【Synchro系统在绿波信号控制中的应用①】 交通信号绿波控制系统

　　摘 要:基于Synchro系统与理论模型的差别分析,提出了在实际道路与交通状况下制定绿波信号控制方案方面,前者明显优于后者的结论。最后以秦皇岛市河北大街中段为对象,对影响绿波信号控制的若干问题点进行改善之后,应用Synchro系统进行了配时优化与仿真实验,其结果为各交叉口的服务水平均显著提高。
　　关键词:Synchro系统 绿波信号控制 仿真实验 秦皇岛市 河北大街
　　中图分类号:U491.51 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)06(c)-0016-02
　　1 研究背景
　　随着工业化和城市化在全世界的发展,许多城市都面临着日益严重的交通拥堵问题。而在城市道路网中,最易发生交通拥堵的地方就是交叉口,若能有效的提高交叉口的通行能力则会在很大程度上解决城市交通拥堵问题。将干道上连续若干个交叉口的交通信号通过一定的方式连接起来,同时对各交叉口设计一种相互协调的配时方案,各交叉口的信号灯按此协调方案联合运行,使车辆通过这些交叉口时,不致经常遇上红灯,称为干线交叉口信号协调控制,也叫做绿波信号控制[1]。
　　1.1 绿波信号控制的理论模型
　　目前,关于绿波信号控制的理论模型主要集中在信号周期与相位差的优化算法上。主要有图解法[2]、进口对称放行[3]、进口单独放行[4]算法等。而上述理论为了简化计算与分析,大都基于固定车速、单一车种、无过街行人、无转弯车辆等与现实相差较远的假设,而这常导致理论计算所得到的绿波信号控制方案在实际中无法收到良好的效果。因此,本文针对秦皇岛市河北大街中段的实际道路与交通状况,使用具有交通仿真功能的、专门对信号配位配时进行优化的Synchro系统对绿波信号控制方案进行制定。
　　1.2 Synchro软件系统
　　Synchro系统是由美国Trafficware公司开发的,以HCM2000为基础的信号配时优化的交通仿真软件[1]。专门用于信号配位配时优化、干线或区域协调控制方案的制定,并可以对方案给出相应的评价。另外,其运算速度快,采用自由设定步长的穷举法能够在较短时间内对较大的路网给出信号配时优化方案。其仿真系统中还充分考虑到了道路线形、行人等对交叉口通行状况的影响,仿真结果具有极高的工程参考价值。在我国,除了文献[5]之外,运用Synchro系统对干线交叉口进行绿波信号控制方案制定的研究非常少。
　　2 现实与模型的差别
　　在实际应用方面,Synchro系统要比理论模型更有优势。因为系统在制定绿波信号控制最佳方案时会充分考虑到实际道路与交通状况,并且采用穷举法把有限的控制方案列举出来再逐一比较。本章主要从交通拥挤、转弯车辆、车辆性能、车道变换、过街行人等5个方面,详细分析了Synchro系统较理论模型的优越性。
　　2.1 交通拥挤(Traffic Congestion)
　　在理论模型中,假设所有车辆均按照路段的设计车速进行行驶。而在现实中,随着车流量的增加,车辆的行驶车速逐渐下降,这就是交通拥挤效应。并且在一天不同的时间段内,交通拥挤程度是不一样的。因此,若不考虑交通拥挤对车辆行驶车速的影响,则有可能导致绿灯信号相位差(由交叉口间距与行驶车速计算得出)的计算出现偏差,进而影响绿波信号控制的实施效果。
　　2.2 转弯车辆(Turning Vehicles)
　　在交叉口处,无论何种信号相位设置,左转车辆都要在一定程度上对对面直行车辆和信号周期长度产生影响。特别是许可型左转相位下的左转通行能力是依据可插间隙理论进行计算的,这将涉及到车头时距、驾驶员心理及行为分析。而理论模型中,因缺少上述分析,只能简单的认为左转车辆对直行车辆没有影响或其影响为一个定值。
　　2.3 车辆性能(Vehicle Performance)
　　实际道路上所行驶的车辆并非均为同种车辆,而是由某种车辆为主的混合车队。不同车辆在车长、平均载重量、加减速度等性能方面均不相同。这些车辆在行驶的过程中往往表现出不同的性能,这不仅与车辆本身的物理特性有关,还与驾驶员的心理密不可分,而这些在绿波信号控制的理论模型中均没有体现。
　　2.4 车道变换(Lane Changing)
　　部分理论模型中,对车辆的行驶速度进行了统一化的假设,即所有车辆均按照路段的设计车速进行行驶,没有变换车道现象。而在现实中,因超车而变换车道的现象并不少见。这样就整体而言,车辆的到达是随机性的,而非按照一定时间间隔的均匀达到。并且,这种随机性的程度是受到交通流量大小影响的。
　　2.5 过街行人(Pedestrian)
　　理论模型均没有对过街行人、最小绿灯时间、等待绿灯时间等方面进行研究。而在周期一定的情况下,次干道的最小绿灯时间与主干道的绿波带宽度呈现此消彼长的关系。因此,在保证行人安全与畅通过街的前提下,尽量缩短次干道的绿灯时间,增加主干道绿波带宽度是提高绿波信号控制效果的有效途径。
　　2.6 其他
　　除上述差别外,道路线形、机非混行车道、交叉口处车速、行人违法行为(横穿马路)、重车混入率、信号灯控制模式等也会对绿波信号控制的实施效果产生很大的影响。且这些因素都是直接作用于车辆行驶车速,进而使相位差与绿波带宽度的计算出现偏差,影响绿波信号控制的实施效果。
　　3 影响因素分析与改善
　　3.1 概述
　　河北大街是秦皇岛市城市主干道,是连接海港与北戴河两组团的交通纽带,肩负着异常繁重的客货运输任务。其畅通与否对秦皇岛市旅游事业、教育事业的发展有着重大影响。以下几处为河北大街中段上的主要交叉口:M1(民族路)、M2(文化路)、M3(海阳路)、M4(红旗路)、M5(友谊路)。本文拟在以上5处实行绿波信号控制,最大限度的挖掘其通行能力,这对缓解秦皇岛市的交通拥堵具有重要意义。
　　3.2 行人横过马路
　　河北大街中段两侧公共建筑与住宅小区出入口多,行人流量较大,横穿马路行人较多。行人违法横穿马路不但会诱发交通事故,而且会严重影响车辆的行驶速度。针对此问题,本为提出以下三种解决方案:(1)增加中央护栏高度以防止行人横穿马路。(2)在适当位置建设人行天桥或地下通道。(3)在交叉口的中央隔离带处设置安全岛用以组织行人二次过街。