珠海市梅华西路信号协调控制研究

邓志和，李德慧，林 科

(1.广州优控信息科技有限公司，广州 511400;2.北京理工大学珠海学院，珠海 519085)

1 概论

在我国各大城市，城市的交通压力日益凸显，交通拥堵现象更是在“北上广”等一线大城市尤为突出.为了缓解城市交通拥堵等问题，从20世纪60年代以来发达国家就开始进行交通信号控制的研究，而在我国先后有北京、上海、广州等城市开始进行干线交通信号协调控制系统的研究和试验，并开始使用车辆检测器和感应式交通信号控制机，取得了很大的成效.

1.1 各种信号控制方式优缺点

定时式控制方式具有工作稳定可靠，便于与相邻交叉口的交通信号进行协调，但难以适应交通需求的变化;感应式控制方式对车辆随即到达以及交通需求变化较大的情况适应性较强，但是协调性差，设施成本高;自适应控制方式具有较强的实时性和独立性，但控制策略比较复杂，且需要配套相应的检测装置.

1.2 梅华西路交通现状

梅华西路是位于香洲区的东西走向主干道，研究路段东连梅华西路－红山路交叉口，西接梅华西路－明珠北路交叉口，路段周围有市体育中心、政府机关单位和多个住宅小区.随着城市发展，梅华西路交通压力凸显，东西方向交通流量较大，晚高峰交通拥堵现象越来越严重，凤凰山隧道开通后，高峰期西往东方向的车流量明显加大.而进行信号协调控制是提高现有道路通行能力和缓解交通拥堵等问题最有效的方法之一.本文将采用信号协调控制的方法提高现有道路通行能力，缓解交通拥堵.

2 梅华西路的交通现状分析

2.1 梅华西路道路现状

珠海市梅华西路是主城区的主干道，全长约4.0 km，路段基本为双向6车道，交叉口进口道拓宽车道4～6个车道，共有4个信号控制交叉口，各个交叉渠化如图1所示.

图1 梅华西路各个交叉渠化现状

2.2 梅华西路交通量现状

梅华西路各交叉口流量流向以东西方向车流量为主，西进口的车流量变化不大;南北方向车流量相对较小.凤凰山隧道开通后，使西往东方向高峰期车流量明显增大，另外梅华西路－健民路交叉口的总交通流量最大.随着经济的高速发展，城市化进程也逐渐加快，梅华西路的交通量仍有很大的增长趋势.

图2 梅华西路各交叉口高峰小时交通量

2.3 梅华西路信号协调控制现状

通过对现状信号配时分析，梅华西路信号协调控制只做了东往西方向的单向协调控制，带速33.4 km/h，带宽39 s，如图3所示，协调效果有进一步优化的空间.

图3 梅华西路信号协调控制现状

3 梅华西路交叉口信号协调控制方案

本文采用双向信号协调控制.双向信号协调控制，当各交叉口的间距相等时，比较容易实现，当信号交叉口间车辆行驶时间正好是线控系统周期时长一半的整数倍时，协调效果更加理想.交叉口间距不相等时，信号协调控制就较难实现，需要采取折中的方法调整信号协调方案［1］.

3.1 梅华西路交叉口配时方案对比

通过韦伯斯特配时方法计算得到交叉口信号配时方案，考虑梅华西路的高峰小时交通流量等交通情况并参考广州市交通信号控制优化技术经验，选定梅华西路－健民路交叉口为关键交叉口，公共周期时长为180 s，最小绿灯时长为20 s.此外，为了得到更好的信号协调效果，重新设计了梅华西路－健民路交叉口的相位方案.

表1 梅华西路交叉口配时方案对比

3.2 图解法和数解法求时差方案

确定协调线控制系统相邻信号间的时差，有图解法和数解法2种比较实用的方法，在条件允许的情况下，还可以通过结合2种方法对信号协调控制进行调整.

3.2.1 图解法

在时间－距离图上调整协调控制系统的时差，同时调整确定通过带速度.图解法最后得到带速约为42.0 km/h，带宽24 s，周期时长180 s的13.3%，如图4所示.

图4 梅华西路信号协调控制设计方案(图解法)

3.2.2 数解法

设梅华西路东往西方向4个交叉口分别为:A、B、C、D，A、B 交叉口之间距离为875 m，B、C 为 774 m，C、D 为615 m，取有效数字简写为87.5、77.4 和61.5.算得关键交叉口的周期时长为180 s，各交叉口的绿信比经计算列于表3第4行，相应的系统带速暂定为v=11.7 m/s(42 km/h).

1)计算a列

先计算v·c/2=11.7×180/2=1 053(取有效数字105.3)，以105.3±10作为调整，下同为最适当的v·c/2的变动范围，即95.3～115.3，将此范围填入表2的a列内.

若距离理想信号偏大(大于105.3)，则减去一个理想信号的距离.

2)计算a行各列

第1行，a=95.3时，AB交叉口实际间距为87.5，由于交叉口间距小于理想信号间距，则将87.5填入AB之间的一列内.

BC原间距为77.4，则87.5+77.4－95.3=69.6，将69.6填入BC之间的一列内.

其他数据以此类推，数据见表2.

