口现状协调控制

本文选取一“口”字型路网区域作为区域信号优化控制对象，A交叉口距離B交叉口为600 m，A交叉口距离C交叉口为800 m，B交叉口距离D交叉口为800 m，C交叉口距离D交叉口为600 m，假设道路条件均处于理想状态。根据各个交叉口的流量和尺寸的数据，利用webster法求出各个交叉口延误最小的最佳信号周期[3]，经过求解可得高峰时间内各个交叉口信号周期时长。

各个交叉口均采用相同的相位设计，相位一为东西直行，相位二为东西左转，相位三为南北直行，相位四为南北左转，右转车辆不受信号灯控制，可以一直运行。

3 VISSIM仿真分析

VISSIM的评价参数有以下几个：排队长度、通行能力、延误水平、饱和度、行驶时间等[4]，本文使用行程时间、延误水平和排队长度这三个参数对模型进行评价。

3.1 VISSIM仿真模型

根据交叉口CAD图在VISSIM中建立区域道路网结构模型，为ABCD四个交叉口设置相应的信号控制机，输入相应的信号配时。根据车辆运行轨迹，以C交叉口为起点，设置路径，输入车辆。在模型中检测器，获得评价参数。

3.2 仿真结果分析

仿真模型建立完成后，运行仿真模型，其中仿真时长为600 s，车辆运营速度为40 km/h。

本次仿真过程中，路径总的行程时间为319.5 s，C交叉口行程时间为6.9 s，D交叉口行程时间为7 s，B交叉口行程时间为21.6 s，A交叉口行程时间为5.9 s。车辆在路径上的平均延误时间为91.5 s，下表为各个交叉口的数据。

改善区域的信号协调控制，得到改善后的数据与改善前的数据进行对比分析。改善后的行程时间为226.9 s，C交叉口行程时间为7.5 s，D交叉口行程时间为7.3 s，B交叉口行程时间为6.7 s，A交叉口行程时间为7 s。

对比两次仿真的结果可以看出，改善后的交叉口运营状况得到很大改善，行程时间缩短了30%。

4 全感应信号控制设计

在目标区域的交叉口添加相应的检测器，对目标区域进行全感应信号协调控制。在区域信号协调优化的基础上，结合车辆运行路径，配置以下感应信号控制方案。本次采用全感应信号控制，所有的交叉口的进口道都装有车辆检测线圈，根据各个进口道的服务需求决定信号相位的顺序。全感应信号协调控制适用于相交道路等级相当、交通量相仿且变化较大的交叉口上。当交叉口没有机动车到达时，信号机以定周期方式按最小周期运行[5]。当某一方向有来车时，则对来车方向放行，并判断是否到达最大绿灯时间，进行通行权利的转换。

5 结论

本文通过对区域内的信号交叉口进行协调控制，并对现状交叉口和改善后的交叉口通过VISSIM进行仿真对比分析，得到优化后的区域信号交叉口的行程时间、排队长度与延误水平都得到很大的降低。同时也给提供一套全感应控制流程，确保区域交叉口信号控制系统达到最优。

参考文献：

[1]陈峻，等.交通管理与控制[M]. 北京：人民交通出版社，

2012.8.

[2]胡海涛.基于相位差协调机制的区域交通信号优化控制[D].南京邮电大学，2018.

[3]宋仲仲，林立.基于区域协调控制的信号配时优化与仿真[J].计算机应用，2018（S2）：313-316.

[4]丁喆.基于VISSIM的路网自动生成系统的研究[D].北京工业大学，2009.

[5]林晓辉.基于全感应控制的交叉口信号控制方法与模型[J].现代交通技术，2015（2）：44-46.