道路信號燈優化配時方案

 解決方案     |      2019-09-26 13:59:29
       隨著城市車輛數目的急劇增長,道路擁擠越來越嚴重,合理地對城市交通信號燈進行優化,設置合理的配時,對于改善交通流的質量,更好地利用現有運輸能力,實現交通流的安全性、快速性和舒適性都能起到很大作用。
       本文設計選擇的路段上有四個交叉口,其中兩個T字交叉口、兩個十字交叉口:
       四個交叉口均屬于定時信號配時。本次設計運用的是比較經典的英國的TRRL法,即將F·韋伯斯特—B·柯布理論在信號配時方面的使用。
       對單個交叉口的交通控制也稱為“點控制”。本節中使用TRRL法對各個交叉口的信號燈配時進行優化即是點控制中的主要內容。
       在對一個交叉口的信號燈配時進行優化時,主要的是根據調查所得的交通流量先確定該點的相位數和周期時長,然后確定各個相位的綠燈時間即綠信比。
四個交叉口信號優化計算過程如下:
金周路:          
1、金周路處的T字交叉口信號現狀設置為保護轉彎相位,同時設立有后延左轉相。現狀相位如圖1。

進口車流量如下表:

  北進口 南進口 東進口 西進口
交叉口
方向
金周路 - - - 303.5 - 51 95 1559.5 - - 2023 64
合計 - 354.5 1654.5 2087
根據調查數據可得在該處左轉的車輛較少,可以將后延左轉相合并到直行相位中。故將金周路相位定為兩相位,相位如圖2(右轉無專用相位)。

 
2、各進口飽和流量計算如下:
進口
方向
ST SL
參數 SbT fw HV fg fb n ST SbL fw HV fg fl n SL
南進口 - - - - - - - 1550 1 0.03 0.97 - 1 1503
東進口 1650 1 0.06 0.94 1 4 6230 1550 1 0 1 0.70 1 1318
西進口 1650 1 0.06 0.94 1 4 6384 - - - - - - -

金周路各進口道路縱坡為0,故G=0。
求得:y南左=0.2,y東直=0.25,y東左=0.07,y西直=0.32。
3、每個相位y的最佳計算:
y第一相位=max{y東直,y東左,y西直}=max{0.32,0.25,0.07}=0.32,
y第二相位=y南左=0.2
4、Y=y第一相位+y第二相位=0.32+0.2=0.52
5、黃燈時間A=3s,全紅時間為2s,故綠燈間隔時間I=3+2=5s,啟動損失時間ls=3s。
每周期總損失時間L=∑(ls+I-A)=25=10s
6、最佳周期長
7、有效綠燈時間Ge=C0-L=42-10=32s
 

8、顯示綠燈時間長
 g第一相位=Ge第一相位-A+LS=20-3+3=20s,
 g第二相位=Ge第二相位-A+LS=12-3+3=12s
金科北路
1、金科北路處的十字交叉口目前采用的相位方案是在主干道上有保護左轉彎相位的典型三相位。其相位圖如下:

進口道的車流量如下表:

  北進口 南進口 東進口 西進口
交叉口
方向
金科北路 100.5 436.5 74 39 63 28 268 1541.5 383.5 202 1651 208
合計 611 130 2193 2061
根據調查數據,東西方向左轉車輛占有量不大,故將該交叉口的相位方案改為兩相位,其相位圖如下:

2、各進口飽和流量計算如下:
金科北路路各進口道路縱坡為0,故G=0。

進口
方向
ST SL
參數 SbT fw HV fg fb n ST SbL fw HV fg fl n SL
北進口 1650 1 0.09 0.91 1 1.44 2256 1550 1 0.42 0.58 0.94 0.4 337
南進口 1650 1 0.42 0.58 1 0.97 1142 1550 1 0 1 0.92 0.8 1141
東進口 1650 1 0.06 0.94 1 3 4669 1550 1 0 1 - 1 1550
西進口 1650 1 0.06 0.94 1 3.2 4957 1550 1 0.04 0.96 - 1 1487
 
求得:y北直=0.19,y北左=0.30,y南直=0.06,y南左=0.03,y東直=0.33,y東左=0.17,y西直=0.33,y西左=0.14。
3、每個相位y的最佳計算:
y第一相位=max{y東直,y西直,y西左,y東左}=max{0.33,0.33,0.14,0.17}=0.33,
y第二相位=max{y北直,y北左,y南直,y南左}=max{0.19,0.30,0.06,0.03}=0.30
4、Y=y第一相位+y第二相位=0.33+0.30=0.63
5、黃燈時間A=3s,全紅時間為2s,故綠燈間隔時間I=3+2=5s,啟動損失時間ls=3s。
每周期總損失時間L=∑(ls+I-A)=25=10s
6、

