徐文龍，郭杜杜，馬倩雯，巴合達(dá)吾列提·熱阿汗

(新疆大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，新疆　烏魯木齊　830000)

平交口信控配時(shí)方案的優(yōu)化與驗(yàn)證

徐文龍，郭杜杜，馬倩雯，巴合達(dá)吾列提·熱阿汗

(新疆大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，新疆烏魯木齊830000)

新疆維吾爾自治區(qū)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(10755201400 026)

摘要：單平交口定時(shí)信號控制方案是協(xié)調(diào)控制和線控的基礎(chǔ)。文章針對當(dāng)前的交通特性和環(huán)境，對基于TRRL法的平交口信控配時(shí)方案進(jìn)行優(yōu)化分析，主要對左轉(zhuǎn)專用車道飽和流量的計(jì)算及修正系數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)而影響其配時(shí)結(jié)果。經(jīng)實(shí)例驗(yàn)證，優(yōu)化后的方案可明顯降低平交口的延誤時(shí)間，增強(qiáng)平交口的通行效益。

關(guān)鍵詞：信號控制；配時(shí)；TRRL法；優(yōu)化

0引言

單點(diǎn)定時(shí)信號控制方案主要根據(jù)定時(shí)信號配時(shí)的基本原理，即根據(jù)交叉口的道路條件及交叉口各進(jìn)口道到達(dá)交通流的流向與流量來確定定時(shí)信號的配時(shí)方案。當(dāng)交通量發(fā)展達(dá)到一定程度時(shí)，使用合理正確的信號控制方案可以有效緩解交通壓力，減少交通沖突，提高交叉口的交通效益和安全性。

目前國際上常用的方法主要是英國的TRRL法[1]，但是由于該類方法的提出是在國外的環(huán)境和條件下完成的，對于國內(nèi)平交口尤其是地域特色比較明顯的新疆的平交口很難適用，通過TRRL法計(jì)算出的配時(shí)結(jié)果往往與實(shí)際使用的配時(shí)有較大區(qū)別，因此很有必要在當(dāng)前的交通特性和環(huán)境中對TRRL算法的計(jì)算進(jìn)行研究和優(yōu)化，尋找適合于新疆交通特性的平交口信號燈配時(shí)方法。

1基于TRRL法平交口信控配時(shí)方案

信號平交口的通行能力與信號燈配時(shí)的合理性密切相關(guān)，主要反映在車輛的通行時(shí)間延誤上，而基于TRRL法的平交口信號配時(shí)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)是最佳信號周期、有效綠燈時(shí)間和顯示綠燈時(shí)間。[2]

1.1　最佳信號周期

最佳周期時(shí)長C0是信號控制交叉口上，能使通車效益指標(biāo)最佳的交通信號周期時(shí)長。一般以平交口延誤作為交通效益指標(biāo)，對于信號控制平交口，制定合理正確的周期時(shí)長可以有效地提高通行能力和安全性。其主要影響因素有每周期損失總時(shí)間L與全部相位的最大流量比之和Y。計(jì)算公式為：

(1)

1.2　有效綠燈時(shí)間

各相位有效綠燈時(shí)間gej是一周期內(nèi)各相位能夠用于以飽和流率通行的時(shí)間。由于車輛啟動存在一定的損失時(shí)間，真正被車輛所利用的綠燈時(shí)間并不一定等于信號燈的顯示綠燈時(shí)間，所以有效綠燈時(shí)間更能體現(xiàn)平交口的通行能力和服務(wù)水平。其主要影響因素有最佳周期時(shí)長C0、每個周期的總損失時(shí)間L、第i相位的最大流量比yi與全部相位的最大流量比之和Y。計(jì)算公式為：

(2)

1.3　各相位顯示綠燈時(shí)間

相位顯示綠燈時(shí)間是一個周期內(nèi)各個相位實(shí)際顯示的綠燈時(shí)間，即信號燈一個周期各相位顯示綠燈的時(shí)長。作為實(shí)際控制方案，顯示綠燈時(shí)間是不可缺少的設(shè)計(jì)參數(shù)，其主要影響因素：有效綠燈時(shí)間gej、黃燈時(shí)間Ai與起動損失時(shí)間lj。計(jì)算公式為：

gj=gej-Aj+lj

(3)

