智能交通之绿波带

单向绿波控制设计-1-第一章概述1.背景分析随着经济的发展和城市的扩大，大城市人口高度集中并大幅度增长，同时汽车保有量急剧上升，交通需求迅速扩大，而城市道路的建设远远滞后于交通的增长，这就导致了城市交通的供求矛盾日益突出，导致了交通拥堵、延误增加、出行不便和环境污染等问题，影响了居民的正常生活。为了解决这些问题，越来越多的高新技术措施应用于城市交通监控系统中，例如可变信息板、闭路电视CCTV、性能先进的检测器等。毫无疑问，它们改善了交通系统的安全和效率。但是先进的技术手段并不是解决一切城市交通问题的万能良药，而且这些技术的应用需要大量资金的支持，并且不能从很大程度上减少主干道路上车辆的延误，为了确保干道上车辆能够畅通行驶，人们首先研究把一条干道上一批相邻的交通信号连接起来，加以协调控制，使车流在干道上行驶的过程中，连续得到一个接一个的绿灯信号，畅通无阻地通过沿途所有交叉路口，这就是通常意义上的绿波交通。绿波交通是伴随着城市交通可持续发展趋势而出现的，它以注重以人为本、人与自然和谐的“交通安宁”思想为指导。通过使用绿波带，能很好的控制交通的大气、噪声等污染，使其尽量符合居民可接受的环境质量标准，此外，它还有利于创造人性化的交通环境，保障人在这个环境中的舒适感与安全感。2.国内外研究现状绿波交通的提出比较早，国外许多国家对这方面的研究比较深。美国、日本以及欧洲一些国家在二十世纪五十年代就开始进行干线绿波协调控制的研究，但它们一般都是先开辟单行道，然后在单行道上实施绿波控制。因为从原理上来讲，单行道能较易实现绿波交通，而双行道绿波交通在实现上则有很大难度。近年来，为了缓解日益加剧的城市交通拥挤，绿波协调控制也在我国许多大城市得到应用。北京继在2005年对二环路内209个红绿灯实行“绿波”通行后，2006年“绿波”范围将扩展到三环；2005年，南京市有42条道路178个路口采取了信号“绿单向绿波控制设计-2-波控制”技术，两年之内，南京所有的道路将实现“绿波”智能交通；济南市已在经十路、经七路、经二路、历山路等市区主干道近百个路口设置了“绿波带”。但目前这些应用都主要采用双向绿波交通或单行道上的绿波交通。由于中国城市普遍单行道数量不多，而实施双向绿波交通的条件相对比较苛刻而且最终效果容易受到各种实际因素的影响，所以虽然对绿波交通的应用在逐渐增多，但实施后往往效果甚微，尤其是在我国自行车、行人等干扰因素较多的情况下。3.设计思路由于现有的双向绿波交通实现效果都不理想，甚至有些双向绿波交通的整个延误反而大于未进行绿波设计时的延误。基于此，我们提出了局部绿波交通这个概念。它有两方面的含义，一是仅对干道上某一特别重要路段进行绿波控制；二是在双向道路上对某一主流方向进行绿波控制，而另一方向仍采用普通控制方式。本文正是研究第二种局部绿波交通的实现及其效果。由于只考虑一个方向的协调控制，绿波带相对更宽，对实际情况的适应能力更强，因而实施起来相对更容易一些。本文即试图研究这种单向绿波的实施效果并利用将这种单向绿波与公交优先结合设计来验证这种方法的实用性和可靠性。4.设计目的、意义根据武汉市综合交通规划设计研究院发布的《2005武汉市交通发展年度报告》中的车速调查，中心区平均车速约为22.5km/h，其中主干道平均车速仅为23.2km/h。所谓的主干道已经完全失去了其作为主要、快速的交通通道的意义。现在随着机动车拥有量的不断增加，全国各城市都面临着巨大的交通压力，如何挖掘现有设施的潜力，尽可能的利用已有设施来改善交通成为所有研究交通的人首要关注的问题。本设计正是在这个大前提下，针对双向绿波控制设计的实现难度较大，而我国城市中又普遍存在单行道数量有限的情况，研究分析在双向行驶的道路上只对一个方向实行绿波协调控制的实施效果与可行性。希望可以通过本研究为绿波交通的实现找到一个新的、更实用的途径，为绿波交通与潮汐交通、公共交通等找到合适的结合点，改善主干道的交通运行条件，使绿波交通能真正成为改善城市交通状况的有效手段之一。