周 君

（淮陰工學(xué)院交通工程系 淮安 223003）

城市主干道是城市交通的主要承擔(dān)者，主干道上的交叉口成為干道交通通行能力的瓶頸，將干道上若干個(gè)交叉口的交通信號(hào)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制，可以大大提高干道交通通行能力.城市干道協(xié)調(diào)控制的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法通常有2種：圖解法，數(shù)解法.圖解法是在時(shí)間－距離圖上通過(guò)幾何的方法來(lái)得到近似解；而數(shù)解法則是通過(guò)尋找使得系統(tǒng)中各實(shí)際信號(hào)距離理想信號(hào)的最大挪移量最小的相位差來(lái)獲得最優(yōu)控制方案［1］.這2種方法原理簡(jiǎn)單，使用較廣.自20世紀(jì)末以來(lái)有很多學(xué)者提出改進(jìn)的基于解析模型的交叉口干道協(xié)調(diào)控制及其求解方法，其中最著名的是J.D.C.Little［2］提出的Maxband協(xié)調(diào)控制模型，對(duì)給定周期時(shí)長(zhǎng)、綠信比、信號(hào)間距和連續(xù)行車速優(yōu)化相位差以獲得最大帶寬，并提出了混合整數(shù)線性規(guī)劃求解方法；Gartner［3］等人在基于 Maxband的基礎(chǔ)上研究了Multiband模型，克服了Maxband帶寬不變的不足，其帶寬與交通需求變化相對(duì)應(yīng).

1 交叉口簡(jiǎn)介以及信號(hào)相位的選擇

信號(hào)協(xié)調(diào)控制的交叉口位于淮海南路水門橋到新民西路之間的4個(gè)交叉口，見(jiàn)圖1.

圖1中與淮海南路相交的都是支路或次干路，因?yàn)榕c淮海南路交叉的道路上交通流量較小所以都采用三相位的信號(hào)控制方式，其中第一相位表示淮海南路直行放行相位，第二相位為淮海南路左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)放行相位，第三相位為與淮海南路相交叉道路直行、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)放行相位.

圖1 淮海南路交叉口簡(jiǎn)介圖

2 信號(hào)協(xié)調(diào)控制交叉口信號(hào)配時(shí)

在信號(hào)協(xié)調(diào)控制中，首先要進(jìn)行配時(shí)方案的計(jì)算，計(jì)算備用配時(shí)方案，步驟如下［4］.

1）根據(jù)每一交叉口的平面布局及計(jì)算交通量，按單點(diǎn)定時(shí)控制的配時(shí)方法，確定每一交叉口所需的周期時(shí)長(zhǎng).

2）以所需的周期時(shí)長(zhǎng)最大的交叉口為關(guān)鍵交叉口，以此周期時(shí)長(zhǎng)為線控系統(tǒng)的備選系統(tǒng)周期時(shí)長(zhǎng).

3）以各交叉口所需的周期時(shí)長(zhǎng)并根據(jù)主次道路的流量比，計(jì)算各交叉口各相位的綠信比及顯示綠燈時(shí)間.

上步算得的關(guān)鍵交叉口上主干道相位顯示綠燈時(shí)間，就是各交叉口上對(duì)干道方向所必須保持的最小綠燈長(zhǎng)度.顯示綠燈時(shí)間和有效綠燈時(shí)間.

2.1 各交叉口單點(diǎn)信號(hào)配時(shí)

采用Webster法進(jìn)行單點(diǎn)信號(hào)配時(shí)，其各交叉口的單點(diǎn)配時(shí)見(jiàn)表1.

表1 各個(gè)交叉口的信號(hào)配時(shí)方案

表1中因?yàn)锽路口是淮海南路與東大街與西大街的交叉口，東西方向雖然車流量很小，幾乎可以忽略不計(jì)，但是人流量卻非常大，因此，在協(xié)調(diào)控制時(shí)根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，東西方向必須保持每周期15s以上的綠燈時(shí)間以利于行人的通行.

