第一篇：動態(tài)最大綠燈時間有助于減少交通信號配時維護(hù)需求

動態(tài)最大綠燈時間有助于減少

交通信號配時維護(hù)需求

1、簡介

美國交通機(jī)構(gòu)組織聯(lián)盟于2005年4月20日發(fā)布了首部交通信號配時報(bào)告。該報(bào)告總結(jié)了當(dāng)前美國總的交叉口服務(wù)水平等級為D，毫無疑問，交通管理部門在交叉口信號配時的幾個關(guān)鍵方面做的不夠完善，包括缺乏對交叉口信號配時的日常維護(hù)、更新等。

然而交通部門對這樣的評價(jià)結(jié)果卻司空見慣，據(jù)美國聯(lián)邦公路管理局報(bào)告顯示，美國現(xiàn)有的260000個信號交叉口中，75%的交叉口信號配時都需要改進(jìn)，可通過更新設(shè)備或僅僅簡單地調(diào)整交叉口的信號配時方案即可。該報(bào)告同時指出，每年5-10%的交通延誤或2.958億小時車輛延誤可能都和不合理的信號配時有關(guān)。

在過去40年里，隨著交通流量的增長超越了道路通行能力，人們越來越重視高效的交通信號控制的重要性。從1980年到1998年，道路通行能力大約每年增長一個百分點(diǎn)，與此同時，交通流量增長了72%，如果政府部門能夠?yàn)槊總€信號交叉口提供科學(xué)的信號配時，評價(jià)表明交通參與者可以減少10%~到40%的交通延誤，同時能減少10%的燃油消耗以及減少22%的尾氣排放。

幸運(yùn)的是，持續(xù)降低成本計(jì)算性能也帶來了更多的先進(jìn)交通信號控制能力建成標(biāo)準(zhǔn)控制器，包括很多，其影響不是完全理解。一個顯著的特性就是動態(tài)最大綠。這種特性允許一個本地信號機(jī)來潘敦一個相位是否不能很好地所有的等待機(jī)動車，在后續(xù)周期中調(diào)整綠燈時間長度。

本文研究的目的是決定是否使用一般的動態(tài)最大綠參數(shù)可以減少交叉口信號配時更新的需求，實(shí)質(zhì)上，需要考慮以下三個問題：

? 最大綠是否能夠提供同樣的通行能力? ? 最大綠是否能夠提供同樣的延誤? ? 最大綠是否能夠提供合理的周期以及綠信比?

2、背景

NTCIP1202標(biāo)準(zhǔn)中定義了最大綠配時方法。當(dāng)激活一個相位時，最大綠燈時間在當(dāng)前操作中，每個周期內(nèi)進(jìn)行小步距動態(tài)調(diào)整，可提高或降低。兩個連續(xù)的最大輸出導(dǎo)致最大綠燈時間增長，同樣兩個連續(xù)的低谷導(dǎo)致最大綠燈時間降低。正常的最大綠燈時間和動態(tài)最大綠燈時間決定了持續(xù)變化的最大綠燈時間的上下界限，動態(tài)最大步距決定了每次變化的大小。如圖1所示。

Engelbrecht以及yun等人之前的調(diào)查結(jié)果都表明動態(tài)最大綠可以獲得較好的應(yīng)用效果，但兩個研究都沒有明顯減少信號配時維護(hù)需求。Engelbrecht的研究僅僅在信號中使用最大綠，yun的研究動態(tài)最大綠進(jìn)行信號因優(yōu)化配時。與以上不同的是，本研究尋找一系列動態(tài)參數(shù)，目標(biāo)是能夠減少，甚至不需要對交叉口信號配時進(jìn)行常規(guī)的更新。

需要說明的是，動態(tài)最大綠配時方法對檢測器計(jì)劃、清空時間或間隔設(shè)置沒有影響，僅僅是動態(tài)的最大綠燈時間變化。它可以在用或沒有徘徊區(qū)域保護(hù)或流量密度配時，能夠被使用在停車線或上游檢測器。

3、控制策略

類似于過去的研究成果,本研究利用仿真,特別是software-in-the-loop仿真，她是HILS的后續(xù)版本。HILS需要在電腦和交通信號控制機(jī)之間建立一個物理連接，SILS和仿真軟件運(yùn)行在同一臺電腦上，本次利用現(xiàn)有的交通信號控制器軟件，本例子中使用ASC/3軟件，幫助確保場外應(yīng)用的仿真結(jié)果。

本研究中選用了兩個地點(diǎn)。路口１是一個交通流量比較低的交叉口接近，由農(nóng)村干道交叉組成。本路口在高峰時間和低谷時期流量差距明顯，這不是一個有問題的交叉口。

交叉口2是一個流量較大的路口，位于美國的，可以描述成農(nóng)村干道和農(nóng)村集散區(qū)的交匯處。在該交叉口，高峰流量從早晨持續(xù)到晚上。本地居民認(rèn)為該交叉口是一個交通較為擁堵的交叉口，在下午時，車輛排隊(duì)長度相當(dāng)長。