单向绿波控制设计-3-第二章设计路段现状1.设计路段简介本设计选取武汉市武昌区的武珞路和珞喻路为研究路段。武珞路与珞喻路均位于武昌区的繁华地段，东西向，均为城市主干道。其现状红线宽均为60米，路幅均为三块板的形式，两条路沿路的交叉口比较密集，经过的公交线路也非常多。由于武昌地区路网结构的不完善，次干道和支路十分缺乏，导致大量交通集中在该道路上，尤其是武珞路已成为武昌地区流量最大的主干道之一。图2－1研究路段示意图2.设计路段交通环境现状该设计路段虽为城市主干道，但由于某些原因，道路两侧修建了大量的商业建筑，其中武珞路南侧有行成商业一条街的趋势，大量的商业中心无疑会带来大量的过街行人量，但考虑到武珞路－珞喻路的性质，为保证主干道的车速和行人的安全，已经在亚贸、鲁巷环岛等处修建了行人过街设施，现该道路上多处人行隧道也正在积极筹建中，如正在建设的鲁巷广场前的人行隧道和正在规划的群光广场前的人行隧道等等。这些平行的、间距较小的人行过街设施对减少行人对机动交通的干扰起到了很好的作用，也保证了车辆行驶车速的稳定。此外，在这段路上，非机动车交通量比较小，对机动车影响不大。单向绿波控制设计-4-3.研究交叉口的现状本文选取了上述设计路段上相邻的十个交叉口进行绿波配时设计，各交叉口位置如下所示：图2－1研究路段及交叉口示意图上图中由右至左各交叉口的基本情况如下表2—1所示：表2－1研究交叉口现状表编号类型相交道路现状控制方式1三路交叉珞喻路－关山三路灯控2四路交叉珞喻路－关山二路灯控3三路交叉珞喻路－关山一路灯控4五路交叉珞喻路西段－卓刀泉路－民院路－珞喻路东段－鲁磨路灯控5四路交叉珞喻路－东湖路灯控6三路交叉武珞路－广八路灯控7四路交叉武珞路－珞狮路环岛8三路交叉武珞路－石牌领路灯控9三路交叉武珞路－丁字桥路灯控10三路交叉武珞路－中南路灯控单向绿波控制设计-5-各交叉口现状高峰小时交通量（pcu/h）如下所示：关山三路珞喻路左转右转234左转直行685224341203右转直行768关山二路左转直行右转左转直行右转珞喻路9888左转直行右转802265992079638614793155右转直行左转814单向绿波控制设计-6-关山一路珞喻路左转右转345左转直行846248196337右转直行892东湖路左转直行右转左转直行右转武珞路461160左转直行右转128135217469777886384262818右转直行左转1349单向绿波控制设计-7-982左转直行216379296894246武珞路右转左转右转直行广八路珞狮路左转直行右转左转直行右转武珞路415328左转直行右转1843651480246458532772363470右转直行左转1691单向绿波控制设计-8-石牌岭路左转右转247左转直行2773558268643右转直行2446武珞路丁字桥路武珞路左转右转326左转直行1386425544725右转直行1456单向绿波控制设计-9-1678左转直行5978989981926437武珞路右转左转右转直行中南路单向绿波控制设计-10-第三章设计原理1.设计总流程图绿波协调设计方案一般为定时多时段方案，常分为4个方案即：早高峰、平峰、晚高峰、低峰。本文只针对早高峰的绿波带控制进行具体的设计，其余时段的设计方法不变，可参考早高峰方案设计进行。设计总流程如图3－1所示：图3－1设计总流程图2.单点控制设计2.1单点控制设计方法绿波交通的设计必须将干道上各单点信号作为一个系统来考虑，也就是说线控是以点控为基础的，要设计好绿波协调控制，首先就要做好各交叉口的单点信号控制。单向绿波控制设计-11-单点信号控制的作用是减少路口内的冲突点，控制路口内冲突，明确不同流向、不同种类交通流通过路口的时间路权。相应设计内容包括根据放行方法和路口渠化条件确定信号相位，根据路口内冲突情况和路口空闲时间最少的要求确定信号相序，根据各流向上到达的流量情况确定信号配时。