道路信号灯优化配时方案

 解决方案     |      2019-07-10 10:50:58
       随着城市车辆数目的急剧增长,道路拥挤越来越严重,合理地对城市交通信号灯进行优化,设置合理的配时,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。
       本文设计选择的路段上有四个交叉口,其中两个T字交叉口、两个十字交叉口:
       四个交叉口均属于定时信号配时。本次设计运用的是比较经典的英国的TRRL法,即将F·韦伯斯特—B·柯布理论在信号配时方面的使用。
       对单个交叉口的交通控制也称为“点控制”。本节中使用TRRL法对各个交叉口的信号灯配时进行优化即是点控制中的主要内容。
       在对一个交叉口的信号灯配时进行优化时,主要的是根据调查所得的交通流量先确定该点的相位数和周期时长,然后确定各个相位的绿灯时间即绿信比。
四个交叉口信号优化计算过程如下:
金周路:          
1、金周路处的T字交叉口信号现状设置为保护转弯相位,同时设立有后延左转相。现状相位如图1。

进口车流量如下表:

  北进口 南进口 东进口 西进口
交叉口
方向
金周路 - - - 303.5 - 51 95 1559.5 - - 2023 64
合计 - 354.5 1654.5 2087
根据调查数据可得在该处左转的车辆较少,可以将后延左转相合并到直行相位中。故将金周路相位定为两相位,相位如图2(右转无专用相位)。

 
2、各进口饱和流量计算如下:
进口
方向
ST SL
参数 SbT fw HV fg fb n ST SbL fw HV fg fl n SL
南进口 - - - - - - - 1550 1 0.03 0.97 - 1 1503
东进口 1650 1 0.06 0.94 1 4 6230 1550 1 0 1 0.70 1 1318
西进口 1650 1 0.06 0.94 1 4 6384 - - - - - - -

金周路各进口道路纵坡为0,故G=0。
求得:y南左=0.2,y东直=0.25,y东左=0.07,y西直=0.32。
3、每个相位y的最佳计算:
y第一相位=max{y东直,y东左,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、黄灯时间A=3s,全红时间为2s,故绿灯间隔时间I=3+2=5s,启动损失时间ls=3s。
每周期总损失时间L=∑(ls+I-A)=25=10s
6、最佳周期长
7、有效绿灯时间Ge=C0-L=42-10=32s
 

8、显示绿灯时间长
 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、金科北路处的十字交叉口目前采用的相位方案是在主干道上有保护左转弯相位的典型三相位。其相位图如下:

进口道的车流量如下表:

  北进口 南进口 东进口 西进口
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
合计 611 130 2193 2061
根据调查数据,东西方向左转车辆占有量不大,故将该交叉口的相位方案改为两相位,其相位图如下:

2、各进口饱和流量计算如下:
金科北路路各进口道路纵坡为0,故G=0。

进口
方向
ST SL
参数 SbT fw HV fg fb n ST SbL fw HV fg fl n SL
北进口 1650 1 0.09 0.91 1 1.44 2256 1550 1 0.42 0.58 0.94 0.4 337
南进口 1650 1 0.42 0.58 1 0.97 1142 1550 1 0 1 0.92 0.8 1141
东进口 1650 1 0.06 0.94 1 3 4669 1550 1 0 1 - 1 1550
西进口 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东直=0.33,y东左=0.17,y西直=0.33,y西左=0.14。
3、每个相位y的最佳计算:
y第一相位=max{y东直,y西直,y西左,y东左}=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、黄灯时间A=3s,全红时间为2s,故绿灯间隔时间I=3+2=5s,启动损失时间ls=3s。
每周期总损失时间L=∑(ls+I-A)=25=10s
6、

7、有效绿灯时间Ge=C0-L=54-10=44s

8、显示绿灯时间长
 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、金青路信号相位现为两相位控制。其相位图如下:

其中主干道的左转并没有设立专用的左转相位。调查所得的数据也显示出,从主干道左转向支路的车辆相对很小,故现有的相位方案是合理的。
2、进口道的车流量如下表:

  北进口 南进口 东进口 西进口
交叉口
方向
金青路 198 - 52 - - - - 2141 46 45 1734.5 -
合计 250 - 2187 1779.5
 
3、各进口饱和流量计算如下:
因金青路各进口坡度为0,故G=0

进口
方向
ST SL
参数 SbT fw HV fg fb n ST SbL fw HV fg fl n SL
北进口 - - - - - - - 1550 1 0 1 1 0.792 1228
东进口 1650 1 0.07 0.93 1 3.7 5698 - - - - - - -
西进口 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东直=0.38,y西直=0.,27,y西左=0.04。
4、每个相位y的最佳计算:
y第一相位=max{y东直,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、黄灯时间A=3s,全红时间为2s,故绿灯间隔时间I=3+2=5s,启动损失时间ls=3s。
每周期总损失时间L=∑(ls+I-A)=25=10s
7、

8、有效绿灯时间Ge=C0-L=43-10=33s

9、显示绿灯时间长
 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
科兴北路
1、科兴北路现行的相位控制方案为有主干道左转相位的三相位。其相位图如下:

其各进口车流量调查数据如下表:

  北进口 南进口 东进口 西进口
交叉口
方向
科兴北路 29 22 14 323 46 82 217 1850 54 40 1703.5 189
其中可以看出,主干道的左转、支路的直行和左转车辆数量都相对较少,主干道的直行车辆占据了很大的一部分比例。故可以将该交叉口的相位方案改变如下:

