预防排队溢出策略在城市经济中的作用

文/陆玉雪 晏永廷 肖海承（.昆明理工大学交通工程学院；.曲靖交通信号配时中心）

一、预防排队溢出策略对城市经济的意义

经济社会的发展带来最直接的社会变化，就是人们之间的信息交流、物质交流呈暴发式增长，出行频率越来越高，出行距离越来越远，货物交流的数量越来越多、速度越来越快，由此造成的后果就是交通越来越堵。城市是人类最集中、经济最活跃、交通最繁忙的地方。城市交通拥堵已成为各国各城市的难题，制约着经济社会的可持续发展。现实生活中经常有这样的情况，一个区域的经济会随着这个区域交通拥堵的加剧而逐渐衰落，交通拥堵与民生息息相关，解决交通问题就是在解决民生问题。道路交叉口是交通的节点，排队溢出又是导致节点不畅的重要原因，解决好排队溢出问题，对提高路口通行能力、保障交通安全和畅通、提高城市经济水平具有重要意义。

交通拥堵不仅会导致经济社会诸项功能的衰退，而且还将引发城市生存环境的持续恶化，成为阻碍发展的“城市顽疾”。交通拥堵给社会整体经济造成了巨额的损失。首先，市民的日常工作效率明显下降。拥堵浪费了大量的有效工作和休息时间，所造成的紧张抑郁情绪也让市民的工作效率大打折扣。以北京为例，在平均每年每人拥堵耗时100个小时的情况下，每年所造成的时间价值损失高达282亿元。在政府投入方面，政府不得不为了缓解拥堵，追加在道路养护和修建方面的投入，拓宽原有道路，新建微循环道路和停车设施等。交通拥堵造成的大气污染问题也需要政府投入巨资治理，并为大气污染所导致的病患支付更多的医疗费用，并追加医院等医疗设施的投入。根据交通运输部发布的数据，交通拥堵带来的直接经济损失相当于每年GDP的5%-8%，高达2500亿元。

随着我国经济的快速发展和人们收入水平的不断提高，全国各地出现了交通拥堵现象。现如今，交通状况已经成为影响经济发展的重要条件。城市交通拥堵对经济的直接影响主要体现在企业内部经济和客户利益两方面，这两方面都与经济相关，一个是对运输相关企业的影响，一个是对消费者的影响。交通状况好，能促进经济的发展，状况不好将制约或阻碍经济的发展，这已经或正在被现实所证实。交通的通畅或拥堵是一个通行的问题，同时在很大程度上又是一个经济和社会问题，必须认真研究并设法解决。因此本文为预防排队溢出导致大面积交通拥堵，对曲靖市麒麟区的交通状况进行调查后根据交叉口排队长度提出一些交通管理策略，促进交通状况良性发展，以推动城市经济的发展。

二、预防排队溢出策略的研究现状

关于交叉口车辆排队长度的研究，早期主要侧重于检测方面的研究。Rourke A[1]为了描述交叉口排队情况和交通拥堵状态，利用在交叉口处的关键位置设置摄像头，记录交叉口车辆运行情况及排队情况，后期通过计算机硬件和图像处理观察交叉口的情况。Fathy M 等[2]通过在交叉口设置摄像头的方法调查交叉口车辆排队长度，提出了有关交通参数检测的两种方法，即车辆检测和车辆排队长度检测。此外，Fathy M 等通过设置边缘检测器对交通数据进行调查，对所调查数据研究后提出了一种全新的交通背景更新和动态阈值选择的方法[3]。

Wunderlich[4]为预测交叉路口稳定流的最大排队长度，提出了基于计算机网络领域的新算法。根据所估计的最大排队长度，对交叉口的信号控制进行调节。该算法可应用于单个交叉口的信号控制问题。其研究结果表明，根据交叉口车辆排队长度对交通信号控制进行调节，其调节可以降低交叉口车辆排队长度，提高交叉口的车辆通行效率。Henry X.Liu 等[5]利用冲击波理论，根据所调查的当前信号控制周期内到达交叉口的车辆数，对未来交叉口车辆排队长度实施预测，其研究结果表明，通过现有交通量预测排队长度精度较高，可以为交通管理部门提供数据依据。Hangfei LIN and Daren LIU[6]利用出租车的GPS定位系统所获得的数据，提取出交叉口车辆排队及过街数据，从而计算交叉口未来的排队长度和通行延误。钱喆[7]利用停车波的传播原理，通过在交叉口处设置线圈检测器调查交叉口的车辆排队数据，基于此数据建立了交叉口绿灯时间结束后两交叉口间的路段滞留的车辆排队模型，和基于现有交叉口的车辆排队长度预测交叉口车辆排队溢出模型，通过分别对两个模型的量化来判断交叉口的交通状况，并验证了该方法的可操作性和合理性。

综上所述，现有研究大部分是建立模型或是利用软件进行仿真，验证模型的可行性，而对于运用到实际案例的少之又少，因此本文基于在云南省曲靖市交通警察支队实习，参与其中真实案例的交通管理调节，通过实时观测交通管理调节前后的优化效果，提出针对中小城市优化效果较为突出的几种策略。

