平交口信控配时方案的优化与验证

徐文龙，郭杜杜，马倩雯，巴合达吾列提·热阿汗

(新疆大学机械工程学院，新疆　乌鲁木齐　830000)

平交口信控配时方案的优化与验证

徐文龙，郭杜杜，马倩雯，巴合达吾列提·热阿汗

(新疆大学机械工程学院，新疆乌鲁木齐830000)

新疆维吾尔自治区大学生创新创业训练计划项目(10755201400 026)

摘要：单平交口定时信号控制方案是协调控制和线控的基础。文章针对当前的交通特性和环境，对基于TRRL法的平交口信控配时方案进行优化分析，主要对左转专用车道饱和流量的计算及修正系数进行优化，进而影响其配时结果。经实例验证，优化后的方案可明显降低平交口的延误时间，增强平交口的通行效益。

关键词：信号控制；配时；TRRL法；优化

0引言

单点定时信号控制方案主要根据定时信号配时的基本原理，即根据交叉口的道路条件及交叉口各进口道到达交通流的流向与流量来确定定时信号的配时方案。当交通量发展达到一定程度时，使用合理正确的信号控制方案可以有效缓解交通压力，减少交通冲突，提高交叉口的交通效益和安全性。

目前国际上常用的方法主要是英国的TRRL法[1]，但是由于该类方法的提出是在国外的环境和条件下完成的，对于国内平交口尤其是地域特色比较明显的新疆的平交口很难适用，通过TRRL法计算出的配时结果往往与实际使用的配时有较大区别，因此很有必要在当前的交通特性和环境中对TRRL算法的计算进行研究和优化，寻找适合于新疆交通特性的平交口信号灯配时方法。

1基于TRRL法平交口信控配时方案

信号平交口的通行能力与信号灯配时的合理性密切相关，主要反映在车辆的通行时间延误上，而基于TRRL法的平交口信号配时的主要设计参数是最佳信号周期、有效绿灯时间和显示绿灯时间。[2]

1.1　最佳信号周期

最佳周期时长C0是信号控制交叉口上，能使通车效益指标最佳的交通信号周期时长。一般以平交口延误作为交通效益指标，对于信号控制平交口，制定合理正确的周期时长可以有效地提高通行能力和安全性。其主要影响因素有每周期损失总时间L与全部相位的最大流量比之和Y。计算公式为：

(1)

1.2　有效绿灯时间

各相位有效绿灯时间gej是一周期内各相位能够用于以饱和流率通行的时间。由于车辆启动存在一定的损失时间，真正被车辆所利用的绿灯时间并不一定等于信号灯的显示绿灯时间，所以有效绿灯时间更能体现平交口的通行能力和服务水平。其主要影响因素有最佳周期时长C0、每个周期的总损失时间L、第i相位的最大流量比yi与全部相位的最大流量比之和Y。计算公式为：

(2)

1.3　各相位显示绿灯时间

相位显示绿灯时间是一个周期内各个相位实际显示的绿灯时间，即信号灯一个周期各相位显示绿灯的时长。作为实际控制方案，显示绿灯时间是不可缺少的设计参数，其主要影响因素：有效绿灯时间gej、黄灯时间Ai与起动损失时间lj。计算公式为：

gj=gej-Aj+lj

(3)

配时方案需经行人最短绿灯时间验算[3]，满足要求后即为所得方案。

信号配时方案的优化就是对上述主要参数进行优化计算。因此，对平交口交通信号的优化控制有以下几种思路，对信号周期进行优化，对有效绿灯时间(绿信比)进行优化和综合进行优化(包括相位调整、周期调整和绿信比调整)[4]。

2TRRL法的平交口信控配时方案优化

本文主要是对信号周期进行优化，由于有效绿灯时间与最佳周期时长存在一定的关联关系，因此间接起到优化有效绿灯时间作用。信号周期的影响因素主要是每周期损失总时间L与全部相位的最大流量比之和Y。其中，L由车辆的本身特性以及驾驶人特性所决定；Y则由实际交通量与饱和流量所决定，实际交通量由交通调查即可得到，而饱和流量则是通过相关理论方法与实际道路基本条件计算得到，其计算结果的准确性对于Y值的确定有很大影响，进而影响最佳周期时长的合理性。经实际研究发现，设有左转专用车道的平交口其左转校正系数对于最佳周期时长的确定有很大影响，而TRRL法中对于左转校正系数的计算并不适应于疆内部分平交口的设计要求，因此此处主要对左转校正系数的计算方法进行优化与改良，达到优化信控配时，提高交通效益的目的。

2.1　左转校正系数的优化

虽然传统的TRRL法进行定时信号控制的方式已经较为完善，但是其中对于饱和流量的计算仍存在一定问题，尤其是左转专用车道饱和流量中无专用相位时左转校正系数的计算，而对于新疆地区中小型城市而言，多采用两相位信号控制形式，并不设置左转专用相位，且左转交通流通过平交口时，与其他方向交通流产生的冲突较多，对平交口的影响较大，容易引发延误和安全问题，所以，对左转交通流的饱和流量的计算显得尤为重要。

