信控交叉口半感应控制方案优化研究

信控交叉口半感应控制方案优化研究

摘要感应信号控制不仅可以有效提高道路通行能力，缓解目前普遍存在的交通拥堵问题，还能减少交通事故发生率。针对目前感应控制存在的不足，考虑车辆安全行驶、行人过街时间和周期时长约束条件，建立了最小绿灯时间优化模型。用VISSIM 感应控制模块对模型进行了仿真验证，和传统半感应控制仿真对比，以信号交叉口信号控制延误与相应交叉口服务水平为评价指标，验证模型的有效性。

关键词交通控制；半感应信号交叉口；多相位；控制算法

前言

固定信号控制导致的绿灯时间的损失并不利于提高交叉口的通行效率，人们开始研究并使用信号交叉口感应控制技术来通过管理交叉口信号灯来实时控制交叉口过往的车辆，感应控制在交通量变化大而不规则、难以用定时控制处置的交叉口，以及必须降低对主要感到干扰的交叉口上優势明显，可以极大地降低了交叉口的延误时间，是较好的信号交叉口管理方式。

信号交叉口的感应控制设备、安装维护费用比普通的定时信号控制设备要高，从经济性和实用性的角度考虑，半感应控制的研究是一种比较现实可行的方法，本文研究的是主次道路相交的，在次路上车辆和行人时常中断的交叉口，即信号交叉口的半感应控制，旨在保证次干路车流人流通行的基础上，提高主路车流人流的通行效率，降低主次路交叉口的通行延误，缓解交通拥堵。

1 相关理论

在半感应控制中，交叉口由感应和定时控制控制。半感应控制主要用于主路与支路交叉口的交叉口。根据探测器位置，可分为主路半感应控制和分支半感应控制。在半传感控制的交叉口，探测器的相位不按时间控制进行操作。论文研究的是检测器设置在次路上的半感应控制[1]。

2 感应控制配时参数优化模型

2.1 检测器的埋设

探测器是车辆到达检测的手段，是交通控制系统的信息源，为实现系统的最优控制提供了基础数据。根据探测器的工作原理，探测器类型的成本性能，主要有环形线圈检测器、超声波探测仪、视频图像检测器、磁检测器、微波雷达检测器、光学车辆检测器等，其中环形线圈检测器是最常用的车辆检测器。

为了保证主干道的交通流，探测器被埋在二级公路上。它可以简化信号时序的计算过程，降低检测器的维护量，降低传感器信号的控制成本。通过现场观察，

我认为该方法简单可行，有利于半诱导信号控制的广泛应用。

2.2 模型研究限定条件

由于人行横道分布的复杂性，很难对模型进行分析。因此，本文建立的模型是为了限制某些研究条件。

（1）三相（或多）交叉路口信号控制的交叉口，交叉口两个交叉口的交叉口较大，主要和次要，一般优先于道路交叉口和道路交叉口。

（2）调查时段安排在机动车流量高峰时段。选择高峰时段凸显交叉口中现状存在的严重延误问题和拥堵问题，进而结合半感应控制研究对信号交叉口进行优化研究研究。

（3）假设驾驶员均为平均水平的交通参与者。行人非机动车群与驾驶员的年龄、性别等没有进行细致考虑。

（4）交叉口渠化条件。左转车具有专用道，有专用相位和行人信号灯。

（5）次路车两进口道车流量差别不宜过大。

2.3 模型建立

从减少延误的目的出发，结合三相位信号交叉口，对最小绿灯时间的算法模型进行建模。为了确定半诱导控制中的最小绿灯时间算法模型，需要考虑一些参数。因此，根据车辆到达和离开平衡的基本原理，在红灯时到达线的车辆和最小绿灯时间可以在绿灯时间通过十字路口，则最小灯时间算法模型建立如下：

由于此路有直行和左转相位，因此需要分别计算两个最小绿灯时间，即左转最小绿灯时间和直行绿灯时间，它们模型相同。

主次路信号交叉口的最小绿灯时间（包括和）的影响因素有：该绿灯相位内通过的车辆数，进口道绿灯时间的车辆到达率，进口道红灯时间内的车辆到达率，有效绿灯时间，过街行人的影响（由于该路口有专用的行人过街信号灯对过街行人行为进行组织，此因素可以忽略）。

以上为针对具有行人信号灯半感应控制优化模型，可以得到最小绿灯时间，下面结合实例进行模型验证，用具体的实例才求得最小绿灯时间，单位绿灯延长时间，最大绿灯时间以及检测器铺设的位置等问题[2]。

3 案例分析

3.1 信号交叉口定时控制配时参数

为了对最小绿灯时间算法模型进行验证，以南京市玄武区花园路-南林东路十字形交叉口（图1）作为研究地点数据采集与试验。该路口花园路方向具有两个进口，作为主要道路方向，该方向为非感应方向；南林东路方向两个进口，作为次要道路方向，该方向为感应方向。检测器安装在南林东路的两个进口方向，如图2所示。

图2 花园路-南林东路交叉口

通过在花园路-南林东路交叉口对现状方案下的流量进行调查，可以看出：南北方向为主要道路方向，机动车流量比较大；东西进口方向为次要道路方向，流量相当较低，左转车流量为该方向的关键流量。

3.2 仿真实验

通过前面得到高峰时段配时方案、实际调查的交通量数据以及交叉口的基本情况，对实例交叉口半感应控制配时参数优化前后进行仿真，比较交叉口车辆的延误。可以从评价指标的分析结果，在模拟环境下，传统的感应控制信号时序仿真方案和半感应控制信号时间优化方案比较，总平均控制交叉口延误增加，十字路口整体服务水平降低，道路的主要方向进口和二级公路的方向控制延迟增加比优化方案。虽然模拟试验与现场试验存在一定的差异，但总的趋势具有一定的参考价值。因此，可以认为新算法的优化时间方案比仿真匹配方案更有优势。因此，本文提出的算法对提高交叉口的运行效率具有重要意义。

4 结束语

主要对最小绿灯时间优化模型进行研究和实例验证，同时对传统半感应控制方案和半感应控制优化配时方案进行了仿真和分析，通过评价指标分别与传统半感应控制方案和半感应控制优化配时方案进行对比分析，验证提出模型的可行性和正确性。

参考文献

[1] 谢飞，孙耀杰.基于通行优先的单交叉口感应控制优化设计[J].现代电子技术，2014，（1）：145-151.

[2] 景泰.随意条件下交叉口感应信号控制优化研究[D].兰州：兰州交通大学硕士学位论文，2014.