淮上大道与解放路交叉口信号控制方法研究

张斌斌 周宇林 张权 岳彩林 陈家旭

摘 要：以淮上大道与解放路交叉口为研究对象，针对该交叉口存在的交通问题，在充分调研的基础上，以交通流为控制单元，提出相适应的控制策略，并通过灯组自主优化控制算法设计控制预案后应用实施，最后总结应用效果，并对比分析交叉口优化前后的平均车速及平均延误数据，阐明本文提出的控制策略能够明显提高交叉口通行效率，解决交叉口实际问题。该案例为城市信控交叉口的信号控制优化提供了方法指导和借鉴参考。

关键词：信号控制;交通流;灯组自主优化控制算法;控制预案

中图分类号：U491.23;U491.51 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2021.02.048

本文著录格式：张斌斌，周宇林，张权，等.淮上大道与解放路交叉口信号控制方法研究[J].软件，2021，42（02）：154-158

Study on Signal Control Method of Intersection of Huaishang Avenue and Jiefang Road

ZHANG Binbin1， ZHOU Yulin1， ZHANG Quan1， YUE Cailin2， CHEN Jiaxu2

（1.Anhui Keli Information Industry CO.，Ltd.， Hefei  Anhui  230088;

2.Anhui Province Key Laboratory of Intelligent Transportation， Hefei  Anhui  230088）

【Abstract】：Taking the intersection of Huaishang Avenue and Jiefang Road as the research object， aiming at the traffic problems existing in the intersection， based on the full investigation， taking the traffic flow as the control unit， this paper puts forward the appropriate control strategy， designs the control plan through the independent optimization control algorithm of the signal group， and then applies it to the implementation. Finally， it summarizes the application effect， and compares and analyzes the average vehicle load before and after the optimization of the intersection The speed and average delay data show that the control strategy proposed in this paper can significantly improve the traffic efficiency of the intersection and solve the practical problems of the intersection. The case provides method guidance and reference for signal control optimization of urban signalized intersection.

【Key words】：signal control;traffic flow;signal group self optimization control algorithm;control plan

隨着国内经济的发展和城镇化水平的提升，人民消费结构的逐渐升级，汽车保有量不断增长，并呈明显上升的趋势。随之而来的，是城市交通面临的巨大挑战，交通拥堵、安全问题成为常态，也增加了交通管理者的管理成本。道路交叉口作为道路交通网的结点枢纽[1]，解决交叉口问题，是治堵、缓堵、保障交通安全的关键。合理地对交叉口进行信号优化，能够大大地提升道路通行效率，同时，由区域面统筹到交叉口点的控制[2]，是解决区域交通问题的重点。

截至2018年4月底，蚌埠市全市的汽车保有量为35.2万辆，市区汽车保有量为16.4万辆，交通拥堵问题也日益凸显。为交叉口制定匹配的信号控制策略[3]，自然成为交通管理的要点。因此需针对路口本身的特征及问题，探索相适应的交通优化策略与方法[4]。

1淮上大道与解放路交叉口概况

本文研究的对象为淮上大道与解放路交叉口，淮上大道是淮河北岸东西向的商贸、物流轴，解放路是城市重要纵轴。该交叉口是蚌埠市中心与淮上区衔接的重要节点路口，附近有国购广场商圈及众多产业、物流园，早晚高峰有众多车辆通过该路口。且交叉口南侧为淮河大桥，从双向四车道渐变到桥上的双向两车道，形成道路瓶颈，极大降低了整体路口的通行效率。交叉口俯视布置图见图1。

2 淮上大道与解放路交叉口现状分析

通过流量采集数据及路口实际调研，获取现状的配时（表1）及全天各进口交通流量。早高峰（7：30～9：30）期间路口主要车流量集中在南北直行、南口左转和东口左转;晚高峰（17：30～18：20）期间主要车流方向为北口直行、东口左转和西口右转;18：20之后西口右转车辆逐渐减少，主要车流为北口直行和东口左转。

2.1全天现状分析

全天执行的定时方案虽然不会引起拥堵，但定时控制下，信号配时无法根据根据车辆到达情况进行动态调整，因而导致“绿灯空放、绿时不足”等现象频繁发生，增加了路口停车延误，大大降低路口通行效率。例如南进口左转与直行通放情况下，当南进口无放行需求，仍空放绿灯。

2.2早高峰现状分析

早高峰阶段南口左转及直行车流量都较大，只有一条左转车道，形成排队后，排队过长至淮河大桥，导致直行车辆拥积在桥上，无法通过“颈部”进入直行进口车道，在先放直行后放左转的现状路口信号放行规则下，南口直行通行效率受到极大影响。但由于路口施划了左转待转区，先放左转再放直行的放行规则与道路渠化相悖，早高峰交通现状详见图2。

2.3晚高峰现状分析

晚高峰阶段，北进口往主城区的直行车辆较多，同样，由于道路自身条件限制[5]，存在桥梁与道路形成的瓶颈，多车道变成少车道，且下游的主城区内交叉口疏散能力有限，导致南出口出现溢出的现象，东进口左转车辆及西进口右转车辆的不断汇入，更加剧了溢出消散的减缓。溢出现象发生以后波及整个交叉口，四个进口的通行均受到影响。随着时间推移，如拥堵不能有效控制，交通溢出将会逐步扩散到周边多个交叉口，晚高峰交通现状详见图3。

3交通控制策略

3.1全天执行灯组控制

非高峰期间，交叉口整体交通流量不大，但各进口车辆到达具有随机性。利用检测器检测各方向进口车道的实时车辆，并结合感应控制的方法进行信号控制方案设计。传统的感应控制方法，虽然能够很大程度提高绿灯利用率，但固定相位的组合，仍然限制了交叉口通行效率的提升。例如在南北直行放行阶段，南方向直行持续有车辆放行请求，而北方向直行已无车辆，造成北方向的直行绿灯损失。