配時(shí)方案需經(jīng)行人最短綠燈時(shí)間驗(yàn)算[3]，滿足要求后即為所得方案。

信號配時(shí)方案的優(yōu)化就是對上述主要參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算。因此，對平交口交通信號的優(yōu)化控制有以下幾種思路，對信號周期進(jìn)行優(yōu)化，對有效綠燈時(shí)間(綠信比)進(jìn)行優(yōu)化和綜合進(jìn)行優(yōu)化(包括相位調(diào)整、周期調(diào)整和綠信比調(diào)整)[4]。

2TRRL法的平交口信控配時(shí)方案優(yōu)化

本文主要是對信號周期進(jìn)行優(yōu)化，由于有效綠燈時(shí)間與最佳周期時(shí)長存在一定的關(guān)聯(lián)關(guān)系，因此間接起到優(yōu)化有效綠燈時(shí)間作用。信號周期的影響因素主要是每周期損失總時(shí)間L與全部相位的最大流量比之和Y。其中，L由車輛的本身特性以及駕駛?cè)颂匦运鶝Q定；Y則由實(shí)際交通量與飽和流量所決定，實(shí)際交通量由交通調(diào)查即可得到，而飽和流量則是通過相關(guān)理論方法與實(shí)際道路基本條件計(jì)算得到，其計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性對于Y值的確定有很大影響，進(jìn)而影響最佳周期時(shí)長的合理性。經(jīng)實(shí)際研究發(fā)現(xiàn)，設(shè)有左轉(zhuǎn)專用車道的平交口其左轉(zhuǎn)校正系數(shù)對于最佳周期時(shí)長的確定有很大影響，而TRRL法中對于左轉(zhuǎn)校正系數(shù)的計(jì)算并不適應(yīng)于疆內(nèi)部分平交口的設(shè)計(jì)要求，因此此處主要對左轉(zhuǎn)校正系數(shù)的計(jì)算方法進(jìn)行優(yōu)化與改良，達(dá)到優(yōu)化信控配時(shí)，提高交通效益的目的。

2.1　左轉(zhuǎn)校正系數(shù)的優(yōu)化

雖然傳統(tǒng)的TRRL法進(jìn)行定時(shí)信號控制的方式已經(jīng)較為完善，但是其中對于飽和流量的計(jì)算仍存在一定問題，尤其是左轉(zhuǎn)專用車道飽和流量中無專用相位時(shí)左轉(zhuǎn)校正系數(shù)的計(jì)算，而對于新疆地區(qū)中小型城市而言，多采用兩相位信號控制形式，并不設(shè)置左轉(zhuǎn)專用相位，且左轉(zhuǎn)交通流通過平交口時(shí)，與其他方向交通流產(chǎn)生的沖突較多，對平交口的影響較大，容易引發(fā)延誤和安全問題，所以，對左轉(zhuǎn)交通流的飽和流量的計(jì)算顯得尤為重要。

根據(jù)TRRL法，左轉(zhuǎn)校正系數(shù)主要影響因素有對向直行車道數(shù)的影響系數(shù)ξ、對向直行車流量qT與綠信比λ。計(jì)算公式為[5]：

(4)

該式中ξ、qT的計(jì)算均較為易得，但λ的確定有時(shí)難以做到，尤其是對于尚未安裝過信控設(shè)施的新建平交口，綠信比的確定更加困難，因而無法得出左轉(zhuǎn)校正系數(shù)，除非采用估算方式，計(jì)算將無法繼續(xù)。且經(jīng)過一定計(jì)算表明，該方法具有一定的局限性，隨著對向直行交通流量的增加，在一定的數(shù)值范圍內(nèi)，左轉(zhuǎn)校正系數(shù)偏小，難以反映真實(shí)情況。

通過查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)資料，得到較為匹配新疆地區(qū)中小型城市的左轉(zhuǎn)校正系數(shù)，因此，對于單車道左轉(zhuǎn)校正系數(shù)定為0.95，雙車道定為0.92。如果由于單向街道或者T型交叉口使左轉(zhuǎn)交通流無對向車流，則必須考慮行人干擾，對單車道相應(yīng)系數(shù)值采用0.85，雙車道采用0.75?？偟淖筠D(zhuǎn)交通量除以左轉(zhuǎn)專用車道數(shù)和左轉(zhuǎn)校正系數(shù)的乘積，如果沒有左轉(zhuǎn)專用道，則直接輸入左轉(zhuǎn)交通量，推算可得，左轉(zhuǎn)校正系數(shù)fL計(jì)算公式為：

