宋啟吉，楊濤，李東

（西華大學(xué)計(jì)算機(jī)與軟件工程學(xué)院，成都　610039）

交叉口飽和交通狀態(tài)下的信號(hào)配時(shí)研究

宋啟吉，楊濤，李東

（西華大學(xué)計(jì)算機(jī)與軟件工程學(xué)院，成都610039）

0　引言

隨著城市的發(fā)展以及機(jī)動(dòng)車保有量的增長，交通需求急劇增加。在城市交通網(wǎng)絡(luò)中，交叉口是網(wǎng)絡(luò)中的瓶頸，交叉口的暢通將直接決定整個(gè)交通交通網(wǎng)絡(luò)的暢通。要最大限度地保證交通網(wǎng)的高效運(yùn)行就必須要根據(jù)不同的交通狀況對(duì)交叉口進(jìn)行優(yōu)化協(xié)調(diào)，以保證信號(hào)交叉口的通行能力。

從交通擁擠角度看，交叉口的交通狀態(tài)可分為飽和和非飽和兩種狀態(tài)。目前，對(duì)于非飽和交叉口的配時(shí)研究十分成熟，其中較為典型的有Webster模型。對(duì)于總飽和度低于或等于0.6時(shí)，應(yīng)用Webster模型進(jìn)行信號(hào)配時(shí)是十分有效的。但是對(duì)于飽和交叉口的配時(shí)研究相對(duì)落后，實(shí)踐證明，對(duì)于飽和交叉口的配時(shí)Webster模型是不適應(yīng)的。

1　改進(jìn)Webster模型分析

目前信號(hào)配時(shí)大多采用Webster或HCM等經(jīng)典的配時(shí)方法。采用Webster配時(shí)方法，在信號(hào)周期確定以后，各相位的綠燈時(shí)間是按照各相位臨界車道的交通流量比進(jìn)行比例分配的，其分配方法按gi=（C-L）×Yi/進(jìn)行。在交通狀態(tài)為非飽和的情況下，Webster優(yōu)化模型對(duì)各個(gè)方向上的交通需求進(jìn)行了充分考慮，對(duì)各相位分配的綠燈時(shí)間合理，能夠有效提高信號(hào)交叉口的通信能力。而在交通狀態(tài)為飽和的情況下，由于車輛之間的橫向干擾加劇，車道通行能力明顯降低，此時(shí)采用Webster綠信比算法分配得到的各相位綠燈時(shí)間，往往在車道通行能力即將達(dá)到最佳或處于最佳狀態(tài)的時(shí)候，綠燈信號(hào)卻又結(jié)束了，從而制約了信號(hào)交叉口通信能力的提高，不僅交通擁堵得不到有效減少，而且增加了交通擁堵。因此，在飽和交通狀態(tài)下，尋求一種更為適合的優(yōu)化模型成為亟待解決的問題。目前，國內(nèi)外諸多學(xué)者在這方面進(jìn)行了研究，并取得了大量優(yōu)秀成果。本文對(duì)Webster優(yōu)化模型進(jìn)行深入研究，以此為基礎(chǔ)提出了一種改進(jìn)的Webster優(yōu)化模型，優(yōu)化了飽和交通狀態(tài)下的交叉口信號(hào)配時(shí)模型。

設(shè)置一個(gè)擁擠度超過閾值Sw，當(dāng)某個(gè)相位的擁擠度Sr＞Sw時(shí)，就將一個(gè)gmax綠燈時(shí)間分配給該相位，以達(dá)到盡快消散該相位上車流的目的，從而減少交叉口的擁堵。當(dāng)同時(shí)有多個(gè)相位的擁擠度Si，Sj…均超過Sw，即Si＞Sw，Sj＞Sw…時(shí)，則選Si，Sj…中的最大者為gmax的分配對(duì)象，實(shí)際上采用了優(yōu)先權(quán)的分配思想。這樣即可實(shí)現(xiàn)最擁堵的相位獲得最長的通行時(shí)間，從而盡快實(shí)現(xiàn)交叉口車輛的消散。在將gmax分配給擁擠度最大的相位之后，剩余的綠燈時(shí)間gl=C-gmax-L則按照Webster模型信號(hào)分配方法分配給其他相位。對(duì)任意的相位，若擁擠度均沒有超過Sw，則按照Webster模型對(duì)各相位進(jìn)行綠燈時(shí)間分配。

2　改進(jìn)模型的參數(shù)確定

擁擠度閾值Sw的確定如下：

其中：d為兩個(gè)路面?zhèn)鞲衅鞴?jié)點(diǎn)之間的距離，v為擁擠情況下車輛通過路面?zhèn)鞲衅鞯目赡芩俣?，Tg信號(hào)周期時(shí)間，n為相位數(shù)。

Sw的值既不能過大，也不能過小。Sw過大可能出現(xiàn)很難有某相位的擁擠度大于或等于它的情況，失去了預(yù)防交通擁堵的初衷；Sw過小可能導(dǎo)致不必要的優(yōu)先通行情況。所以Sw的選取應(yīng)具備一定的動(dòng)態(tài)性，即Sw的大小能夠根據(jù)交叉口的擁擠情況進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整。按照此公式確定擁擠度閾值當(dāng)某相位擁擠較大時(shí)，必然引起v的減小此時(shí)計(jì)算出的擁擠度閾值較大，從而擁擠嚴(yán)重的相位也會(huì)得到優(yōu)先權(quán)。反之若某相位擁擠較小時(shí)，又會(huì)引起v的增大，從而計(jì)算出的擁擠度閾值也小，此時(shí)該相位的通行優(yōu)先權(quán)得到減弱。