2.2 交通信號(hào)協(xié)調(diào)控制配時(shí)方案［5－6］

將表1中最大的信號(hào)周期65s作為系統(tǒng)周期，根據(jù)各相位流量比確定各相位的綠燈時(shí)間，則各個(gè)交叉口的協(xié)調(diào)信號(hào)配時(shí)方案如表2和表3.

表2 協(xié)調(diào)控制信號(hào)配時(shí)方案

3 數(shù)解法求解協(xié)調(diào)控制信號(hào)相位差

淮海南路的4個(gè)交叉口設(shè)為A，B，C，D，其代表的具體交叉口及各交叉口之間的距離見(jiàn)圖1，將A－D中各交叉口的距離寫在表3第二行，并取距離的有效數(shù)字，如A－B距離270m寫成27.已得到系統(tǒng)周期為65s，城市中車輛的速度一般為40km／h，則將系統(tǒng)速度暫定為v＝11m／s（40km／h）.

3.1 數(shù)解法計(jì)算結(jié)果

數(shù)解法計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3.

表3 數(shù)解法確定各交叉口信號(hào)時(shí)差

在表3中，以a＝40行為例，將實(shí)際信號(hào)位置與理想信號(hào)位置的挪移量，按順序排列（從小到大）并計(jì)算各相鄰挪移量之差，將此值最大者計(jì)入b列，a＝27一行的b值為21，計(jì)算方法如表4.

表4 實(shí)際信號(hào)位置與理想信號(hào)位置的挪移量

以此類推，計(jì)算a＝25～45各行的b值.

3.2 確定合適的理想信號(hào)位置

由表3知，當(dāng)a＝40，b＝21為最大值，取b為最大值時(shí)對(duì)應(yīng)的a的值，即可得A－D各信號(hào)到理想信號(hào)的挪移量最小，即當(dāng)vC／2＝400m時(shí)，可以得到最好的系統(tǒng)協(xié)調(diào)效率，如圖2所示，圖上C，D距離理想信號(hào)間的挪移差最大為210m.則理想信號(hào)同C的挪移量最大為

即各實(shí)際信號(hào)距理想信號(hào)的挪移量最大是95m.

理想信號(hào)距A為65m，A后移65m即為理想信號(hào)的位置，然后依次按每400m間距將各理想信號(hào)列在各實(shí)際信號(hào)間，如圖2所示.

3.3 求信號(hào)起始時(shí)差［7－11］

從圖2可以看出，合用一個(gè)理想信號(hào)的左、右相鄰實(shí)際信號(hào)間，用同步式協(xié)調(diào)；其他各實(shí)際信號(hào)間都用交互式協(xié)調(diào)，因此，每隔一個(gè)理想信號(hào)的實(shí)際信號(hào)間又是同步式協(xié)調(diào).此時(shí)，凡是奇數(shù)理想信號(hào)相應(yīng)的實(shí)際信號(hào)間為同步式協(xié)調(diào)；而偶數(shù)理想信號(hào)相應(yīng)的實(shí)際信號(hào)間為交互式協(xié)調(diào).因此，相應(yīng)于奇數(shù)理想信號(hào)的實(shí)際信號(hào)的時(shí)差為100%～0.5λ%（例如，表5中第7行A交叉口相應(yīng)的是理想信號(hào)①，屬于奇數(shù)理想信號(hào)，那么它的時(shí)差為100%～0.5×53.8%＝73.1%）；相應(yīng)于偶數(shù)理想信號(hào)的實(shí)際信號(hào)的時(shí)差為50%～0.5λ%（例如，表5中第7行B交叉口相應(yīng)的是理想信號(hào)②，屬于偶數(shù)理想信號(hào)，那么它的時(shí)差為50%～0.5×47.7% ＝26.2%）.與理想信號(hào)相位差等于周期與各個(gè)綠時(shí)差的乘積，其結(jié)果如表5中第8行所示.如果保持原定的周期時(shí)長(zhǎng)，則系統(tǒng)帶速必須調(diào)整為：v＝2s／C＝2×400／65＝12.3m／s＝44 km／h.

表5 計(jì)算綠時(shí)差

根據(jù)表5中的數(shù)據(jù)，用CAD繪圖軟件畫出用數(shù)解法求出的交通信號(hào)相位差時(shí)空分布圖，如圖3所示.