2、各进口饱和流量计算如下:
金科北路路各进口道路纵坡为0,故G=0。

进口
方向
ST SL
参数 SbT fw HV fg fb n ST SbL fw HV fg fl n SL
北进口 1650 1 0 1 0.98 1.04 1682 1550 1 0 1 0.98 0.7 1063
南进口 1650 1 0 1 0.98 0.48 776 1550 1 0 1 0.99 0.97 1488
东进口 1650 1 0.08 0.92 1 3.9 5936 1550 1 0 1 1 1 1550
西进口 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东直=0.31,y东左=0.14,y西直=0.30,y西左=0.03。
4、每个相位y的最佳计算:
y第一相位=max{y东直,y西直,y西左,y东左}=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、黄灯时间A=3s,全红时间为2s,故绿灯间隔时间I=3+2=5s,启动损失时间ls=3s。
每周期总损失时间L=∑(ls+I-A)=25=10s
7、

8、有效绿灯时间Ge=C0-L=42-10=32s

9、显示绿灯时间长
 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、选定系统周期时长
因为该路段主道的车速限制为60km/h,辅道为40km/h,辅道为公交车用道,公交车辆较少,且车速与主要车流的车速有较大差异,在路段上有多个公交停靠站点,故不将公交车纳入线控系统中。
优化后各交叉口信号参数如下:

交叉口
参数
周期时长 相位一绿灯(主干道) 相位二绿灯(支路) 相位三绿灯  (主干道左转)
金周路 42 20 12 -
金科北路 54 23 21 -
金青路 43 23 10 -
科兴北路 42 19 13 21
故将系统公共周期定为50s
2、数解法计算信号相位差
初始条件:本设计中包含4个交叉口,各个交叉口距离间距如下表:
交叉口间隔距离表(m)

间距
交叉口
金周路1 金科北路2 金青路3 科兴北路4
  240 330 280
             
取有效数字简写为24、33、28。算得关键交叉口周期时长为50s,相应的系统带速暂定为45km/h(12.5m/s)。
计算实际信号位置和理想信号位置的挪移量:
计算a列
先计算理想信号相位间距S=vC/2=12.527=337.5(取有效数字34)。以3410作为最合适的S的变动范围,即24~44,填入a列,a列数字是假设理想信号位置。
 
 
 
 

             1             2             3             4
a
间距
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
确定最合适的理想信号位置
由上表可知,当a=28时,b=23为最大值。取b为最大值时,对应a的值,即可得1-4交叉口各信号与理想信号最小的挪移量,确定理想信号相位间距为280m,即当S=vC/2=280时,可以得到最好的系统协调效率。从计算b列的过程可以看出交叉口3-2同理想信号间的挪移量之差最大,为23,则理想信号同3间的挪移量为:
(a-b)/2=(28-23)/2=2.5
因此,各实际信号距理想信号的挪移量最大为2.5。
理想信号距3为2.5,则距1为1.5,即自1前移15m即为第一理想信号,以此做出理想信号位置和实际信号点相对位置图如下:

作连续行驶通过带,求时差
根据上图将理想信号按列次填在最靠近的实际信号下面,再将各信号在理想信号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 科兴北路4
理想信号 A B C D
各信号位置
主干道方向绿信比λ(%) 48 43 53 45
绿信比损失(%) 5.4 8.9 8.9 8.9
偏移绿信比(%) 2.7 4.45 4.45 4.45
有效绿信比(%) 42.6 34.1 44.1 36.1
中心线上方绿信比(%) 21.3 17.05* 22.05 18.05
中心线下方绿信比(%) 26.7 25.95* 30.95 26.95
绿时差(%) 76 28.5 73.5 27.5
通过带宽度(%) 17.05+25.95=43
如保持原定周期时长,则系统带速须调整为:
V=2s/C=2280/50=11.2m/s=41km/s
经过以上对各交叉口各相位的绿灯时长的计算,可得到干线协调控制中各交叉口的信号配时方案,如下表:

交叉口 相位1关键车流 相位1绿信比 相位2关键车流 相位2绿信比 损失时间/s 总有效绿灯时间/s
金周路 西直 0.48 南左 0.29 10 40
金科北路 东西直 0.43 北左 0.39 10 40
金青路 东直 0.53 北左 0.23 10 40
科兴北路 东直 0.45 南左 0.31 10 40
系统周期为50s,东西向为干线协调控制方向
根据上表计算结果,用时间-距离图表示如下:

VISSIM仿真效果及评价
上步将该路段的绿波交通已经完成,优化后的路段上能明显看出绿波,即车辆不停车或少停车就可通过该路段。将上步算得的信号灯配时结果输入到VISSIM中,选择相同长度路段的行程时间、平均排队长度和停车次数作为现状和优化后的路段性能评价指标。在VISSIM中将评价指标的值输出到文件,其数据如图:

未优化时的行程记录表图

优化后的行程记录表图

优化前的排队长度记录图

优化后排队长度记录图
数解法方案和优化前现状对比
根据VISSIM输出的以上文件,可以得出下表:

  未协调 绿波协调
行程时间 134.8 101.3
平均停车次数 137 80
平均排队长度 28.6 7.25
根据上表的仿真结果统计,可以明显看出,优化后的各项评价指标高于未优化时。说明本设计通过数解法对该路段的优化,能够明显地提高该路段的通行性能,减小车辆在各交叉口的等待时间,同时减少车辆遇到的红灯次数,本次设计是有效的。
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