7、有效綠燈時間Ge=C0-L=54-10=44s

8、顯示綠燈時間長
 g第一相位=Ge第一相位-A+LS=31-3+3=23s,
 g第二相位=Ge第二相位-A+LS=28-3+3=21s
金青路
1、金青路信號相位現為兩相位控制。其相位圖如下:

其中主干道的左轉并沒有設立專用的左轉相位。調查所得的數據也顯示出,從主干道左轉向支路的車輛相對很小,故現有的相位方案是合理的。
2、進口道的車流量如下表:

  北進口 南進口 東進口 西進口
交叉口
方向
金青路 198 - 52 - - - - 2141 46 45 1734.5 -
合計 250 - 2187 1779.5
 
3、各進口飽和流量計算如下:
因金青路各進口坡度為0,故G=0

進口
方向
ST SL
參數 SbT fw HV fg fb n ST SbL fw HV fg fl n SL
北進口 - - - - - - - 1550 1 0 1 1 0.792 1228
東進口 1650 1 0.07 0.93 1 3.7 5698 - - - - - - -
西進口 1650 1 0.08 0.92 1 4.2 6360 1550 1 0.08 0.92 0.92 0.8 1047
 
求得:y北左=0.16,y東直=0.38,y西直=0.,27,y西左=0.04。
4、每個相位y的最佳計算:
y第一相位=max{y東直,y西左,y西直}=max{0.38,0.27,0.04}=0.38,
y第二相位=y北左=0.16
5、Y=y第一相位+y第二相位=0.38+0.16=0.54
6、黃燈時間A=3s,全紅時間為2s,故綠燈間隔時間I=3+2=5s,啟動損失時間ls=3s。
每周期總損失時間L=∑(ls+I-A)=25=10s
7、

8、有效綠燈時間Ge=C0-L=43-10=33s

9、顯示綠燈時間長
 g第一相位=Ge第一相位-A+LS=23-3+3=23s,
 g第二相位=Ge第二相位-A+LS=10-3+3=10s
科興北路
1、科興北路現行的相位控制方案為有主干道左轉相位的三相位。其相位圖如下:

其各進口車流量調查數據如下表:

  北進口 南進口 東進口 西進口
交叉口
方向
科興北路 29 22 14 323 46 82 217 1850 54 40 1703.5 189
其中可以看出,主干道的左轉、支路的直行和左轉車輛數量都相對較少,主干道的直行車輛占據了很大的一部分比例。故可以將該交叉口的相位方案改變如下:

2、各進口飽和流量計算如下:
金科北路路各進口道路縱坡為0,故G=0。

進口
方向
ST SL
參數 SbT fw HV fg fb n ST SbL fw HV fg fl n SL
北進口 1650 1 0 1 0.98 1.04 1682 1550 1 0 1 0.98 0.7 1063
南進口 1650 1 0 1 0.98 0.48 776 1550 1 0 1 0.99 0.97 1488
東進口 1650 1 0.08 0.92 1 3.9 5936 1550 1 0 1 1 1 1550
西進口 1650 1 0.08 0.92 1 3.8 5745 1550 1 0 1 1 1 1550
 
求得:y北直=0.01,y北左=0.03,y南直=0.06,y南左=0.21,y東直=0.31,y東左=0.14,y西直=0.30,y西左=0.03。
4、每個相位y的最佳計算:
y第一相位=max{y東直,y西直,y西左,y東左}=max{0.31,0.30,0.03,0.14}=0.31,
y第二相位=max{y北直,y北左,y南直,y南左}=max{0.01,0.03,0.06,0.21}=0.21
5、Y=y第一相位+y第二相位=0.31+0.21=0.52
6、黃燈時間A=3s,全紅時間為2s,故綠燈間隔時間I=3+2=5s,啟動損失時間ls=3s。
每周期總損失時間L=∑(ls+I-A)=25=10s
7、

8、有效綠燈時間Ge=C0-L=42-10=32s

9、顯示綠燈時間長
 g第一相位=Ge第一相位-A+LS=19-3+3=19s,
 g第二相位=Ge第二相位-A+LS=13-3+3=13s

1、選定系統周期時長
因為該路段主道的車速限制為60km/h,輔道為40km/h,輔道為公交車用道,公交車輛較少,且車速與主要車流的車速有較大差異,在路段上有多個公交停靠站點,故不將公交車納入線控系統中。
優化后各交叉口信號參數如下:

