區(qū)域交叉口信號(hào)協(xié)調(diào)控制與仿真

趙永明

摘 要：城市發(fā)展的過程中，城市對(duì)交通信號(hào)控制的要求也相應(yīng)提高，單個(gè)交叉口的信號(hào)控制已經(jīng)不能滿足城市的需求，區(qū)域交叉口協(xié)調(diào)控制可以更好地解決城市中的交通問題。本文對(duì)區(qū)域交叉口信號(hào)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，設(shè)計(jì)出區(qū)域信號(hào)控制協(xié)調(diào)方案，通過VISSIM軟件進(jìn)行對(duì)比分析，并提出一套信號(hào)交叉口感應(yīng)協(xié)調(diào)控制的方案，確保系統(tǒng)最優(yōu)。

關(guān)鍵詞：區(qū)域交叉口;協(xié)調(diào)控制;VISSIM;感應(yīng)控制

0 序言

單個(gè)交叉口的交通信號(hào)控制往往會(huì)影響到相鄰交叉口交通運(yùn)行狀況。從系統(tǒng)的角度出發(fā)，以區(qū)域內(nèi)所有交叉口作為研究對(duì)象，是目前城市交通控制發(fā)展的新方向。本文通過區(qū)域協(xié)調(diào)控制原理，對(duì)案例區(qū)域進(jìn)行信號(hào)協(xié)調(diào)控制，并使用VISSIM仿真軟件進(jìn)行分析。

1 區(qū)域信號(hào)控制基本原理

1.1 基本概念

區(qū)域信號(hào)控制系統(tǒng)的控制對(duì)象是城市或某個(gè)區(qū)域中所有交叉口的交通信號(hào)[1]?；镜男盘?hào)控制類型分為：單點(diǎn)、干線和區(qū)域控制?，F(xiàn)代的交通控制系統(tǒng)屬于多種技術(shù)的綜合體，它包括車輛檢測(cè)、信號(hào)控制與最優(yōu)化、數(shù)據(jù)采集與傳輸、信息處理與顯示、視頻監(jiān)控、交通管理與決策等多個(gè)組成部分。

1.2 區(qū)域控制分類

區(qū)域交通控制系統(tǒng)按其控制方式的不同基本上可分為以下兩大類[2]。

（1）方案選擇式。根據(jù)不同時(shí)期的交通流，求解出各種配時(shí)方案，存儲(chǔ)在中心計(jì)算機(jī)內(nèi)，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)按實(shí)時(shí)采集的交通量數(shù)據(jù)，選取最適用的配時(shí)方案，實(shí)施有效的交通控制。

（2）方案形成式。根據(jù)實(shí)時(shí)檢測(cè)到的交通量數(shù)據(jù)，在線算出最優(yōu)控制參數(shù)，從而形成適合的配時(shí)方案，實(shí)時(shí)控制信號(hào)機(jī)變換信號(hào)燈。

2 區(qū)域交叉口現(xiàn)狀協(xié)調(diào)控制

本文選取一“口”字型路網(wǎng)區(qū)域作為區(qū)域信號(hào)優(yōu)化控制對(duì)象，A交叉口距離B交叉口為600 m，A交叉口距離C交叉口為800 m，B交叉口距離D交叉口為800 m，C交叉口距離D交叉口為600 m，假設(shè)道路條件均處于理想狀態(tài)。根據(jù)各個(gè)交叉口的流量和尺寸的數(shù)據(jù)，利用webster法求出各個(gè)交叉口延誤最小的最佳信號(hào)周期[3]，經(jīng)過求解可得高峰時(shí)間內(nèi)各個(gè)交叉口信號(hào)周期時(shí)長。

各個(gè)交叉口均采用相同的相位設(shè)計(jì)，相位一為東西直行，相位二為東西左轉(zhuǎn)，相位三為南北直行，相位四為南北左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)車輛不受信號(hào)燈控制，可以一直運(yùn)行。

3 VISSIM仿真分析

VISSIM的評(píng)價(jià)參數(shù)有以下幾個(gè)：排隊(duì)長度、通行能力、延誤水平、飽和度、行駛時(shí)間等[4]，本文使用行程時(shí)間、延誤水平和排隊(duì)長度這三個(gè)參數(shù)對(duì)模型進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3.1 VISSIM仿真模型

