紅綠燈配時及其優(yōu)化設計張帥（魯東高校交通學院交通類0603班）摘要:隨著城市車輛數(shù)目的急劇增長，車輛與路面的沖突越來越突出，增加道路面積只能治標不治本。實踐證明，合理地對城市紅綠燈進行優(yōu)化設計,將高峰期和緩峰期分開對待，設置合理的配時方案，對于改善交通流的質(zhì)量，更好地采用現(xiàn)有運輸力量,實現(xiàn)交通流的平安性、快速性和舒適性都能起到很大作用。文中依據(jù)城市道路的交通流量及飽和流量結合所提出的算法對單交叉口設計出一種較優(yōu)的配時方案。關鍵詞:交通流量;飽和流量;信號燈配時;信號燈周期湘位中圖TheTime-distributingandOptimizedDesignofIntelligentTrafficSignalLightsZhangShuai(Class0603ofTransportationCollegeofLudongUniversity)Abstract:Withtherapidincreaseofthenumberofvehiclesinthecity,thecontradictionofthevehiclesandroadsbecomesmoreandmoreoutstanding,increasingtheareaofroadsisnotanessentialbutasuperficialmethodtoresolvethisproblem.Practiceshaveprovedthatreasonablecontrollingontrafficsignallightsinthecityandseparatingthefast-igiumandnormalperiodoftrafficfluxcanplayasignificantroleinimprovingthequalityoftrafficflux,takingmoreadvantageofcurrenttransportability,reducingtheenvironmentpollutionimplementingthesecurity,speedinessandcomfortoftrafficflux.Thispaperputsforwardakindoffinetime-distributingschemeaboutsinglecrossroadaccordingtothetrafficfluxandsaturatedfluxofroadinthecityandthedoublecyclesalgorithmadvanced.Allthealgorithmshavebeenturnedtotheapplicationsoftware.Keywords:trafficflux;approachingflux;trafficlighttime-distributing;trafficlightcycle;direction1城市交通信號掌握的爭論意義城市交通信號掌握的爭論意義交通是城市經(jīng)濟活動的命脈，對城市經(jīng)濟進展、人民生活水平提高起著非常重要的作用。汽車工業(yè)在給人們帶來各種便利的同時，也帶來了一系列令人困惑的問題，如環(huán)境污染、交通擁擠、交通事故的頻繁發(fā)生等，給人們的生命財產(chǎn)帶來很大的損失。城市交通問題是困擾城市進展、制約城市經(jīng)濟建設的重要因素，人們對交通有效掌握的意識越來越劇烈了[1]。據(jù)有關資料介紹,1978年至1995年我們國家城市機動車的保有量的增長速度是道路增長速度的80倍。1995年之后車輛速度增加更快，目前，北京每百戶擁有小汽車12輛;10年來，上海道路的長度增長了108%,面積增長了142%,但機動車輛卻增長了470%。城市道路增長有限與車輛增加近似無限這對沖突，是導致城市交通擁擠的根本緣由。為適應交通量猛增的趨勢,緩解道路擁擠狀況,國內(nèi)很多城市實行延長道路、加寬路面、建高架路（立交橋）等措施，收效雖明顯，但又是有限的。城市交通信號掌握是通過對交通流的調(diào)整、警告和誘導以達到改善人和貨物的平安運輸，提高運營效率。其目標在于改善交通流的質(zhì)量，更好地采用現(xiàn)有運輸力量，實現(xiàn)交通流的平安性、快速性和舒適性［2］。2單交叉路口交通信號實時優(yōu)化掌握對于不同的交通路口，交通車流呈現(xiàn)很大的隨機性，車輛行駛過程也是一種隨機過程，因而實施相位掌握應針對不同的車流狀況實行不同的方案。