单点定时信号控制设计包括两个部分：选择信号相位方案和确定信号控制基本参数。2.1.1信号相位的确定两相位信号控制方式，适用于各种渠化条件。多相位信号控制方式则要看路口放行方法、渠化条件和路口各方向到达流量的均衡性来确定。(1)按照路口放行方法确定信号相位①对于按时间分离法放行的路口，至少要有三个信号相位，其中一相为行人行为，如图3－2所示：图3－2不同的时间分离法信号相位图设置时间分离法放行相位时，要注意不要使行人和骑车人等候时间过长，一般行人相位时间间隔宜控制在120秒以内，否则易引起路口内秩序混乱。②对于按空间分离法放行的路口，可以按照常规四相位设置，行人相可按直行相位配置，不单设非机动车相位，如图3－3所示：图3－3空间分离法信号相位设置③对于按时空分离法放行的路口，见图3－4和图3－5。单向绿波控制设计-12-图3－4时空分离法多相位配置图图3－5时空分离法两相位配置图非机动车应单设信号相，一般采用两相位配置，较少采用多相位配置。对于多相位时空分离法，应把非机动车相位与直行相位组到一个相位中，机动车左转相位时，非机动车不宜通行。④对于采取组合放行法的路口，按放行方法要求确定信号相位，如图3－6和图3－7所示：图3－6时间分离法加空间分离法相位图图3－7空间分离法加时间分离法相位图(2)按照路口导向车道渠化来确定信号相位进口道设有专用左转车道时，信号上才能设专用左转相位，否则不能设专用左转相位。路口渠化必须和信号相位一致。(3)按各方向轮放方式组织信号相位如果路口各方向来车不均匀，则可采用按各方向轮放的方式组织信号相位。单向绿波控制设计-13-采用轮放方式放行时，总会存在机动车与非机动车、机动车与行人之间的交叉冲突，路口通行能力在流量大时损失较多。但这种放行方法适应性强，做信号绿波协调时可按单向交通方式进行信号相位差组织，绿波带明显宽于双行方式，故此种方法适用于中低峰条件下的信号协调控制。参见图3－8。图3－8轮放方式信号相位图综上所述，确定了信号相位，就确定了路口信号机最低的信号相位配置，有利于节省信号机硬件资金，也有利于下一步交通组织的调整。2.1.2信号相序的确定对于两相位信号控制，不存在相序问题。而对于多相位信号控制，则要以保证路口内秩序不乱、路口内空闲时间最少来确定相序，如图3－9所示。图3－9常规四相位信号相序按照上述要求，一般先放直行后放左转为宜。如果机非分隔带过宽时难以设置非机动车禁驶区或二次停车线，宜先放左转为宜，避免路口内秩序混乱。如果路口机动车放行方式为左转专用相位加左转弯待转区，则一定要先放直行后放左转。单向绿波控制设计-14-2.2信号配时计算方法2.2.1常用方法（1）信号周期01.551LCY+=-式中：0C－信号最佳周期，s；L－周期总损失时间，s，其计算如下式：∑niiii=1L=(l+I-A)式中：l－车辆启动损失时间，一般为3秒；I－绿灯间隔时间，即黄灯时间加全红灯清路口时间，一般黄灯为3s，全红灯为2～4s；A－黄灯时间，有一般为3s；n－所设相位数；Y－组成周期全部相位的最大流量比之和，即'∑Lni,ii=1Y=max(yy)式中：iy－第i个相位的最大流量比，即ii＝iqys式中：iq－第i个实际到达流量（调查得到）；is－第i相位流向的饱和流量（调查得到）。（2）绿信比'eegGY=Lmax(yi,yi)式中：eG－周期有效绿灯时间，s；0eGGL=-各相位实际显示绿灯时间：eggAL=-+单向绿波控制设计-15-每一相位换相时四面路口全红时间：iiirIA=-式中：ir－第i相全红时间，s；iI－第i组绿灯间隔时间，s；iA－第i相黄灯时间，s。2.2.2冲突点配时法信号相位设置越多，路口内交通秩序就越好。但是每一次信号相位的转换，都会产生一次绿灯损失时间。因此信号相位设置越多，每个信号周期中的绿灯损失时间就越多，导致路口通行能力下降。冲突点法就是一种提高道路通行能力的配时法。因为在多相位信号控制的路口，信号每换一次相，路口内都会出现几秒