三、基于交叉口排队长度的交通管理调节策略

本文基于对云南省曲靖市麒麟区165个信号控制交叉口进行排队情况调查并根据实时排队长度进行时空一体化交通管理调节。一方面，基于城市道路交通路网的结构，利用道路平面交叉口渠化、标志标线对交通流进行合理分流，缓解各道路交叉口的交通压力，减小排队长度；另一方面，对各道路交叉口基本情况以及全天高峰、平峰、低峰的流量情况进行实地调查，汇集整理相关路口资料，对交叉口的信号配时进行设计并上传SCATS信号机系统运行，利用百度地图结合交叉口视频监控系统实时观测交通拥堵情况，并在SCATS信号机系统上实时动态地对交叉口信号配时方案进行调整，降低交叉口排队长度，避免排队溢出造成交通拥堵，同时保障交叉口安全运营，提高交叉口综合效益。通过道路交通渠化和交通信号配时优化，高效利用好道路时空资源，提高路网的通行效率，以缓解曲靖中心城区不断加剧的交通拥堵现象，为经济社会的可持续发展创造一个良好的道路交通环境。

（一）预防直行排队溢出的交通管理调节策略

交叉口直行溢流是两交叉口间路段上的直行车辆排队长度占据了整个路段甚至溢出到上游交叉口，影响上游交叉口各个方向的车辆通行。为预防交叉口直行排队溢出，提出了以下12个基于排队长度的交通管理调节策略。

（1）压缩绿灯时间策略；（2）延长绿灯时间策略；（3）跳跃相位策略[9]；（4）上游交叉口截流策略；（5）下游交叉口放空策略；（6）绿波协调控制策略；（7）增加进口车道或设置潮汐导向车道策略；（8）畅通出口策略；（9）减少相位数量策略；（10）右转车不受灯控策略；（11）非机动车停车区前置策略；（12）重交通流引导线策略。

（二）绿波协调控制策略案例优化效果分析

以云南省曲靖市麒麟区寥廓南路与文昌街交叉口为案例，对其进行滤波协调控制策略优化其交通问题，过程包括优化前的交通问题调查、针对问题提出相应方案、方案调优及方案评价等，具体交叉口优化方案评价指标如表1所示。

表1 寥廓南路与文昌街交叉口方案评价指标

（1）优化前交通情况

寥廓南路与文昌街优化前存在的问题是早高峰时段北进口排队长度过长，影响上游路口书院路南出口车辆通行。

（2）优化策略

针对寥廓南路与文昌街交叉口北进口排队长度过长问题，结合调查情况，通过将寥廓南路与文昌街路口寥廓南路书院路路口、西关街路口连接为绿波协调路口，以提高路口通行效率，改善寥廓南路与文昌街路口北进口的排队溢出情况。

（3）优化后效果

寥廓南路与文昌街路口、寥廓南路书院路路口、西关街路口链接为协调路口，提高了路口通行效率，改善了寥廓南路与文昌街路口北进口的排队情况。北进口左转绿灯亮起前排队长度降低了42.85%，而直行绿灯亮起前排队长度降低了46.15%。

（三）预防左转排队溢出的交通管理调节策略

交叉口左转溢流，即左转车辆排队长度超过了两交叉口间的路段长度，发生排队溢出到上一个交叉口，影响上一个交叉口各个方向车辆的通行。为预防左转车辆排队溢出，可以在预防直行排队溢出交通管理策略的基础上再提出以下4个交通管理调节策略。

（1）增设左转车道；（2）左转待行区；（3）借对向出口道左转；（4）借本向直行进口道左转。

（四）借对向出口车道左转案例优化效果分析

以云南省曲靖市麒麟区寥廓南路与沿江南路交叉口为案列，对其进行借对向出口车道左转策略优化其交通问题，过程包括优化前的交通问题调查、针对问题提出相应方案、方案调优及方案评价等，具体交叉口优化方案评价指标如表2所示。

表2 寥廓南路与沿江南路交叉口优化方案评价指标

（1）优化前交通状况

早高峰1时段（7:10-7:40）：寥廓南路与沿江南路南进口左转排队溢出到玉带路口，影响玉带路口车辆通行。早高峰2时段（7:40-8:10）：进城方向交通流量增大，同时寥廓南路与玉带路路口西进口左转车流较大，寥廓南路与沿江路东西向直左冲突，导致路口车辆通行缓慢，南进口车辆排队溢出，在玉带路口形成 “交通锁”。早高峰3时段（8:10-9:00）：进城方向交通流量较大，隧道口片区三个路口南进口交通压力较大，沿江南路南进口排队溢出。

（2）优化策略

经观测当前沿江南路南进口一个左转调头车道已经不能满足现有交通量，另外当沿江南路南进口左转调头车道排满车辆时，由沿江南路到玉带路进行调头左转的车辆较少，一个周期有2～3辆车，造成该车道利用率较低。因此将沿江南路出口道的左转调头车道设为可变车道，在沿江南路东西向放行时供南进口车辆左转调头车辆排队，提高车道利用率，缓解南进口排队溢出现象。

（3）优化后效果

在结合时间和空间条件下，对沿江南路口的信号配时方案（相位、相序、配时）和道路渠进行优化后，沿江南路早高峰南进口左转调头车辆在直行左转绿灯结束时，无排队溢出现象，提高了沿江路口、玉带路口的通行效率。南进口左转绿灯亮起前排队长度降低了54.55%，而直行绿灯亮起前排队长度降低了25.00%。

四、结论

城市交通与社会经济相互联系、相互影响，是城市化进程的关键构成，是城市产业布局的关键因素，也是城市社会经济发展的促进剂，因此，交通拥堵的产生和蔓延会对社会经济产生多种影响。本文通过对云南省曲靖市麒麟区的165个信号控制交叉口进行调查，分析了2个实际案例，发现绿波协调控制方案和借道左转方案对预防排队溢出的优化效果较为突出，其可为中小城市交通管理部门提供一个参考，推动城市经济发展。