對交叉路口交通信號優(yōu)化掌握，通常有以下幾種方法：1）針對信號周期進行優(yōu)化；2）針對相位信號配時（或綠信比）進行優(yōu)化;3）針對周期和相位信號配時（和綠信比）同時進行優(yōu)化，甚至還包括相位信號挨次的優(yōu)化；4）綜合進行優(yōu)化（針對交通流高峰期整個時間段）。一種配時方案的轉(zhuǎn)變，將對各個車道的車流產(chǎn)生很大影響。目前，對于城市交通網(wǎng)絡的優(yōu)化掌握爭論，大多是針對城市交通網(wǎng)絡的交通流安排進行優(yōu)化，或依據(jù)出行者起訖點之間路徑按時間最短優(yōu)化掌握，或是按城市流通力量最大的交通流安排優(yōu)化掌握等。也有個別文獻提出了針對信號周期或信號時間區(qū)間進行優(yōu)化，而所實行的優(yōu)化方法大多為傳統(tǒng)的優(yōu)化方法，如黃金分割法、爬山法、網(wǎng)格搜尋法等［3］。但對于交叉口多相位交通信號配時優(yōu)化掌握涉及很少。下面針對單交叉口多相位的交通信號采納最優(yōu)化方法配時進行爭論。單交叉口交通流淌態(tài)模型城市單交叉路口的交通流如圖1所示。圖1城市單交叉路口平面圖東、南、西、北4個方向，每個方向均存在左轉(zhuǎn)、直行、右轉(zhuǎn)3個車道流。對路口各個車道車流量進行實時檢測而獲得車流量信息,為優(yōu)化決策供應必要的數(shù)據(jù)。由于各個方向的車流是隨機變化的，若依據(jù)各個車道的車流檢測信息，以交叉路口流通力量最大、平均延誤時間最小或排隊等候的車輛數(shù)最少為優(yōu)化目標函數(shù)，對交叉路口車流狀況進行綜合優(yōu)化，實時修正各個相位的配時，則有利于減輕交通擁擠程度，使之獲得最佳性能指標。信號燈周期的確定為了便于理解，先給出與交通信號掌握有關的概念的定義：1）交通流量:單位時間內(nèi)通過某一位置的車輛數(shù)，單位為輛/小時（或輛/秒）。2）進口道飽和流量:指在一次連續(xù)的綠燈時間內(nèi)，交叉口進車道上車隊能夠連續(xù)通過停車線的折算為當量的最多車輛數(shù)。3）周期時長:指信號燈的各種燈色輪番顯示一次所需要的時間。也即各種顯示時間之總和。周期是打算點掌握定時信號交通效益的關鍵掌握參數(shù)。一般信號燈的最短周期時長不少于36秒，否則就不能保證幾個方向的車輛順當通過交叉口。最長周期時長一般不超過120秒,否則可能引起等待司機的煩躁或誤認為燈色掌握已經(jīng)失靈。但是在實際中交叉口的信號燈周期一般都大于120秒。周期計算數(shù)學基礎：設ui表示i方向的車流量,,vi表示i方向的最大通過度（即車輛飽和時該路口單位時間內(nèi)所能通過的最大車輛數(shù)）。以A表示周期,ai表示i方向的黃燈時間?；槌蓪Φ姆较驗?東西向直行;南北向直行;東左轉(zhuǎn)，西左轉(zhuǎn),南右轉(zhuǎn)，北右轉(zhuǎn);南左轉(zhuǎn)，北左轉(zhuǎn)，東右轉(zhuǎn)，西右轉(zhuǎn)。在設計過程中，未考慮右轉(zhuǎn)車流量對設定周期的影響，由于右轉(zhuǎn)車通行的時間比較富裕，為右轉(zhuǎn)車配時時只需考慮與它有沖突的相應方向穿越公路的行人，對整個周期的確定沒有影響。令ci=Aui/vi,其中Aui為某方向在一個周期內(nèi)的來車數(shù)，該式ci的意義為:一個周期（時間為A）內(nèi)i方向的車流量全部通過該路口所需的時間。令dj=max{ci|i￡j}j=l,2,3,4;d二Ed,d表示4個成對方向中車流量?飽和量較大的那個方向通行所需時間總和。ej=dj/d,ej為每個成對方向中所需通行時間最大的那一個方向占總時間的比例。el:e2:e3:e4即為4個方向的綠信比。則計算周期A的公式為：dWA-(al+a2+a3+a4),每個相位的最大通行時間為：t=A*e-a(i^j),該公式的意義為:4個方向中車流量/飽和量較大的那個方向通行所需時間總和必需不大于一個周期中的有效時間。若滿意此不等式則可保證一個周期內(nèi)各方向車輛均能完全順當通過該路口。取滿意上式的最小的A值為周期。在滿意全部的車輛在一個周期內(nèi)都全部能通行的前提下調(diào)期越小，車輛的等待時間越小，交叉路口的滯留車輛數(shù)越小。當交通需求較小時,信號周期則應較短,但一般不能少于PX15秒(P為相位數(shù))，以保證某一方向車輛準時平安通過路口;當交通需求較大時，信號周期則應較長，但一般不能超過120秒,否則某一方向的紅燈時間將超過60秒，駕駛員心理上不能忍受。當交通需求很小時，一般按最小周期運行;當交通需求很大時,只能按最大周期掌握，此時車輛堵塞現(xiàn)象已不行避開。