干线协调控制组合优化方法研究

干线协调控制组合优化方法研究

张元顺

济南市公安局交通警察支队

摘要：随着城市化的迅猛发展和人民生活水平的提高，道路交通出现了明显的供给不足的问题，如何利用现有的交通设施发挥更高的效用成为了交通管理工作中的一大难点，而信号控制优化是投资小见效快的一种措施，为了提高道路通行效率，对干线协调控制组合优化方法进行研究，对缓解交通拥堵发挥着不可估量的作用。

关键词：干线协调 优化方法 协调控制

1研究内容

对于不同的信号控制区域，交通信号控制的设计方法是点线结合，信号控制的设计方法也是由简单逐渐演变的复杂。首先，本文简要介绍了基本理论。其次，在点控制和线控制基础理论的基础上，更深一层次的将多条干线协调控制的方案综合考虑，进行合理的组合，分析了干线协调控制组合的基础方法。其次分析了组合前后交通流在一定交通空间资源中的分布情况，科学合理地阐述了该措施在交通流和效率方面的优缺点，并对协调原则进行了适应性分析，确定干线协调控制组合方法，组合不同空间位置的交叉口，划分适合干线协调控制组合的协调子区。

2干线协调控制基础理论

2.1干线协调控制适用条件

在进行干线协调控制时，首先要判定该道路是否具备协调控制的条件，主要考虑以下几个方面的影响：

（1）车流到达形式

情况1：脉冲式，该类车流适合干线协调控制，并且可以取得较好的控制效果，能提升一定的通行效率；

情况2：均匀式，该类车流正好与脉冲式相反，这种情况下的干线协调控制取得的效果不甚理想。

（2）交叉口间距

通常采用干线协调控制的路段，相邻的交叉口距离在100m到600m之间，当交叉口间距过大时，取得的干线协调控制效果也相应变差。

（3）交通管理条件

交通管理措施会直接影响到干线协调控制的效果，比如双向通行的道路相对于单向通行的道路，其控制效果不如后者，由于单向通行道路的影响因素较少，所以也更容易获得理想的控制效果。

2.2干线协调控制组合分析

1. 干线协调控制的组合方法可以根据实际交通流量特性，划分多个协调子区，不同的子区采用不同的控制策略，进一步优化干线的单点交叉口信号配时，实行统一协调，改善协调效果，确保绿波带宽度和连续绿波通行时间的提升，不仅如此，还能最大限度地调整了进入干线协调控制的交叉口的数量。

2. 干线协调控制组合方法相对更加灵活，考虑到各交叉口的实际交通运行情况，根据主要交通流方向，可以将道路的交叉口细分为关键交叉口和非关键交叉口，组合方法也是根据干线协调控制的方法，进行多样性随机组合，在所有方案中筛选理想的最佳方案，通过方案比选，保证组合方法的控制效果最好。

3.在利用干线协调控制组合的方法进行区域控制时，可以实现将交叉口数量由少到多、将控制范围有小到大的优化提升，从而逐渐形成空间网络的优化。

2.3干线协调控制组合特性分析

通过调整不同的参数，干线协调控制组合可以将多条具有干线协调控制条件的路段和路段组合在一起，形成空间网络结构，保证最佳的区域网络控制效果，各协调交叉口需满足干线控制的相应条件，比如相邻平行道路之间的距离也应适中，道路宽度必须满足一定的条件，此外对交通流的到达特性也有一定的要求，干线交通主要交通流清晰，交通流分布具有很强的关联性。

3干线协调控制组合优化方法研究

3.1基本参数

干线协调控制基本参数的选择类似于单一的信号控制和干线协调控制，分为交通流量参数和交通控制的基本参数，与单一交叉口的控制参数一样，对部分区域进行控制需要基本的交通流参数，例如交叉口流量、车型比例、周期、相位差、绿灯时间、相位组合方法等。为了进行干线协调控制，可将控制道路划分为多个交叉点，多个交叉口之间的协调控制是对整个信号控制方案的优化。

3.2 常用措施

当制定了干线协调控制方案之后，可能会因为各种原因使得预期的干线协调控制效果无法实现，主要可以采用以下措施进行优化改进：

（1）当绿波带宽度不足时，绿波的覆盖率较低，可以采用延长单个路口协调相位绿灯时间，或者优化相位差来实现带宽增加；

（2）尝试适当调整周期，对比不同周期条件下干线协调控制控制效果，选择最佳方案；

（3）当路段上的车辆到达形式比较均匀时，不利于绿波控制效果，这种情况下可以采用划分协调子区来人为控制车队；

（4）当选择一条路进行干线协调控制时，各个路口协调方向的通行能力应该大致相等，不能出现具有瓶颈路段或者瓶颈路口导致的交通拥堵情况。当出现了瓶颈点，应该采用交通渠化设计进行路口改造，提高其通行能力；当交叉口或路段不具备改造条件时，则应该从信号控制的角度来控制车流，避免车流快速到达该瓶颈路段发生交通溢流；

（5）当干线协调控制的道路间距不均匀时，尤其出现短间距交叉口，可以采用同步式协调控制；

（6）为了提升干线协调控制效果，可以在设计停车点位安装速度诱导屏，倡导驾驶员按照绿波速度行驶，促使车流行驶速度离散较低；

（7）当确定了干线协调控制方案时，为了测试方案的可行性，可以使用微观交通仿真软件VISSIM进行仿真评价，根据评价结果适当优化方案。

3.3组合优化方法

首先，在进行协调控制时，要充分考虑并确定区域协调控制的优化范围，要根据协调控制方向的交通运行情况和时间空间资源利用情况，来决定协调控制方案的基本参数确定。

其次，要确定对道路的关键路段或关键交叉口的控制策略，要对区域控制范围内的各个交叉口的交通流、周边交通吸引点、交通基础设施等进行深入的分析，根据交通流的流向分布和交通渠化设计情况，确定适合干线调整的交叉口，从而实现对该路段的干线协调控制。

再次，要对关键节点外延，确定协调道路。道路干线协调控制方法以主要控制道路为前提，包括基本参数的确定、周期、相位差等。

最后，优化双向干线协调交叉口的绿灯时间和相位差，保证在协调控制路段，其上行和下行的绿波带宽和可靠性都是较好的。虽然在优化调整过程中，可能会对非协调方向上的绿灯时间产生轻微影响，但是为了使得整个系统的协调效果达到最优，可适当对单点的控制效果进行调整。

4结语

本文整理了交通信号控制理论的研究，提出了干道协调控制的组合优化方法，在一定范围内尝试区域协调控制，将协调控制的多条干道结合为综合系统，提高交通效率，减少城市交通拥堵。

参考文献

1. 赵文涛,钱晓杰,朱芸,宋驰,沈国江,浙江大学控制科学与工程学系,浙江,杭州.计算机与应用化学,第29卷,第10期,2012.

2. 刘智勇.智能交通控制理论及其应用.北京:科学出版社,2003.

3. 蔡自兴.智能控制原理与应用.北京:清华大学出版社,2007

4. 王炜,过秀成等. 交通工程学. 东南大学出版社, 2000:339~353