本文利用基于灯组控制的灯组自主优化控制算法，实现交通流的灵活组合，最大效率地提升交叉口绿灯利用率，减少延误，实时灯组控制流程详见图4。

3.2排队长度控制预案

针对早高峰易出现的交通现象，设计排队长度控制预案，相当于“溢出控制”增加放行方向。在南进口左转车道设置排队检测点，当左转车排队达到检测点，判定左转排队到达“容许排队长度”。南进口左转排队长度控制策略详见图5。

（1）当南进口方向开始放行时，检测到南进口左转车辆排队达到容许排队长度，优先放行南进口左转，并根据实际车流情况，放行与不冲突的交通流，提高绿灯利用率;

（2）当南进口方向开始放行时，检测到南进口左转车辆排队未达到容许排队长度，按原方案交通流放行顺序（先直行）放行，并根据实际车流情况自适应放行;

（3）考虑到各方向存在左转待转区，需保证最后放行交通流包含左转交通流，避免左转待转区车辆滞留造成交叉口安全隐患。

3.3分级溢出控制预案

针对晚高峰易出现的溢出现象，设计分级溢出控制预案，相当于“溢出控制”减少放行方向。晚高峰南出口存在交通拥堵较严重的一种交通状态，即交叉口过饱和状态造成溢出，此时，车辆到达率超过了交叉口的通行能力。本文利用溢出检测器，对溢出进行判定，控制涌入交通流，实现溢出现象的有效控制，同时有利于减缓进入主城区的车辆驶入，缓解主城区道路的交通压力。

南出口设置两处溢出检测：溢出检测位置1和溢出检测位置2，并设置溢出检测器占有率阈值，作为判定溢出的条件，南出口检测器布局详见图6。

（1）当车辆堵塞至溢出检测处1时，对西进口右转和东进口左转车辆进行控制：1）控制西进口右转信号灯为红灯，禁止西进口右转车辆汇入;2）路口不具备诱导屏等提示设备，无法阻止东进口左转车辆进入待转区，假如溢出时完全禁止东进口左转车辆通行，将导致左转待转区等待车辆影响整体交叉口车辆通行。因此，溢出产生时控制东进口左转交通流放行最小绿灯时间。

（2）当车辆堵塞至溢出检测位置2时，对北进口直行车辆进行控制：控制北进口直行信号灯为红灯，禁止北进口直行车辆汇入。

当各溢出检测位置占有率阈值降低到设定值以下，退出相应的溢出控制，溢出控制策略见图7。

4应用实施及效果分析

利用以交通流为控制单元灯组自主优化控制算法，实现交通控制策略的应用。

4.1路口检测器及信号灯布局

如图8所示，表示1号检测器，1～30为机动车检测器，39为排队检测器，40～47為溢出检测器;表示1号信号灯，圆形为机动车灯，编号为1～8和13～16;表示21号信号灯，椭圆为行人信号灯，编号为21～24。实际路口采用微波检测器布设检测点位。

4.2应用效果

（1）该路口全天应用灯组自主优化控制，实现了灯组的灵活组合和优化控制，相位组合不再单一固定，大大降低了绿灯空放的现象的出现，充分利用了绿灯时间，提高了整体交叉口的通行效率。

（2）早高峰南进口左转排队过长情况下，南进口优先放行左转，直行车辆能够顺利进入直行车道，降低了直行绿灯期间车辆离散性，增加了直行绿灯时间的利用率，并有效缓解瓶颈段造成的直行与左转车辆交织造成的拥堵。

（3）晚高峰南出口的溢出现象不再发生。以往发生溢出时，往往交通管理者需要人力进行干预，避免造成路口的锁死性拥堵。溢出控制策略的实施应用，在提高其他交通流通行效率、交叉口整体安全性的同时，也解放了警力。

4.3数据对比分析

为分析路口应用效果，对比分析优化前后的交叉口内平均车速、平均停车百分数和平均延误，如图9。

如表2、表3统计结果可知：

（1）优化后，路口全天平均速度提升了6%，早高峰平均速度提升了3.4%，晚高峰平均速度提升了5.3%;

（2）优化后早高峰平均停车百分数降低7%，平均延误降低10.3%;晚高峰平均停车百分数降低5%，平均延误下降11%;

（3）优化后早高峰南进口平均停车百分数降低16%，平均延误降低了27.8%;晚高峰北进口平均停车百分数上升了8%，平均延误上升了10.7%。

5 结语

针对淮上大道与解放路交叉口制定的交通控制策略，并应用灵活的基于灯组控制的灯组自主优化控制算法进行控制策略的实施，大大提高了该路口的绿灯利用率。并利用排队控制及溢出控制预案的设置，解决了早晚高峰交通流干扰导致的通行效率低以及交通溢出问题。该案例的交通控制策略及应用方法对城市交叉口信号控制优化具有参考价值。

参考文献

[1] 赵启坤，陈延鸿.突破“平面交叉口”瓶颈缓解大中城市道路交通拥堵的路径探析[J].广州市公安管理干部学院学报，2016，26（3）：7-9.

[2] 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.

[3] 姚树申，齐攀.城市交叉口信号控制评价指标浅析[J].科技信息，2009（13）：152-153.

[4] 徐新东，树爱兵，邱红桐.中小城市交通信号控制策略与方法研究[J].综合运输，2018，40（11）：35-39+75.

[5] 何华英.城市道路交通溢出控制方法及其应用[J].指挥信息系统与技术，2018（1）：79-84.