雙向綠波交通實現方法

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1研究背景

隨著工業化和城市化在全世界的發展,許多城市都面臨著日益嚴重的交通擁擠問題。尤其是在發展中國家,因交通擁擠所帶來的社會經濟損失越來越大。由于土地和資金的有限性,交通學者們發現僅依靠擴建道路這樣傳統的方法難以從根本上解決問題。這就要求政府從管理與控制的角度入手,最大限度的利用現有的道路設施,以保證城市道路,特別是城市主干道的暢通。干線信號協調控制方法若得到有效運用,則可避免多數車輛在交叉口遭遇紅燈,而其實現的這種現象又被交通界形象的稱之為“綠波交通”。

2理論設計

本章依次對相位差、綠波帶寬度、公共周期長度三個參數進行設計。這三點是構成理論的基礎,而這些參數又受到行駛車速、交通量的制約(圖1、圖2)。

2.1車速與相位差(offset)

綠燈信號相位差(即相鄰交叉口同一相位綠燈信號開始時間差)由車速與交叉口間距共同決定。各交叉口間距隨著城市規劃建設已然固定,這樣,車速就成為了影響相位差的惟一因素。若某一交叉口的雙向車輛以任意的車速進行行駛,則不可能保證雙向車輛在同一時刻到達這一交叉口,這就勢必使一方或雙方車輛遭遇紅燈。因此,這就需要雙向車輛按照交管中心設定的車速(或稱為推薦車速)進行行駛,以保證能在同一時刻到達某一交叉口。作為前提條件,交管中心在計算雙向推薦車速之前需知道交叉口間距與車隊駛過上一交叉口的時刻。上述內容可以用式(1)進行表示。由式(1)可知,若各交叉口間距相差不大《(城市道路交叉口設計規程CJJ152-2010》要求:干路交叉口間距宜大致相等),則系統提供的雙向推薦車速不會有太大差別,但現實(例如秦皇島市河北大街中、西段上的各交叉口間距)往往大相徑庭。此外,系統的推薦車速不應超過干道本身的限制車速上限(城市干道分類等級及相應的設計車速應符合《城市道路設計規范CJJ37-90》)(/)(/)1121232323推推t+Lv=t+Lv(1)其中:t1、t3為車隊駛過交叉口1、3的時刻。

2.2車隊長度與綠波帶寬度(bandwidth)

車隊長度與其通過交叉口的車速共同決定了綠波帶的寬度。而車速(干道車速與交叉口車速的換算關系參照《城市道路交叉口設計規程CJJ152-2010》)已經由式(1)得出,因此,只要準確測定交通量(行駛中的車隊長度)即可。平峰或低峰時段的城市主干道的雙向交通量往往相差不大,所以,雙向綠波帶的寬度也相差無幾。若出現雙向流量不等的情況,則本著盡量不累積停車數量的原則,按照式(2)進行計算:max{,}qpkpqkkG=GGk(2)因為,若在某一個信號周期內積累了一定數量的車輛,則在下個周期內就不得不在一定程度上增大綠波帶寬度。而信號周期長度與綠波帶寬度并不能無限制的延長。式(2)會無形之中增加(直行)綠波帶寬度,也就是要求盡量保持城市主干道的暢通。這就勢必會導致支干道上的車輛遭遇紅燈(在此只討論干線控制),這將是下一步研究的重點。

2.3公用周期長度(publiccyclelength)

若進行獨立控制,則各交叉口的信號周期長度一般各不相同。但若進行干線信號協調控制,就必須要求各交叉口具有統一的信號周期長度。其設定方法為:max{}kC=Ck(3)即要選擇交通量最大的交叉口的信號周期作為統一的信號周期長度。在短時間內,公用周期長度基本保持不變,而綠波帶寬度則隨著實時交通量與車速的變化而變化。這直接導致綠信比(split)的變化,交管中心可以通過控制各交叉口的綠信比來實現綠波交通。對于現實中的城市主干道(例如秦皇島市河北大街中、西段),在統一各交叉口的信號周期長度之前,應根據實際情況適當調整若干相鄰交叉口的信號相位,盡可能使其在沒有特殊的情況下保持一致,這種做法將有利于綠波交通的實施[1]。

3實現方法

3.1車速與車隊長度的測定

由于車速、車隊長度都會實時變化,因此,若不對實時交通信息進行準確把握,將會嚴重影響綠波交通的實施效果(例如出現“二次停車”或綠燈信號浪費等現象)。對于此問題,交管中心可以在圖2中所示位置處布設電子眼或是感應線圈,對各車道內的車輛數進行實時監測。對于qp方向,監測儀1對qp交叉口之間出發的車輛進行監測,監測儀2則可以感應從交叉口q駛來的車輛數量。同理,pq方向也是一樣。這樣設置監測儀可以更精準的監測實時交通量與車速。

3.2信號協調控制

在交叉口數量不多且為干線(即非區域)協調控制的情況下,可采用簡單的集中式控制系統。即一臺中心計算機直接控制每個信號控制機。中央計算機把控制指令直接傳遞到控制機,這樣每個交叉口只需要一個標準的信號控制機和接口單元,不需要執行任何軟件的功能[2]。具體的流程如圖3所示。

4結語

在實際操作的過程中,此方法不可能保證車輛到達所有交叉口時都不會遭遇紅燈。例如:對于(1)在兩個相鄰交叉口之間出發的車輛;(2)在某交叉口轉彎駛入(駛出)主干道的車輛。但是,至少可以做到讓一直沿城市主干道行駛的直行車輛盡量減少遭遇紅燈的次數,從而減少大量車輛的時間延誤損失,這對于控制城市主干道的交通流量,提高交通運行效率來說具有重要的意義。正如上文所述,此方法的有效實施需要一定的前提條件,若交叉口出現過飽和情況(例如高峰時段),則會嚴重影響綠波交通的實施效果。在這種情況下,為了提高綠波交通的實施效果,避免因交叉口過飽和而產生的“二次停車”現象的出現,就需要對城市主干道實施流入量控制,這是下一步研究的重點。