交叉口
參數
周期時長 相位一綠燈(主干道) 相位二綠燈(支路) 相位三綠燈  (主干道左轉)
金周路 42 20 12 -
金科北路 54 23 21 -
金青路 43 23 10 -
科興北路 42 19 13 21
故將系統公共周期定為50s
2、數解法計算信號相位差
初始條件:本設計中包含4個交叉口,各個交叉口距離間距如下表:
交叉口間隔距離表(m)

間距
交叉口
金周路1 金科北路2 金青路3 科興北路4
  240 330 280
             
取有效數字簡寫為24、33、28。算得關鍵交叉口周期時長為50s,相應的系統帶速暫定為45km/h(12.5m/s)。
計算實際信號位置和理想信號位置的挪移量:
計算a列
先計算理想信號相位間距S=vC/2=12.527=337.5(取有效數字34)。以3410作為最合適的S的變動范圍,即24~44,填入a列,a列數字是假設理想信號位置。
 
 
 
 

             1             2             3             4
a
間距
24 33 28 b
24 0 9 13 11
25 24 7 10 14
26 24 5 7 17
27 24 3 4 20
28 24 1 1 23
29 24 28 27 3
30 24 27 25 3
31 24 26 23 5
32 24 25 21 7
33 24 24 19 9
34 24 23 17 10
35 24 22 15 11
36 24 21 13 12
37 24 20 11 13
38 24 19 9 14
39 24 18 7 15
40 24 17 5 16
41 24 16 3 17
42 24 15 1 18
43 24 14 42 18
確定最合適的理想信號位置
由上表可知,當a=28時,b=23為最大值。取b為最大值時,對應a的值,即可得1-4交叉口各信號與理想信號最小的挪移量,確定理想信號相位間距為280m,即當S=vC/2=280時,可以得到最好的系統協調效率。從計算b列的過程可以看出交叉口3-2同理想信號間的挪移量之差最大,為23,則理想信號同3間的挪移量為:
(a-b)/2=(28-23)/2=2.5
因此,各實際信號距理想信號的挪移量最大為2.5。
理想信號距3為2.5,則距1為1.5,即自1前移15m即為第一理想信號,以此做出理想信號位置和實際信號點相對位置圖如下:

作連續行駛通過帶,求時差
根據上圖將理想信號按列次填在最靠近的實際信號下面,再將各信號在理想信號的左右位置填入表中。

交叉路口 金周路1 金科北路2 金青路3 科興北路4
理想信號 A B C D
各信號位置
主干道方向綠信比λ(%) 48 43 53 45
綠信比損失(%) 5.4 8.9 8.9 8.9
偏移綠信比(%) 2.7 4.45 4.45 4.45
有效綠信比(%) 42.6 34.1 44.1 36.1
中心線上方綠信比(%) 21.3 17.05* 22.05 18.05
中心線下方綠信比(%) 26.7 25.95* 30.95 26.95
綠時差(%) 76 28.5 73.5 27.5
通過帶寬度(%) 17.05+25.95=43
如保持原定周期時長,則系統帶速須調整為:
V=2s/C=2280/50=11.2m/s=41km/s
經過以上對各交叉口各相位的綠燈時長的計算,可得到干線協調控制中各交叉口的信號配時方案,如下表:

交叉口 相位1關鍵車流 相位1綠信比 相位2關鍵車流 相位2綠信比 損失時間/s 總有效綠燈時間/s
金周路 西直 0.48 南左 0.29 10 40
金科北路 東西直 0.43 北左 0.39 10 40
金青路 東直 0.53 北左 0.23 10 40
科興北路 東直 0.45 南左 0.31 10 40
系統周期為50s,東西向為干線協調控制方向
根據上表計算結果,用時間-距離圖表示如下:

VISSIM仿真效果及評價
上步將該路段的綠波交通已經完成,優化后的路段上能明顯看出綠波,即車輛不停車或少停車就可通過該路段。將上步算得的信號燈配時結果輸入到VISSIM中,選擇相同長度路段的行程時間、平均排隊長度和停車次數作為現狀和優化后的路段性能評價指標。在VISSIM中將評價指標的值輸出到文件,其數據如圖:

未優化時的行程記錄表圖

優化后的行程記錄表圖

優化前的排隊長度記錄圖

優化后排隊長度記錄圖
數解法方案和優化前現狀對比
根據VISSIM輸出的以上文件,可以得出下表:

  未協調 綠波協調
行程時間 134.8 101.3
平均停車次數 137 80
平均排隊長度 28.6 7.25
根據上表的仿真結果統計,可以明顯看出,優化后的各項評價指標高于未優化時。說明本設計通過數解法對該路段的優化,能夠明顯地提高該路段的通行性能,減小車輛在各交叉口的等待時間,同時減少車輛遇到的紅燈次數,本次設計是有效的。
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