(5)

——n為左轉(zhuǎn)專用車道數(shù)。

2.2　左轉(zhuǎn)專用車道飽和流量

通過對左轉(zhuǎn)校正系數(shù)的優(yōu)化，主要使得左轉(zhuǎn)專用車道飽和流量的計(jì)算發(fā)生如下改變，進(jìn)而影響到流量比之和Y。左轉(zhuǎn)專用車道飽和流量SL的計(jì)算公式如下：

2.2.1有專用相位時(shí)

SL=SbL×fW×fg

(6)

式中：SbL——左轉(zhuǎn)專用車道的基本飽和流量；

fW——車道寬度校正系數(shù)；

fg——坡度及大車校正系數(shù)。

2.2.2無專用相位時(shí)

S′L=SbL×fW×fg×fL

(7)

式中：

3實(shí)例驗(yàn)證

本文以某一兩相位T形平交口為例，根據(jù)其高峰時(shí)段的交通流、道路基礎(chǔ)條件，分別運(yùn)用傳統(tǒng)的TRRL法和改進(jìn)后的TRRL法進(jìn)行計(jì)算，并對兩種計(jì)算結(jié)果進(jìn)行仿真，分析兩種方案的延誤時(shí)間。

該平交口高峰時(shí)段交通流量如表1所示。

表1高峰時(shí)段交通流量表

(單位：pcu/h)

道路基礎(chǔ)條件及渠化設(shè)計(jì)方案如圖1所示。

圖1　渠化設(shè)計(jì)方案圖

根據(jù)高峰小時(shí)交通流量數(shù)據(jù)以及道路基本條件數(shù)據(jù)，運(yùn)用傳統(tǒng)的TRLL法，得出信號配時(shí)方案1，如表2所示。

表2　平交口信號配時(shí)方案1數(shù)值表

運(yùn)用改進(jìn)后的TRLL法方案，得出信號配時(shí)方案2如表3所示。

表3　平交口信號配時(shí)方案2數(shù)值表

通過仿真分別計(jì)算兩種方案的平交口通行延誤，結(jié)果如表4所示。

表4　平交口通行延誤數(shù)值表

通過平交口延誤的對比數(shù)據(jù)可知，采用改進(jìn)后的TRRL算法得到的信號配時(shí)方案2的交叉口通行平均延誤是57 s，而采用傳統(tǒng)的TRRL算法的信號配時(shí)方案1的平均延誤是104 s，因此，采用改進(jìn)后的TRRL算法可明顯減少平交口的通行延誤。

4結(jié)語

本文對TRRL算法進(jìn)行優(yōu)化，主要是對左轉(zhuǎn)專用車道飽和流量的計(jì)算進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)而影響其配時(shí)結(jié)果，并實(shí)例驗(yàn)證其有效性，得出定時(shí)信號控制方案，結(jié)果表明優(yōu)化后的方案明顯降低了平交口的延誤時(shí)間，增強(qiáng)了平交口的通行效益。

參考文獻(xiàn)

[1]袁振洲.道路交通管理與控制[M].人民交通出版社，2007.

[2]馬萬經(jīng)，聶磊，楊曉光.單點(diǎn)定時(shí)信號最優(yōu)控制模型及仿真分析[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2007(19)：4543-4547.

[3]張楠，韓印，馬萬達(dá).單個交叉口定時(shí)信號控制優(yōu)化模型與算法研究[J].交通信息與安全，2009(3)：53-55.

[4]張萌萌，賈磊，鄒難.單點(diǎn)定時(shí)信號配時(shí)的多目標(biāo)優(yōu)化模型[J].計(jì)算機(jī)工程，2011(6)：27-29.

[5]張存保，陳超，嚴(yán)新平.基于車路協(xié)同的單點(diǎn)信號控制優(yōu)化方法和模型[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，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

文章編號：1673-4874(2015)02-0062-04

中圖分類號：U412.35

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2015.02.016

基金項(xiàng)目

作者簡介
徐文龍(1993—)，男，研究方向?yàn)榻煌üこ蹋?br/>郭杜杜(1985—)，女，講師，碩士，主要從事交通規(guī)劃、智能交通研究工作。