兩個交叉口都進(jìn)行單點(diǎn)控制，都沒有行人信號。在交叉口１，進(jìn)口道的車流速度大概在55mph，因此相位２和６保羅徘徊區(qū)保護(hù)以及流量密度配時，交叉口１邊街以及左轉(zhuǎn)進(jìn)口道，以及所有交叉口２的進(jìn)口道，車流速度都比較低，低于３５mph,因此采用了停車線檢測器，圖2為兩個交叉口的車道配置以及信號相位。

４、控制策略效果評估

對三種交通信號配時控制策略都進(jìn)行了效果評估。缺省的控制策略傾向于重復(fù)當(dāng)沒有改變出廠默認(rèn)最大綠燈時間的情形。通過對幾種型號的信號機(jī)簡單調(diào)查表明缺省的最大綠燈時間為20秒，因此選擇在工程中使用它們。當(dāng)然，這是一種最壞的情況。

優(yōu)化的控制方法在一天當(dāng)中使用三種最大綠燈時間，代表最好的控制方案，如地點(diǎn)1，這些值采用PASSER-V軟件包計(jì)算確定。PASSER-V沒有能夠?yàn)榈攸c(diǎn)2提供合理的配時，因此使用路口信號機(jī)已有的最大綠燈時間作為優(yōu)化值進(jìn)行控制，類似于其他交通配時優(yōu)化模型，PASSER-V對于飽和和過飽和狀態(tài)下的可保護(hù)允許左轉(zhuǎn)明顯存在不足之處，結(jié)果導(dǎo)致周期偏小，其主要高度依賴于動態(tài)的通行能力。路口的信號機(jī)參數(shù)一般憑個人經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)置。

動態(tài)最大綠燈時間設(shè)置方法如下：最大綠燈時間=20秒，動態(tài)最大綠燈時間=60秒，動態(tài)色步=10秒，正如上面所提到的，這是一個常規(guī)的設(shè)置，并不依靠于其他任何特定的流量或控制設(shè)置。這些設(shè)置使用到交叉口的所用相位。這些參數(shù)的在最壞情況和最好情況下的性能比較如上所示。

5、性能分析

首先進(jìn)行性能測試的吞吐量，在接近飽和以及過飽和狀態(tài)情況下，觀察到的吞吐量和通行能力基本接近，因此，如果常規(guī)的動態(tài)最大綠燈參數(shù)能夠提供對等的吞吐量，這表明它們能夠提供相等的通行能力，吞吐量采用基于機(jī)動車在15分鐘間隔的暢通狀態(tài)的進(jìn)行測量所得。

在地點(diǎn)1中，交通流量較低，三種控制方法除了早高峰外，基本都能獲得相等的交通流量。在早高峰期，優(yōu)化的交通流量以及動態(tài)最大綠兩種方法明顯高于缺省設(shè)置。而這兩種方法在一天當(dāng)中并沒有顯著的區(qū)別之處。

在地點(diǎn)2中，交通流量較高，三種控制方法存在明顯的不同之處。從早上9點(diǎn)半到下午5點(diǎn)半，交通流量的不同之處開始展現(xiàn)，這些不同之處在下午一點(diǎn)到6點(diǎn)表現(xiàn)尤為明顯，圖3是一個示意圖。在9點(diǎn)之前以及18點(diǎn)后，這三種控制方法獲得相同的交通流量。

如圖3所示，不管是動態(tài)最大綠燈時間還是優(yōu)化后的控制方法都比缺省的設(shè)置獲得更大的交通流量。動態(tài)最大綠燈配時方法看上略大于優(yōu)化配時方法的交通流量，盡管這種差別顯得微不足道。

根據(jù)路口1和路口2的結(jié)果來分析，和一個已經(jīng)優(yōu)化過的信號配時相比，動態(tài)最大綠燈方法能夠提供等于或在某些情況下略大于的交通流量。

6、交叉口延誤分析

在相似的交通流量下，第二個測量的性能指標(biāo)是交叉口平均延誤，和排隊(duì)長度一樣，延誤對于出行的旅行者來說是最值得關(guān)注的

性能指標(biāo)。同時也最能引起公眾的抱怨。和交通流量一起，延誤測量方法是15分鐘車輛完全行使情況下進(jìn)行測量所得。

正如所期望的，在低交通流量路口，路口1的延誤表明一天當(dāng)中絕大多數(shù)時段都是比較合理的，而不需要考慮采取那種信號配時

方法。唯一有顯著區(qū)別的時段是早高峰時段，優(yōu)化信號配時方法和動態(tài)最大綠配時方法都比缺省配置獲得更小的延誤。

同樣在早高峰期間，7、延誤分布

交叉口的平均延誤可以洞察整個交叉口的配置?？紤]到其他因素的影響，比如延誤的均衡分布，同樣對交通信號配時影響巨大，為

了判定延誤分布，對每個配時方法一天中延誤最高的進(jìn)口道延誤進(jìn)行了比較，數(shù)據(jù)通過車輛在15分鐘高峰時通過交叉口來獲取。

在交叉口1，在延誤最大的進(jìn)口道延誤平均沒有顯著的差別。動態(tài)最大綠和優(yōu)化配時方法效果差不多，然而，在交叉口2，延誤分布存在較大的不同，尤其是從早上9點(diǎn)到晚上8點(diǎn)期間，圖4顯示其中的差別性。