為各相位安排通行時間依據(jù)上文中計算出來的周期及各相位的綠信比,對各方向進行配時：ti=(A*ci/d)-a。即周期時間乘以它在整個周期中所占時間的比例再減去黃燈損失時間得每個相位所需的綠燈通行時間。由此計算出各相位的時間后，若某方向被安排時間較少，則可能無法保證該方向車輛全部平安通過，在此我們設置了一個最短通行時間為15秒，并且還規(guī)定某對方向中安排時間最長的相位不得少于20秒，且最長通行時間不大于50秒。確定各相位綠燈起止時間現(xiàn)有的傳統(tǒng)的配時方法是各成對方向取相同配時，這樣有很大的弊端，由于一般狀況下成對方向的相應道路的最大通過度(通行力量)基本相同，但是它們的車流量卻可能有較大差別，因此它們所應安排的時間應當依據(jù)實際需求而不是籠統(tǒng)地取一樣的時間。現(xiàn)在已經(jīng)得出各相位所需的通行時間

配時，下面依據(jù)該配時及相位沖突來確定時

序，即確定各個相位的綠燈起止時間。各相位

的約束條件見圖2。圖2相位約束圖圖中有直線相鄰的點不允許相重。傳統(tǒng)配時方法按東直、西直,東左、西左,南直、北直,南左、北左的挨次劃出4個時間段，在當前信號燈的配時下成對的方向時間一樣，即為每一相位中各個方向安排相同時間tj(見圖圖3傳統(tǒng)配時相位時間段安排平移法從圖3中，可以看出在a3,b3,a4,b4時間段內(nèi)，由于它們所需時間比相應的方向要少,因而消失了空余時間不能充分采用，下面用平移法可將這段時間加以采用：固定al,a3,依次將bl,b3,a2,a4,b2,b4向左平移最大可能距離，以不發(fā)生沖突為極限,即滿意圖2中有連線的相位不沖突。將bl,的起點移到a3的終點；b3的起點移到al的終點；a2的起點移到b3的終點;a4的起點移到bl的終點；b2的起點移到a4的終點;b4的起點移到a2的終點。圖4中紅線相接的挨次是al,b3,a2,b4,黑線相接的挨次是::a3,bl,a4,b20明顯所得的配置是最優(yōu)配置。至此，單周期的信號燈配置到此結束。在上述的爭論中未考慮道路的車道數(shù)問題，在實際中當左轉(zhuǎn)車、右轉(zhuǎn)車、直行車共用一條道路時，由于要爭用道路,就會影響行車速度,此時需考慮為某方向延長通行時間。圖4平移后所得各相位時間段分布試驗結果經(jīng)過對算法的不斷改進和優(yōu)化,采用雙周期法，將兩個單周期合并為一個雙周期，這樣可以節(jié)約肯定的時間，對設計出來的配時結果進行了仿真模擬測試，所用的模擬軟件是德國PTV公司的Vissim交通仿真模擬軟件，我們對合肥市幾個車流量較大的交叉路口（三孝口，四牌樓）進行了模擬，并與當前這些路口的配時模擬結果進行了比較，選擇平均排領隊度、平均等待時間和停車次數(shù)作為參數(shù)進行比較，仿真時間為9600秒，每600秒統(tǒng)計一次，除去了前600秒與后600秒的數(shù)據(jù)，由于開頭和結束時的數(shù)據(jù)不太精確 。結果見表1、表2,其中方案一指我們的配時模擬結果，方案二指當前配時的模擬結果。從表1、表2可以看出，對平均排領隊度、平均等待時間、停車次數(shù)等路口性能參數(shù)的測定，用我們的配時所模擬的結果比當前的配時模擬結果優(yōu)化了很多。結論及展望這里所用的配時方法是我們提出的雙周期法［4］,從試驗結果中可以看出，這個算法比傳統(tǒng)算法優(yōu)化很多，但同時也看到,在設計過程中還未考慮非機動車輛和行人的因表1三孝口路口模擬結果比較\參數(shù)方向\平均排隊長度（米）平均等恃時間（秒）停車次數(shù)方案一方案二方案一方案二方案一方案二東直行33.651.639.863.7104.8109.4東左轉(zhuǎn)41.565.939.059.668.772.5南直行24.846.342.158.540.497.8南左轉(zhuǎn)32.650.448.085.098.150.2西直行33.738.646.358.185.379.4西左轉(zhuǎn)32.933.943.646.7101.641.1北直行29.446.039.258.992.2100.4北左轉(zhuǎn)25.437.445.665.939.138.4加權平均42.361.7表2四牌樓路口模擬結果比較\參數(shù)方向\平均排隊長度平均等待時間停車次數(shù)方案一方案二方案一方案二方案一方案二東直行23.235.333.554.177.981.3東左轉(zhuǎn)23.141