刘肇湛 黎建辉 谢尚东 林伟韩 张海洋

（广州大学土木工程学院，广东 广州510006）

大量实践表明，建设大量交通基础设施，管控路面上的车流，已经难以满足未来的道路发展需要。加强交通基础建设是优化交通管控的传统措施，而在当下以及未来，应采取智能交通等方法，以信息化的工具控制交通，减缓拥堵。本课题将从优化绿波带控制的方式入手，进行有效且符合长期规划的方法，并以南沙新区市南大道与鸡谷山路、黄阁大道、环岛中路相交的三个相邻的交叉路口为例进行研究，对该绿波带得到进一步优化。

1 研究步骤

通过对南沙区市南大道三个交叉口的数据调查，得出交叉口饱和流率、交叉口间距、信号配时。然后将这些数据导入VISSIM 中进行仿真，优化后再次仿真并对比，最终得出结果。

2 数据调查

本课题选取的是广州南沙新区市南大道与鸡谷山路、黄阁大道、环岛中路相交的三个相邻的交叉路口，起点是鸡谷山路，终点是环岛中路。仿真路段长度约为2.2km，道路总宽度33.5m，横断面为两板块布局，左右两侧为机动车道，中间为中央分隔带。本次研究选取的交叉口都位于市南大道上。市南大道作为连接番禺大道和金沙路的要道，交通量大，交通参与者数量多。在上下班高峰期机动车与非机动车以及行人，两两之间经常形成冲突，交通事故易发，具有一定的安全隐患。

2.1 交叉口饱和流率

通过实地调查与内业计算，各交叉口的进口道饱和流量计算结果如表1 所示。

2.2 相邻交叉口间距与路段平均行程速度

表1 各进口道饱和流量

鸡谷山路- 市南大道交叉口与黄阁大道- 市南大道交叉口间距约为1.5km，市南大道- 黄阁大道交叉口与市南大道- 环岛中路交叉口间距约为3.2km。

路段平均行程速度为：鸡谷山路至黄阁大道时速为50km/h，黄阁大道至环岛中路时速为48 km/h。

在交互式协调系统中，连接到系统中相邻交叉口的信号同时显示相反的灯光颜色。当两交叉口之间行驶时间为信号周期时长的1/2 时。为了车辆可以接续通过交叉口，可以采用交互式调和系统。系统周期的计算公式如公式（1）：

式(1)中：C 为系统周期，s；S 为两信号间间距，s；V 为车辆连续通过时速度，km/h。

表2 改善后的鸡谷山路- 市南大道交叉口信号时间

表3 改善后的黄阁大道- 市南大道交叉口信号时间

表4 改善后的环岛中路- 市南大道交叉口信号时间

经计算，车速v=60km/h，系统周期C=128s。接下来采用韦伯斯特[1]公式对交通量进行分析，分析得出交通信号周期，其数值分别为150s、148s 和136s。三个交叉口计算的周期为：鸡谷山路交叉口为168s，黄阁大道交叉口为165s，环岛中路交叉口为160s，最大周期长度为168s（鸡谷山路交叉口），与计算的系统周期长度相差40s，差别不大。因此系统周期长度为128s。确定系统周期长度为128s 秒后，每个交叉口的绿灯时间根据每个相位的流量比确定。改善每个交叉口的交通信号时间，如表2、表3、表4 所示。

2.3 确定相位差

在协调线路控制系统中，通常采用图解法[2]和数值法计算相邻信号间的相位差。而在本优化方案中将使用图解法确定相位差。

2.3.1 首先，在线路上做红灯粗线段，形成在每个交叉口处交互同步组合的双向线路控制系统。

2.3.2 在图上画出最终的通过带，并计算通过带速度、带宽和周期长度的百分比。通过延长周期时间来解决带速与实际速度相比过高的问题，目的是降低带速。其目的也是为了将带速度控制在一定范围内。

2.3.3 调整绿信比。每个交叉口的绿信比在实际情况下都有差异。可采用以下调整方法：不移动根据上述计算中得出的每个路口红灯的中心位置，只根据实际绿灯信号比延长或缩短红灯的时间。

采用图解法得出相邻的协调线控制系统的相位差，如图1所示。

图1 相邻的协调线控制系统的相位差

3 仿真分析

基本思路是首先对三个交叉口建立交通仿真模型，然后利用VISSIM软件进行分析。首先在VISSIM软件中利用卫星图建立基本路网，导入前期调查得到的基本交通数据，其中包含交通信号时长、车辆行驶速度、交通量等参数。

建立仿真模型:

对建立完成的实际情况的交通模型进行仿真分析，并得到初步的仿真结果，如图2、图3、图4 所示。在运算完对应的信号配时之后，即可进行项目的主干道线协调控制。方法是输入调整后的相关参数，再次对相关模型进行标定，即将首次仿真的数据更改后再次进行仿真。得到的结果如图5 所示。

对比主干道线协调控制前后的模型变化，进行优化后道路上车流的运行状况得到了改善，相比以往，减少了车辆等待红灯所需时间，达到了预期目标。具体的分析结果如表5 所示。

图2 鸡谷山路- 市南大道仿真结果

图3 黄阁大道- 市南大道仿真结果

图4 环岛中路- 市南大道仿真结果

图5 标定模型后的仿真结果

计算各进口道行程时间延误和总延误[3]后可以得出，鸡谷山路至黄阁大道时间间隔最低为51.4 s，黄阁大道至环岛中路时间间隔最低为28.3 s 时，行程延误与系统总延误达到最小值，同时也为相邻绿灯间隔时间。

表5 实际与设计后行程时间延误与总延误

通过表5 对比可得，优化前后的行程时间延误与系统总延误都得到了明显下降，说明优化起到了明显的改善作用，符合预期的绿波交通的目标。

4 结论

通过对上述三个交叉口的仿真分析，得出了以下结论：

4.1 解决了信号周期时长不能跟随道路上车流量变化的弊端，提出一种软硬件解决方案，提高通行效率。

4.2 对交通信号灯控制系统为基础进行研究。以交互式协调控制模型为调整方法，对道路各交叉口信号配时进行优化，最终获得了系统的最佳信号配时。

4.3 本次的相位差调整优化幅度较大，真正优化了市南大道的通行能力，有广泛的应用前景和推广价值。