對于一天中的大多數(shù)時段，動態(tài)最大綠配時方法能夠?qū)M(jìn)口道的車輛提供最小的延誤，考慮到上面討論的它和優(yōu)化配時方法在交叉口的平均延誤上的相似性。這表明動態(tài)最大綠能夠在交叉口進(jìn)口道上提供更加均衡的延誤分布，同樣對交叉口最壞的交通流的平均延誤調(diào)查，提供了相似的結(jié)果。

8、交通信號實(shí)施

關(guān)于最大綠燈配時方法可能要擴(kuò)大周期，測試表明，理論上交叉口的最大周期長度兆國240秒，這讓很多機(jī)構(gòu)無法接受。

假設(shè)在重交通狀態(tài)下滿足周期延長，在15分鐘間隔內(nèi)大約周期長度，通過決定最大時間數(shù)據(jù)任何相位在該時段內(nèi)結(jié)束，通過把整個90秒分割成顯示的周期數(shù)，從而來決定周期長度。

在交叉口1，交通流保持在輕交通狀態(tài)下運(yùn)行，因此周期長度不需要改變，這里，由動態(tài)最大綠燈配時方法提供的周期長度明顯小于優(yōu)化的配時方法，在交叉口2，交通流量足夠大，服務(wù)水平為F,圖5為周期長度。

動態(tài)最大綠提供的周期長度略大于已有的配時方法，但周期長度并沒有達(dá)到其理論上的最大值，然后交通流引起某個相位時間增加在交通流內(nèi)的自然波動避免了所有相位同時增加到最大綠。

9、結(jié)論及建議 本研究的目的是判斷使用一系列的動態(tài)最大綠燈時間是否可減少交通信號配時更新需求，實(shí)質(zhì)上，實(shí)質(zhì)上，需要考慮以下三個問題：

? 最大綠是否能夠提供同樣的通行能力? ? 最大綠是否能夠提供同樣的延誤? ? 最大綠是否能夠提供合理的周期以及綠信比? 在比較了流量較大的路口以及流量較小的交叉口后，結(jié)果表明：

? 動態(tài)最大綠能夠和優(yōu)化信號配時方法一樣提供類似的交通流量以及通行能力。

? 證明動態(tài)最大綠能夠和優(yōu)化配時方法一樣提供相似的延誤。在交叉口１，實(shí)質(zhì)上延誤是相同的，除了在早高峰時期，優(yōu)化配時方法相對好些。在交叉口２，全天的延誤基本差不多，在每個處理過的階段性能要好些。? 動態(tài)最大綠能夠提供更均衡的延誤分布。在交叉口１，最不理想的交叉口延誤實(shí)質(zhì)上和優(yōu)化配時和改進(jìn)方法的差不多，在交叉口２能夠在最不理想的進(jìn)口道上提供相當(dāng)?shù)偷难诱`。

? 動態(tài)最大綠能夠提供合理的交通信號配時，在交叉口１，動態(tài)最大綠的周期小于優(yōu)化配時方法，在交叉口２，動態(tài)最大綠的周期略大于優(yōu)化配時方法。周期長度不會增長到理論的最大值，在上述兩個交叉口。本研究也包括其他的一些輔助調(diào)查來判斷是否最大綠燈時間的變化能能夠改善信號配時。

本研究也包含了其他調(diào)查,用于判斷最大綠燈時間的變化能夠提高實(shí)施?；谶@些實(shí)驗(yàn)：

? 一個大的步距（20s）不能夠提高實(shí)施；

? 最大的120秒能夠提供相同的延誤，但增加了最壞進(jìn)口道的延誤。這允許政府部門選擇一個動態(tài)的最大綠燈時間，基于當(dāng)?shù)氐闹芷跁r長?；谝陨辖Y(jié)果，應(yīng)用一系列動態(tài)最大綠燈參數(shù)能夠提供合理的實(shí)施，并減少交通信號配時維護(hù)需求?；谏鲜龃嬖诰窒薜难芯?，因此推薦如下參數(shù): ? 最大綠燈時間：20s;? 動態(tài)最大綠燈時間：60-120s,由政府部門決定;? 動態(tài)調(diào)整步距：10s;

基于以上仿真研究，下一步將對動態(tài)最大綠燈時間進(jìn)行實(shí)際的場外評估，需要作的工作包括對場地的研究，尤其是全保護(hù)左轉(zhuǎn)以及中交通流量。