交通配时方案

红绿灯配时及其优化设计

张帅

(鲁东大学交通学院交通类0603班)

摘要:随着城市车辆数目的急剧增长,车辆与路面的矛盾越来越突出,增加道路面积只能治标不治本。实践证明,合理地对城市红绿灯进行优化设计,将高峰期和缓峰期分开对待,设置合理的配时方案,对于改善交通流的质量,更好地利用现有运输能力,实现交通流的安全性、快速性和舒适性都能起到很大作用。文中根据城市道路的交通流量及饱和流量结合所提出的算法对单交叉口设计出一种较优的配时方案。

关键词:交通流量;饱和流量;信号灯配时;信号灯周期;相位中图The Time-distributing and Optimized Design of Intelligent

Traffic Signal Lights

Zhang Shuai

(Class0603 of Transportation College of Ludong University) Abstract: With the rapid increase of the number of vehicles in the city ,the contradiction of the vehicles and roads becomes more and more outstanding , increasing the area of roads is not an essential but a superficial method to resolve this problem .Practices have proved that reasonable controlling on traffic signal lights in the city and separating the fast-igium and normal period of traffic flux can play a significant role in improving the quality of traffic flux , taking more advantage of current transport ability, reducing the environment pollution ,implementing the security , speediness and comfort of traffic flux .This paper puts forward a kind of fine time-distributing scheme about single crossroad according to the traffic flux and saturated flux of road in the city and the double cycles algorithm advanced .All the algorithms have been turned to the application software .

Keywords:traffic flux; approaching flux; traffic light time-distributing;

traffic light cycle; direction

1城市交通信号控制的研究意义

城市交通信号控制的研究意义交通是城市经济活动的命脉,对城市经济发展、人民生活水平提高起着十分重要的作用。汽车工业在给人们带来各种便利的同时,也带来了一系列令人困惑的问题,如环境污染、交通拥挤、交通事故的频繁发生等,给人们的生命财产带来很大的损失。城市交通问题是困扰城市发展、制约城市经济建设的重要因素,人们对交通有效控制的意识越来越强烈了[1]。

据有关资料介绍,1978年至1995年我国城市机动车的保有量的增长速度是道路增长速度的80倍。1995年之后车辆速度增加更快,目前,北京每百户拥有小汽车12辆;10年来,上海道路的长度增长了108%,面积增长了142%,但机动车辆却增长了470%。城市道路增长有限与车辆增加近似无限这对矛盾,是导致城市交通拥挤的根本原因。为适应交通量猛增的趋势,缓解道路拥挤状况,国内许多城市采取延长道路、加宽路面、建高架路(立交桥)等措施,收效虽明显,但又是有限的。

城市交通信号控制是通过对交通流的调节、警告和诱导以达到改善人和货物的安全运输,提高运营效率。其目标在于改善交通

流的质量,更好地利用现有运输能力,实现交通流的安全性、快速性和舒适性[2]。

2单交叉路口交通信号实时优化控制

对于不同的交通路口,交通车流呈现很大的随机性,车辆行驶过程也是一种随机过程,因而实施相位控制应针对不同的车流情况采取不同的方案。对交叉路口交通信号优化控制,通常有以下几种方法:

1)针对信号周期进行优化;

2)针对相位信号配时(或绿信比)进行优化;

3)针对周期和相位信号配时(和绿信比)同

时进行优化,甚至还包括相位信号顺序

的优化;

4)综合进行优化(针对交通流高峰期整个

时间段)。

一种配时方案的改变,将对各个车道的车流产生很大影响。目前,对于城市交通网络的优化控制研究,大多是针对城市交通网络的交通流分配进行优化,或依据出行者起讫点之间路径按时间最短优化控制,或是按城市流通能力最大的交通流分配优化控制等。也有个别文献提出了针对信号周期或信号时间区间进行优化,而所采取的优化方法大多为传统的优化方法,如黄金分割法、爬山法、网格搜索法等[3]。但对于交叉口多相位交通信号配时优化控制涉及很少。下面针对单交叉口多相位的交通信号采用最优化方法配时进行讨论。

2.1单交叉口交通流动态模型

城市单交叉路口的交通流如图1所示。

图1城市单交叉路口平面图

东、南、西、北4个方向,每个方向均存在左转、直行、右转3个车道流。对路口各个车道车流量进行实时检测而获得车流量信息,为优化决策提供必要的数据。由于各个方向的车流是随机变化的,若依据各个车道的车流检测信息,以交叉路口流通能力最大、平均延误时间最小或排队等候的车辆数最少为优化目标函数,对交叉路口车流情况进行综合优化,实时修正各个相位的配时,则有利于减轻交通拥挤程度,使之获得最佳性能指标。

2.2信号灯周期的确定为了便于理解,先给

出与交通信号控制有关的概念的定义: 1)交通流量:单位时间内通过某一位置的

车辆数,单位为辆/小时(或辆/秒)。

2)进口道饱和流量:指在一次连续的绿灯

时间内,交叉口进车道上车队能够连续

通过停车线的折算为当量的最多车辆数。

3)周期时长:指信号灯的各种灯色轮流显

示一次所需要的时间。也即各种显示时

间之总和。周期是决定点控制定时信号

交通效益的关键控制参数。一般信号灯

的最短周期时长不少于36秒,否则就不

能保证几个方向的车辆顺利通过交叉口。

最长周期时长一般不超过120秒,否则可

能引起等待司机的烦躁或误认为灯色控

制已经失灵。但是在实际中交叉口的信

号灯周期一般都大于120秒。

周期计算数学基础:

设ui表示ｉ方向的车流量, ,vi表示ｉ方向的最大通过量(即车辆饱和时该路口单位时间内所能通过的最大车辆数)。以Ａ表示周期, ai表示ｉ方向的黄灯时间。

互为成对的方向为:东西向直行;南北向直行;东左转,西左转,南右转,北右转;南左转,北左转,东右转,西右转。

在设计过程中,未考虑右转车流量对设定周期的影响,因为右转车通行的时间比较宽裕,为右转车配时时只需考虑与它有冲突的相应方向穿越马路的行人,对整个周期的确定没有影响。

令ci= Aui/vi,其中Aui为某方向在一个周期内的来车数,该式ci的意义为:一个周期(时间为Ａ)内ｉ方向的车流量全部通过该路口所需的时间。