3)计算b列

以a=95.3为例，将实际信号位置与理想信号位置的挪移量按顺序排列(从小到大)，计算各相邻挪移量之差，将此差值之最大者记入b.

a=95.3一行的b值为35.8

4)确定最合适的理想信号位置

由表2可知，当a=113.3时，b=51.6为最大值，即取vC/2=1 133 m时，可以得到最好的系统协调效率.由表2最后一列可得A～C同理想信号的挪移量最大，则理想信号同F间的挪移量为:

也即各实际信号距理想信号的挪移量最大为61.7.

表2 梅华西路交叉口配时方案对比

理想信号距A为617 m，即A前移617 m为第一理想信号，然后依次每1 133 m间距将各理想信号列在各实际信号前.

5)作连续行驶通过带

图5 连续行驶通过带

6)时差

把各交叉口信号配时计算所得的主干道绿信比列入表3的第4行.因实际信号与理想信号位置不一致所造成的绿时损失，以其位置挪移量除以理想信号的间距表示，如A交叉口的绿灯损失时间为617/1 133=54.5%，并列入表3的第5行.

各交叉口的计算绿信比减去其绿灯损失即为各交叉口的有效绿信比，列入表3第6行.交叉口A、C、D的时差为100% －0.5λ%，交叉口B的时差为50% －0.5λ%.计算时差并填入表3最后一行.

表3 计算绿时差

如保持原定周期时长则系统带速应调整为:

通行带和计算最后得到带速约为45 km/h，带宽38 s，周期时长180 s的21.1%，如图6所示.

在实施线控配时方案之前，应该到现场调试方案的效果;在实施之后还应进一步实地验证，通过调查车辆平均延误、平均车速和排队长度等评价指标，对信号协调控制效果进行评价分析.如果协调效果不够理想，要根据现场调查的各项交通数据(即平均车速、干道与支路上的交通流量与流向等)重新计算配时方案，及时调整配时设计［1］.

图6 梅华西路信号协调控制设计方案(数解法)

4 Paramics仿真信号协调控制方案对比分析

4.1 仿真评价思路

根据前期对梅华西路现状的调查，结合Paramics微观交通仿真软件对梅华西路进行模拟仿真分析实际道路交通的情况，仿真评价思路设计见图7.

4.2 建立仿真模型

根据梅华西路道路基础信息和各交叉口协调控制设计方案数据，对梅华西路信号协调控制进行模拟仿真.

图7 仿真评价思路设计图

用图解法和数解法2种方法求得协调线控制系统相邻信号间的时差，以梅华西路－健民路交叉口为关键交叉口，则该交叉口的绝对时差为0 s.

4.3 建立仿真评价指标

通过对信号协调控制备用方案进行多次的模拟仿真，整体分析仿真所得数据，从中获取的车辆平均延误、平均排队时间和平均速度3项数据，作为仿真效果对比评价的主要指标.

表4 时差备用方案 s

4.4 方案仿真评价与对比分析

在进行多次信号控制备用方案仿真的过程中，通过调整交叉口相位配时、相位差等参数得到相对最优的信号协调控制设计方案.根据设计方案仿真结果显示，各评价指标都比现状的仿真效果要好.

4.4.1 车道平均延误

在路段平均延误方面，设计方案仿真总的平均延误1 423.3 s，比现状仿真1 486.3 s减少了4.2%，其中东往西方向设计方案仿真平均延误222.9 s，比现状仿真237 s减少了5.9%，西往东方向设计方案仿真平均延误283.7 s，比现状仿真346.3 s减少了18.1%，主要原因是调整了主干道协调方向的相位配时和相位差，从而减少了车辆平均延误时间.

表5 梅华西路线控方案平均延误对比 s

4.4.2 车辆排队时间

在路段平均排队时间方面，设计方案仿真总的平均排队时间302.7 s，与现状仿真302 s基本相等，东西协调方向的平均排队时间同样也差不多，说明通过调整交叉口相位差和相位配时，使主干道协调方向的排队均衡，利于双向信号协调控制.

表6 平均排队时间对比 s

4.4.3 车道平均速度

在路段平均车速方面，设计方案都比现状要稍有提高，东往西方向仿真速度为38.5 km/h与现状仿真速度38.9 km/h差不多，西往东方向仿真速度为34.6 km/h，比现状仿真 32.6 km/h提高了6.1%，主要原因是调整了交叉口的相位顺序，使得西往东方向协调的带宽增大，从而提高了路段的平均车速.

4.4.4 仿真结果评价

总体来说，通过改进信号配时方案、调整相位差、仿真模型设计等方法，信号协调控制设计方案在仿真分析中得到较好的效果，使交叉口平均延误、平均排队时间和平均速度等各项指标都优于现状控制方案.

表7 梅华西路线控方案仿真结果对比

图8 梅华西路线控仿真设计方案图

5 总结

本文基于研究的内容，对梅华西路协调控制路段展开交通调查与分析，并分析梅华西路交通现状和各个交叉口现状配时方案，计算出信号配时设计方案进行比较，探讨交叉口信号控制的问题.其中技术难点在于信号协调控制方案设计时交叉口绝对相位差的设计调整.在此基础上提出信号协调控制设计方案，经过对梅华西路基础数据的分析后，建立评价体系和微观交通仿真模型，最后通过Paramics进行微观交通仿真，将设计方案仿真效果与现状协调控制方案进行对比分析.结果表明本文提出的信号协调控制设计方案的优化效果明显优于现状的协调控制方案.

［1］吴兵，李晔.交通管理与控制.第4版［M］.北京:人民交通出版社，2009

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