双向绿波交通实现方法

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挤问题。尤其是在发展中国家,因交通拥挤所带来的社会经济损失越来越大。由于土地和资金的有限性,交通学者们发现仅依靠扩建道路这样传统的方法难以从根本上解决问题。这就要求政府从管理与控制的角度入手,最大限度的利用现有的道路设施,以保证城市道路,特别是城市主干道的畅通。干线信号协调控制方法若得到有效运用,则可避免多数车辆在交叉口遭遇红灯,而其实现的这种现象又被交通界形象的称之为“绿波交通”。

2理论设计

本章依次对相位差、绿波带宽度、公共周期长度三个参数进行设计。这三点是构成理论的基础,而这些参数又受到行驶车速、交通量的制约(图1、图2)。

2.1车速与相位差(offset)

绿灯信号相位差(即相邻交叉口同一相位绿灯信号开始时间差)由车速与交叉口间距共同决定。各交叉口间距随着城市规划建设已然固定,这样,车速就成为了影响相位差的惟一因素。若某一交叉口的双向车辆以任意的车速进行行驶,则不可能保证双向车辆在同一时刻到达这一交叉口,这就势必使一方或双方车辆遭遇红灯。因此,这就需要双向车辆按照交管中心设定的车速(或称为推荐车速)进行行驶,以保证能在同一时刻到达某一交叉口。作为前提条件,交管中心在计算双向推荐车速之前需知道交叉口间距与车队驶过上一交叉口的时刻。上述内容可以用式(1)进行表示。由式(1)可知,若各交叉口间距相差不大《(城市道路交叉口设计规程CJJ152-2010》要求:干路交叉口间距宜大致相等),则系统提供的双向推荐车速不会有太大差别,但现实(例如秦皇岛市河北大街中、西段上的各交叉口间距)往往大相径庭。此外,系统的推荐车速不应超过干道本身的限制车速上限(城市干道分类等级及相应的设计车速应符合《城市道路设计规范CJJ37-90》)(/)(/)1121232323推推t+Lv=t+Lv(1)其中:t1、t3为车队驶过交叉口1、3的时刻。

2.2车队长度与绿波带宽度(bandwidth)

车队长度与其通过交叉口的车速共同决定了绿波带的宽度。而车速(干道车速与交叉口车速的换算关系参照《城市道路交叉口设计规程CJJ152-2010》)已经由式(1)得出,因此,只要准确测定交通量(行驶中的车队长度)即可。平峰或低峰时段的城市主干道的双向交通量往往相差不大,所以,双向绿波带的宽度也相差无几。若出现双向流量不等的情况,则本着尽量不累积停车数量的原则,按照式(2)进行计算:max{,}qpkpqkkG=GGk(2)因为,若在某一个信号周期内积累了一定数量的车辆,则在下个周期内就不得不在一定程度上增大绿波带宽度。而信号周期长度与绿波带宽度并不能无限制的延长。式(2)会无形之中增加(直行)绿波带宽度,也就是要求尽量保持城市主干道的畅通。这就势必会导致支干道上的车辆遭遇红灯(在此只讨论干线控制),这将是下一步研究的重点。

2.3公用周期长度(publiccyclelength)

若进行独立控制,则各交叉口的信号周期长度一般各不相同。但若进行干线信号协调控制,就必须要求各交叉口具有统一的信号周期长度。其设定方法为:max{}kC=Ck(3)即要选择交通量最大的交叉口的信号周期作为统一的信号周期长度。在短时间内,公用周期长度基本保持不变,而绿波带宽度则随着实时交通量与车速的变化而变化。这直接导致绿信比(split)的变化,交管中心可以通过控制各交叉口的绿信比来实现绿波交通。对于现实中的城市主干道(例如秦皇岛市河北大街中、西段),在统一各交叉口的信号周期长度之前,应根据实际情况适当调整若干相邻交叉口的信号相位,尽可能使其在没有特殊的情况下保持一致,这种做法将有利于绿波交通的实施[1]。

3实现方法

3.1车速与车队长度的测定

由于车速、车队长度都会实时变化,因此,若不对实时交通信息进行准确把握,将会严重影响绿波交通的实施效果(例如出现“二次停车”或绿灯信号浪费等现象)。对于此问题,交管中心可以在图2中所示位置处布设电子眼或是感应线圈,对各车道内的车辆数进行实时监测。对于qp方向,监测仪1对qp交叉口之间出发的车辆进行监测,监测仪2则可以感应从交叉口q驶来的车辆数量。同理,pq方向也是一样。这样设置监测仪可以更精准的监测实时交通量与车速。

3.2信号协调控制

在交叉口数量不多且为干线(即非区域)协调控制的情况下,可采用简单的集中式控制系统。即一台中心计算机直接控制每个信号控制机。中央计算机把控制指令直接传递到控制机,这样每个交叉口只需要一个标准的信号控制机和接口单元,不需要执行任何软件的功能[2]。具体的流程如图3所示。

4结语

在实际操作的过程中,此方法不可能保证车辆到达所有交叉口时都不会遭遇红灯。例如:对于(1)在两个相邻交叉口之间出发的车辆;(2)在某交叉口转弯驶入(驶出)主干道的车辆。但是,至少可以做到让一直沿城市主干道行驶的直行车辆尽量减少遭遇红灯的次数,从而减少大量车辆的时间延误损失,这对于控制城市主干道的交通流量,提高交通运行效率来说具有重要的意义。正如上文所述,此方法的有效实施需要一定的前提条件,若交叉口出现过饱和情况(例如高峰时段),则会严重影响绿波交通的实施效果。在这种情况下,为了提高绿波交通的实施效果,避免因交叉口过饱和而产生的“二次停车”现象的出现,就需要对城市主干道实施流入量控制,这是下一步研究的重点。