某相位擁擠度確定如下：

Sr=d/vr

式中Sr為某r相位的擁擠度，d為兩個(gè)路面?zhèn)鞲衅髦g的距離，vr為r相位車輛通過路面?zhèn)鞲衅鞯目赡芩俣取?/p>

gmax的取值與交叉口的信號(hào)燈周期和信號(hào)相位的設(shè)置有關(guān)，較為合適的取值占信號(hào)周期的0.5～0.7。不同的相位數(shù)和交通狀況，也會(huì)引起gmax取值的變動(dòng)。具體說來，若交叉口的相位數(shù)越多，則gmax所占信號(hào)周期的比例將會(huì)減少；反之，若交叉口的相位數(shù)越少，則gmax所占信號(hào)周期的比例將會(huì)增加。當(dāng)交叉口飽和度越大，那么gmax的取值也會(huì)相應(yīng)較大，而交叉口的飽和度越少，則gmax的取值會(huì)相應(yīng)較小。

gmax的取值應(yīng)保證gmax≥gr（gr指按照Webster分配得到的綠燈時(shí)間），而且應(yīng)該保證同方向行人過街的最短時(shí)間

式中α為信號(hào)相位數(shù)，x為相位飽和度，gr為按照Webster方法分配得到的綠燈時(shí)間。

3　仿真及分析

本文采用VISSIM交通仿真軟件進(jìn)行仿真，以交叉口車輛平均停車次數(shù)和車輛平均延誤時(shí)間為指標(biāo)，在同一個(gè)交叉口相同的過飽和交通狀態(tài)下，采用本文提出的方法和Webster方法對(duì)其進(jìn)行仿真，比較兩種方法得出的結(jié)果，數(shù)據(jù)如表1所示。由于此交叉口的東入口南入口的車流量分別遠(yuǎn)大于西入口和北入口的車流量，因此在此只列出車流量較大的入口。每一組車流量均對(duì)應(yīng)一個(gè)小時(shí)的仿真時(shí)長。

由表1可以看出，當(dāng)交叉口飽和度較小時(shí)，改進(jìn)的模型與Webster模型得出各項(xiàng)指標(biāo)相差不大。而隨著飽和度的增大，改進(jìn)的方法更具有效性。

表1　兩種方法仿真數(shù)據(jù)比較

4　結(jié)語

在交叉口過飽和情況下，結(jié)合車輛檢測(cè)器檢測(cè)的信息，并通過本文提供的改進(jìn)方法，相比單純的Webster方法能夠更有效地緩解交通壓力，減少交通擁堵。該方法是建立在Webster模型上的，在交叉口飽和度較小時(shí)通過改進(jìn)的方法計(jì)算信號(hào)配時(shí)的算法與Webster方法相同，并不能反映出改進(jìn)的方法的優(yōu)勢(shì)。本文是通過仿真的方法得出的結(jié)果，且仿真的輸入數(shù)據(jù)也只是模擬數(shù)據(jù)，并不是實(shí)際測(cè)得的數(shù)據(jù)。因此，還有待對(duì)實(shí)際交通進(jìn)行測(cè)試。

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Signal Timing；Traffic State；Model；Intersection

Research on Signal Distribution in the Saturated Traffic State of Intersection

SONG Qi-ji，YANG tao，LI Dong

（School of Computer and Software Engineering，Xihua University，Chendu 610039）

1007-1423（2015）26-0010-03

10.3969/j.issn.1007-1423.2015.26.003

宋啟吉（1991-），男，四川瀘州人，碩士研究生，研究方向?yàn)榍度胧较到y(tǒng)、數(shù)字系統(tǒng)及設(shè)計(jì)方法

楊濤（1988-），男，四川廣元人，碩士研究生，研究方向?yàn)榍度胧较到y(tǒng)、數(shù)字系統(tǒng)及設(shè)計(jì)方法

李東（1989-），男，重慶豐都人，碩士研究生，研究方向?yàn)榍度胧较到y(tǒng)、數(shù)字系統(tǒng)及設(shè)計(jì)方法

2015-08-21

2015-09-11

目前，英國的Webster模型在交叉口的定時(shí)信號(hào)控制中是應(yīng)用最為廣泛的模型之一。簡單介紹交叉口常用的信號(hào)控制方法，其次對(duì)Webster信號(hào)優(yōu)化模型進(jìn)行了詳細(xì)介紹。引進(jìn)一個(gè)擁擠度閾值參數(shù)，并在Webster模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，提出一種改進(jìn)的Webster信號(hào)配時(shí)方法，通過該方法對(duì)飽和交通狀況下的交叉口進(jìn)行信號(hào)配時(shí)，最后通過實(shí)驗(yàn)比較改進(jìn)的方法與Webster方法的有效性。

信號(hào)配時(shí)；交通狀態(tài)；模型；交叉口

At present，the Webster model is one of the most widely used models in the timing signal control of the intersection.Introduces the signal control method，and then introduces the Webster signal optimization model in details.Introduces a congestion threshold parameter.Then proposes an improved Webster signal timing method on the basis of Webster model.By this method，carries out the signal timing of the intersection of the saturated traffic.Finally，compares the effectiveness of the improved method and the Webster method by experiments.