交叉口交通管理与控制

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　收稿日期：２０１７—０７—１５作者简介：何栋奎（１９８７—），男，安徽桐城人，硕士，工程师。交叉口交通管理与控制何栋奎１，２（１．中设设计集团股份有限公司，江苏南京　２１００１４；２．东南大学交通学院，江苏南京　２１００９６）摘要：通过对洛阳市景华路交叉口的交通调查，掌握该路段道路结构、交叉口的设计、交通信号控制模式以及交通状况等相关数据，对该道路交叉口的交通信号控制与实际交通需求和未来的发展的适应性做出分析，并通过对不同交通参与者和有关管理部门的调查，结合所学相关理论知识，分析该交叉口交通信号控制优缺点，以此为例提出一些交叉口交通管理与控制的相应理论。关键词：交叉口；交通调查；交通管理与控制中图分类号：Ｕ４１２．３５文献标识码：ＡＴｒａｆｆｉｃｍａｎａｇｅｍｅｎｔａｎｄｃｏｎｔｒｏｌａｔｔｈｅｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎＨＥＤｏｎｇ－ｋｕｉ１，２（１．ＣｈｉｎａＤｅｓｉｇｎＧｒｏｕｐＣｏ．，Ｌｔｄ．，ＪｉａｎｇｓｕＮａｎｊｉｎｇ２１００１４Ｃｈｉｎａ；２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＪｉａｎｇｓｕＮａｎｊｉｎｇ２１００９６Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｒｏｕｇｈｔｒａｆｆｉｃｓｕｒｖｅｙｏｆｔｈｅｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎｏｆＪｉｎｇｈｕａＲｏａｄａｎｄＣｈａｎｇ＇ａｎＲｏａｄｉｎＬｕｏｙａｎｇＣｉｔｙ，ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｍａｓｔｅｒｓｓｏｍｅｒｅｌａｔｅｄｓｔａｔｉｓｔｉｃｓｓｕｃｈａｓｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｉｓｒｏａｄｓｅｃｔｉｏｎ，ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｉｓｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎ，ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｍｏｄｅｏｆｔｒａｆｆｉｃｓｉｇｎａｌ，ｔｈｅｔｒａｆｆｉｃｓｉｔｕａｔｉｏｎ，ａｎｄｓｏｏｎ．Ｔｈｅａｄａｐｔａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｒａｆｆｉｃｓｉｇｎａｌｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｐｒａｃｔｉｃａｌｔｒａｆｆｉｃｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓａｓｗｅｌｌａｓｆｕｔｕｒｅｄｅｖｅｌ－ｏｐｍｅｎｔｉｓａｎａｌｙｚｅｄ．Ａｎｄｔｈｒｏｕｇｈｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｆｒｏｍｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｒａｆｆｉｃｐａｒｔｉｃｉｐａｎｔｓａｎｄｓｏｍｅｒｅｌａｔｅｄｍａｎａｇｅｍｅｎｔｄｅｐａｒｔｍｅｎｔｓ，ｃｏｍｂｉｎｉｎｇｗｉｔｈｔｒｅｌａｔｅｄｔｈｅｏｒｙｋｎｏｗｌｅｄｇｅｌｅａｒｎｅｄ，ａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓａｎｄｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｔｈｅｔｒａｆｆｉｃｓｉｇｎａｌｃｏｎｔｒｏｌａｔｔｈｉｓｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎ．Ｔａｋｉｎｇｔｈｉｓａｓａｎｅｘａｍｐｌｅ，ｐｕｔｓｆｏｒｗａｒｄｓｏｍｅｒｅｌｅｖａｎｔｔｈｅｏｒｙａｂｏｕｔｔｒａｆｆｉｃｍａｎａｇｅｍｅｎｔａｎｄｃｏｎｔｒｏｌａｔｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎ；ｔｒａｆｆｉｃｓｕｒｖｅｙ；ｔｒａｆｆｉｃｍａｎａｇ－ｅｍｅｎｔａｎｄｃｏｎｔｒｏｌ引言交通管理与控制是交通工程学的主要研究对象之一。其内容涉及交通立法、法律性或行政性的管理措施、工程技术性的管理措施以及信号控制技术等各个方面，也就是实际工作中所谓“交通在综合治理”中的各种治理措施。１　交通管理与控制的目的及意义高效的交通运输系统、科学的交通管理手段是保障城市交通“脉搏”健康、有力跳动的决定性因素。目前，由于交通供需矛盾的日益突出，交通管理水平的相对落后，交通拥挤、秩序混乱、事故频发等“城市病”比较突出，并严重影响了社会经济的发展和人民生活水平的提高。为了提高城市道路交通管理水平，改善城市交通通行环，经国务院批准，公安部、建设部于２０００年２月开始在全国实施了“畅通工程”，力争通过建立城市多部门协作的交通综合管理机制，进一步加大软件、硬件的投入，以有效解决城市交通“痼疾”。道路交通是人类生产和生存的要素之一，安全畅通的交通系统是现代文明的结晶。车辆原是方便人们生活的工具，但若不加节制的发展，则往往物极必反，成为社会的公害———“交通公害”。我国特大城市、大城市、中等城市交通出现了拥挤阻塞现象，交通事故率居世界前茅，其中交叉口交通混乱，通行能力很低，车辆延误情况严重已经成为普遍存在的问题。２　国内外关于交通管理与控制的研究针对目前存在的交通问题，国内外也做了很多研究，并研究出了很多方法来解决。目前，单个道路信号交叉口的交通控制方法主要采用基于Ｗｅｂｓｔｅｒ延误公式的配时模型，预先设定各时段的配时方案。然而，这些模型都只考虑了平均小时交通流量而忽视了交叉口交通流的不确定性。实际的交通流量往往随时间不断变化，且具有不确定性。既有的感应控制方法虽然能在一定程度上适应交通流的变化，但其主要—４８—是根据前一时段的交通流量选择一种相对合适的配时方案，因此其结果不能很好地适应当前交通流情况，也缺乏实时性。从２０世纪７０年代开始，发达国家将解决交通问题的措施从大规模交通基础设施建设转移大了现代化交通管理，以期望提高交通系统的运输效率。这一时期交通工程学科的研究重点是交通管理与控制技术的开发，如当时提出的交通需求管理（ＴＤＭ）概念、交通区域控制系统ＴＲＡＮＳＹＴ、ＳＣＯＯＴ、ＳＣＡＴＳ等目前仍在全世界范围内广泛采用。另外，随着城市化进程的加快，城市道路交通拥挤阻塞和环境问题已经成为倍受社会关注的热点问题。道路信号交叉口的交通控制方法是从管理角度缓解交通拥挤问题的有效措施。因此，积极探索新的、智能化、行之有效的交通控制方法十分必要。现在国内外都在寻求一些行之有效的方法来解决交叉口延误问题。国外的技术相对比较成熟，因为在一些发达国家，交通问题早已成为阻碍发展的瓶颈。现在国外比较成熟的系统主要有ＴＲＡＮＳＹＴ系统、ＳＣＡＴＳ系统和ＳＣＯ０Ｔ系统。但各个系统在信号优化方面存在着不同的特点。交通网络研究工具（ｔｒａｆｆｉｃｎｅｔｗｏｒｋｓｔｕｄｙｔｏｏｌ，ＴＲＡＮＳＹＴ）是英国交通与道路研究所（ＴＲＲＬ）于ｌ９９６年提出的脱机优化网络信号配时的一套程序，是一种脱机操作的定时控制系统，系统主要是由仿真模型及优化两部分组成。交通模型用来模拟在信号灯控制下交通网上的车辆行驶状况，以便计算在一组给定的信号配时方案下网络的运行指标；优化过程通过改变信号配时方案并确定指标是否减小，这样经过反复计算求得最佳配时方案。悉尼协调自适应交通系统（ＳＣＡＴＳ）由澳大利亚新南威尔士道路和交通局（ＲＴＡ）于２０世纪７０年代末研制成功，１９８０年起陆续在悉尼等城市安装使用，目前ＲＴＡ正推出升级版ＳＣＡＴＳＩＩ，约有５０个城市正运行ＳＣＡＴＳ系统。ＳＣＡＴＳ在实行对若干子系统的整体协调控制的同时，也允许每个交叉口各自为政实行车辆感应控制，前者称为战略控制，后者称为战术控制。二者的有机结合，大大提高了系统本身的控制效率。ＳＣＡＴＳ正是利用了设置在停车线附近的车辆检测装置，才能这样有效、灵活。所以，实际上ＳＣＡＴＳ是一种用感应控制对配时方案作局部调整的选择系统。绿信比—周期长—绿灯起步时距优化技术（ＳＣＯＯＴ）是一种对交通信号网实行实时协调控制的自适应控制系统。由英国运输与道路研究所（ＴＲＲＬ）于１９７３年开始研究开发，１９７９年正式投入使用。ＳＣＯＯＴ是在ＴＲＡＮＳＹＴ的基础上发展起来的，其模型及优化原理均与ＴＲＡＮＳＹＴ相似。