圖3 數(shù)解法計(jì)算所得時(shí)空?qǐng)D

4 協(xié)調(diào)控制方案和現(xiàn)行方案的仿真對(duì)比

用vissim軟件進(jìn)行仿真得到本文控制方案與現(xiàn)行控制方案的優(yōu)劣對(duì)比，見(jiàn)表6、圖4.

表6 各進(jìn)口道現(xiàn)行控制方案與本文信號(hào)協(xié)調(diào)控制方仿真情況對(duì)比

圖4 2個(gè)方案路網(wǎng)車輛平均車速、平均延誤和平均停車延誤對(duì)比

5 結(jié)束語(yǔ)

本文提出的淮安市淮海南路交通信號(hào)協(xié)調(diào)控制不僅使得淮海南路南北直行方向（協(xié)調(diào)控制方向）的交通運(yùn)行得到改善，而且各個(gè)交叉口以及整個(gè)仿真路段的交通運(yùn)行指標(biāo)也得到了優(yōu)化，從而可以得出不管是從宏觀角度還是微觀層面，本文信號(hào)協(xié)調(diào)控制方案比現(xiàn)行控制方案更為優(yōu)越.從以上表格和圖表中也可以看出，不管是總延誤還是停車延誤或者交叉口停車次數(shù)此協(xié)調(diào)控制方案都比現(xiàn)行控制方案要好，信號(hào)協(xié)調(diào)控制方案極大地改善了交通的運(yùn)行狀況，尤其是淮海南路的主干道的交通運(yùn)行秩序得到質(zhì)的提高.雖然有些支路與淮海南路相交叉的路口的某些進(jìn)口道方向延誤有所增加，但是由于起交通量較小，所以對(duì)大的車輛運(yùn)行秩序沒(méi)有多大影響，從以上直方圖中可以清楚的看出淮海南路實(shí)行信號(hào)協(xié)調(diào)控制方案以后，路網(wǎng)總的行程時(shí)間和停車延誤以及平均停車延誤都下降很多，所以從宏觀層面本文信號(hào)協(xié)調(diào)控制方案也減少了整個(gè)路網(wǎng)的交通擁擠程度.

［1］孫 劍，劉好德，李克平.城市干道交通信號(hào)協(xié)調(diào)控制仿真優(yōu)化［J］.同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2009，37（11）：1 467－1 471.

［2］Little J D C.The synchronization of traffic signals by mixed－integer linear programming［J］.Operations Re－search，1996，14（1）：568－572.

［3］Gartner N H，Stamatiadis C.Progression optimization featuring arterial－and route－based priority signal networks［J］.Intelligent Transportation System，2004，8（2）：77－81.

［4］栗紅強(qiáng).城市交通控制信號(hào)配時(shí)參數(shù)優(yōu)化方法研究［D］.長(zhǎng)春：吉林大學(xué)交通學(xué)院，2004.

［5］宋現(xiàn)敏.交叉口協(xié)調(diào)控制相位差優(yōu)化方法研究［D］.長(zhǎng)春：吉林大學(xué)交通學(xué)院，2005.

［6］吳 震，楊曉光.車道寬度、轉(zhuǎn)彎半徑對(duì)左轉(zhuǎn)飽和流量的影響研究［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)：交通科學(xué)與工程版，2009，33（5）：996－999.

［7］吳 震.基于仿真的干線協(xié)調(diào)控制分析指標(biāo)［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)：交通科學(xué)與工程版，2009，33（2）：349－352.

［8］李瑞敏，陸化普，史其信.基于遺傳算法的交通信號(hào)多層模糊控制模型研究［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)：交通科學(xué)與工程版，2009，33（3）：407－410.

［9］張 本，商 蕾，高孝洪.基于遺傳算法的交叉口信號(hào)配時(shí)多目標(biāo)優(yōu)化［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)：交通科學(xué)與工程版，2010，34（4）：845－848.

［10］馬永光.城市交通干線信號(hào)優(yōu)化控制方法的研究［D］.天津：天津大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，2007.

［11］姜桂艷.道路交通狀態(tài)判別技術(shù)與應(yīng)用［M］.北京：人民交通出版社，2004.