根據(jù)交叉口CAD圖在VISSIM中建立區(qū)域道路網(wǎng)結(jié)構(gòu)模型，為ABCD四個(gè)交叉口設(shè)置相應(yīng)的信號(hào)控制機(jī)，輸入相應(yīng)的信號(hào)配時(shí)。根據(jù)車輛運(yùn)行軌跡，以C交叉口為起點(diǎn)，設(shè)置路徑，輸入車輛。在模型中檢測(cè)器，獲得評(píng)價(jià)參數(shù)。

3.2 仿真結(jié)果分析

仿真模型建立完成后，運(yùn)行仿真模型，其中仿真時(shí)長為600 s，車輛運(yùn)營速度為40 km/h。

本次仿真過程中，路徑總的行程時(shí)間為319.5 s，C交叉口行程時(shí)間為6.9 s，D交叉口行程時(shí)間為7 s，B交叉口行程時(shí)間為21.6 s，A交叉口行程時(shí)間為5.9 s。車輛在路徑上的平均延誤時(shí)間為91.5 s，下表為各個(gè)交叉口的數(shù)據(jù)。

改善區(qū)域的信號(hào)協(xié)調(diào)控制，得到改善后的數(shù)據(jù)與改善前的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。改善后的行程時(shí)間為226.9 s，C交叉口行程時(shí)間為7.5 s，D交叉口行程時(shí)間為7.3 s，B交叉口行程時(shí)間為6.7 s，A交叉口行程時(shí)間為7 s。

對(duì)比兩次仿真的結(jié)果可以看出，改善后的交叉口運(yùn)營狀況得到很大改善，行程時(shí)間縮短了30%。

4 全感應(yīng)信號(hào)控制設(shè)計(jì)

在目標(biāo)區(qū)域的交叉口添加相應(yīng)的檢測(cè)器，對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行全感應(yīng)信號(hào)協(xié)調(diào)控制。在區(qū)域信號(hào)協(xié)調(diào)優(yōu)化的基礎(chǔ)上，結(jié)合車輛運(yùn)行路徑，配置以下感應(yīng)信號(hào)控制方案。本次采用全感應(yīng)信號(hào)控制，所有的交叉口的進(jìn)口道都裝有車輛檢測(cè)線圈，根據(jù)各個(gè)進(jìn)口道的服務(wù)需求決定信號(hào)相位的順序。全感應(yīng)信號(hào)協(xié)調(diào)控制適用于相交道路等級(jí)相當(dāng)、交通量相仿且變化較大的交叉口上。當(dāng)交叉口沒有機(jī)動(dòng)車到達(dá)時(shí)，信號(hào)機(jī)以定周期方式按最小周期運(yùn)行[5]。當(dāng)某一方向有來車時(shí)，則對(duì)來車方向放行，并判斷是否到達(dá)最大綠燈時(shí)間，進(jìn)行通行權(quán)利的轉(zhuǎn)換。

5 結(jié)論

本文通過對(duì)區(qū)域內(nèi)的信號(hào)交叉口進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，并對(duì)現(xiàn)狀交叉口和改善后的交叉口通過VISSIM進(jìn)行仿真對(duì)比分析，得到優(yōu)化后的區(qū)域信號(hào)交叉口的行程時(shí)間、排隊(duì)長度與延誤水平都得到很大的降低。同時(shí)也給提供一套全感應(yīng)控制流程，確保區(qū)域交叉口信號(hào)控制系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳峻，等.交通管理與控制[M]. 北京：人民交通出版社，

2012.8.

[2]胡海濤.基于相位差協(xié)調(diào)機(jī)制的區(qū)域交通信號(hào)優(yōu)化控制[D].南京郵電大學(xué)，2018.

[3]宋仲仲，林立.基于區(qū)域協(xié)調(diào)控制的信號(hào)配時(shí)優(yōu)化與仿真[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2018（S2）：313-316.

[4]丁喆.基于VISSIM的路網(wǎng)自動(dòng)生成系統(tǒng)的研究[D].北京工業(yè)大學(xué)，2009.

[5]林曉輝.基于全感應(yīng)控制的交叉口信號(hào)控制方法與模型[J].現(xiàn)代交通技術(shù)，2015（2）：44-46.