根据TRRL法，左转校正系数主要影响因素有对向直行车道数的影响系数ξ、对向直行车流量qT与绿信比λ。计算公式为[5]：

(4)

该式中ξ、qT的计算均较为易得，但λ的确定有时难以做到，尤其是对于尚未安装过信控设施的新建平交口，绿信比的确定更加困难，因而无法得出左转校正系数，除非采用估算方式，计算将无法继续。且经过一定计算表明，该方法具有一定的局限性，随着对向直行交通流量的增加，在一定的数值范围内，左转校正系数偏小，难以反映真实情况。

通过查阅国内外相关文献资料，得到较为匹配新疆地区中小型城市的左转校正系数，因此，对于单车道左转校正系数定为0.95，双车道定为0.92。如果由于单向街道或者T型交叉口使左转交通流无对向车流，则必须考虑行人干扰，对单车道相应系数值采用0.85，双车道采用0.75。总的左转交通量除以左转专用车道数和左转校正系数的乘积，如果没有左转专用道，则直接输入左转交通量，推算可得，左转校正系数fL计算公式为：

(5)

——n为左转专用车道数。

2.2　左转专用车道饱和流量

通过对左转校正系数的优化，主要使得左转专用车道饱和流量的计算发生如下改变，进而影响到流量比之和Y。左转专用车道饱和流量SL的计算公式如下：

2.2.1有专用相位时

SL=SbL×fW×fg

(6)

式中：SbL——左转专用车道的基本饱和流量；

fW——车道宽度校正系数；

fg——坡度及大车校正系数。

2.2.2无专用相位时

S′L=SbL×fW×fg×fL

(7)

式中：

3实例验证

本文以某一两相位T形平交口为例，根据其高峰时段的交通流、道路基础条件，分别运用传统的TRRL法和改进后的TRRL法进行计算，并对两种计算结果进行仿真，分析两种方案的延误时间。

该平交口高峰时段交通流量如表1所示。

表1高峰时段交通流量表

(单位：pcu/h)

道路基础条件及渠化设计方案如图1所示。

图1　渠化设计方案图

根据高峰小时交通流量数据以及道路基本条件数据，运用传统的TRLL法，得出信号配时方案1，如表2所示。

表2　平交口信号配时方案1数值表

运用改进后的TRLL法方案，得出信号配时方案2如表3所示。

表3　平交口信号配时方案2数值表

通过仿真分别计算两种方案的平交口通行延误，结果如表4所示。

表4　平交口通行延误数值表

通过平交口延误的对比数据可知，采用改进后的TRRL算法得到的信号配时方案2的交叉口通行平均延误是57 s，而采用传统的TRRL算法的信号配时方案1的平均延误是104 s，因此，采用改进后的TRRL算法可明显减少平交口的通行延误。

4结语

本文对TRRL算法进行优化，主要是对左转专用车道饱和流量的计算进行优化，进而影响其配时结果，并实例验证其有效性，得出定时信号控制方案，结果表明优化后的方案明显降低了平交口的延误时间，增强了平交口的通行效益。

参考文献

[1]袁振洲.道路交通管理与控制[M].人民交通出版社，2007.

[2]马万经，聂磊，杨晓光.单点定时信号最优控制模型及仿真分析[J].系统仿真学报，2007(19)：4543-4547.

[3]张楠，韩印，马万达.单个交叉口定时信号控制优化模型与算法研究[J].交通信息与安全，2009(3)：53-55.

[4]张萌萌，贾磊，邹难.单点定时信号配时的多目标优化模型[J].计算机工程，2011(6)：27-29.

[5]张存保，陈超，严新平.基于车路协同的单点信号控制优化方法和模型[J].武汉理工大学学报，2012(10)：74-79.

Optimization and Validation of Flat-intersection Signal Control Timing Program

XU Wen-long，GUO Du-du，MA Qian-wen，Baheda Wulieti·Re A Khan

(School of Mechanical Engineering，Xinjiang University，Urumqi，Xinjiang，830000)

Abstract：Single-flat intersection signal timing control scheme is the basis for coordinated control and remote control.Regarding current traffic characteristics and environment，this article conducted the opti-mization analysis on flat-intersection signal control timing program based on TRRL method，mainly op-timizing the saturation volume calculation and correction factors of dedicated left-turn lanes，thereby af-fecting its timing results.Through practical verification，the optimized solution can significantly reduce the delay time of flat intersections and enhance the passage efficiency of flat intersections.

Key Words：Signal control；Timing；TRRL method；Optimization

收稿日期：2015-01-30

文章编号：1673-4874(2015)02-0062-04

中图分类号：U412.35

文献标识码：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2015.02.016

基金项目

作者简介
徐文龙(1993—)，男，研究方向为交通工程；
郭杜杜(1985—)，女，讲师，硕士，主要从事交通规划、智能交通研究工作。