不同的是，ＳＣＯＯＴ是一种方案自动产生式控制系统，即通过安装于各交叉口每条进口道上游的车辆检测器所采集的车辆到达信息联机处理，形成控制方案，连续地实时调整绿信比、周期长及绿灯起步时距３个控制参数，以适应同变化的交通状况。３　交通管理与控制的方法及内容目前，我国城市道路网络中，常采用的交叉口控制方式有信号控制交叉口、无控制交叉口、环形交叉口、立体交叉口等形式。在城市交通网络中由于交叉口的某行车方向车流平均通行时间不足５０％（路段为１００％），交叉口是交通网络的瓶颈口。因此，提高交叉口的通行能力，使之与路段通行能力相协调，以此提高全网络运输效率。通常采用的交叉口管理方式：（１）进口拓宽、增加交叉口进口车道数，提高交叉口在单位时间的通行能力，以此来弥补通行时间的不足。（２）进口渠化，根据交通量及转向流量大小设置不同转向的用进口道，优化利用交叉口空间及通行时间。（３）信号配时优化，根据交叉口交通量、转向流量大小优化信号灯配时，使有限的绿灯时间放行尽可能多的车辆数。４洛阳市涧西区长安路与景华路交叉口控制管理分析长安路与景华路交叉口位于洛阳市涧西区，分别是双向六车道和双向四车道，均设有专向左转道路，四相制。其周边大型商业中心为上海市场，重要企业为中国一拖，还有一些中学、小学及河南科技大学，人流车流相对较多，经调查分析发现其当前的信号配时基本上能满足当前的交通需求。但从长远方面考虑，洛阳市作为一个主要的工业城市，旅游业在逐步发展，国民经济也在逐步攀升，交通量也在随着逐步增加。在未来几十年内，道路的交通容量很难满足交通量的增长比例，所以合理进行交通组织与控制十分必要。当前较为前沿的智能信号控制的应用对缓解交通压力是一个较好的方法。在进行分析时主要步骤：交通调查→数据处理→比较分析→得出结论→改进方案。４１　分析过程的主要指标和方法进行通行能力分析的主要目的是求得在不同运行质量情况下１ｈ所能通行的最大交通量，即可求得在指定的交通运行质量条件下所能承担交通的能力。因此，通行能力分析过程中同时要进行运行质量的分析，将公路规划、设计及管理等与运行质量联系起来，可以合理地使用公路工程资金，提高公路工程和汽车运输的综合经济效益。在长安路与景华路交叉口车分析中主要应确定—５８—山东交通科技　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　２０１７年第５期出交叉口的设计通行能力。设计通行能力是指一设计中的公路的一组成部分在预测的道路、交通、控制及环境条件下，该组成部分一条车道或一车行道对上述诸条件有代表性的均匀段上或一横断面上，在所选用的设计服务水平下，１ｈ所能通过的车辆（在混合交通公路上为标准汽车）的最大车辆数。该交叉口位于洛阳市涧西区，属于干线与干线交叉，四相位信号控制的十字路口，坡度为０％，交叉角为９０°。悬臂式信号灯，安装在出口道的右侧（立式、倒计时）。交叉口通视三角区为树木、居民房屋建筑。交叉口中等交通量。东进口为景华路，机动车道数为４车道（３个进口道＋１个出口道，车道宽３７５ｍ），机动车道与非机动车道用中间带分隔；西进口同东进口，南北进口为长安路，机动车道数为６车道（３个进口道＋３出口道）；进口车道宽３７５ｍ，东西进口交通量与南北进口的交通量相当。设计通行能力计算：ＣＳ＝３６００Ｔ（ｔｇ－ｔ０ｔｉ＋１）φ（１）!!!!!!!!式中：ＣＳ—一条直行车道的设计通行能力（ｐｃｕ／ｈ）；Ｔ—信号灯周期（ｓ）；ｔｇ—信号每周期内的绿灯时间（ｓ）；ｔ０—绿灯亮后，第一辆车启动，通过停车线的时间（ｓ），如无本地实例数据，可采用２３ｓ；ｔｉ—直行或右转车辆通过停车线的平均时间（ｓ）；φ—折减系数，可用０９。４２　信号配时方案的确定该部分的信号配时主要分为高峰时间和平峰时间的配时。平峰时间采用的是两个相位制，高峰时间是四相制。在分析的过程中需要计算各个进口直行、左转和右转的修正的饱和流量，从而根据公式Ｃ０＝Ｌ１－Ｙ计算出信号最佳周期时常。然后根据ｇｅｌ＝Ｇｅｙ１Ｙ计算各个相位的配时时间，并对行人过街时间进行检验，取行人过街步速ｖｐ＝１．２ｍ／ｓ，则最短绿灯时间：ｇｍｉｎ＝７＋Ｌｐｖｐ－Ｉ。４３　交叉口配时方案优缺点分析计算出的交叉口高峰时间各相位的绿灯时间为２５ｓ、２４ｓ、１７ｓ、３６ｓ。采用这种方案，主要是考虑在平峰时间交通量不很大，若采用四相制，会造成不必要的延误。而在高峰时期，由于周边的工厂工人下班，学生放学等会产生很大的交通量，左转车流也会对车流产生很大的影响，所以采用四相制会有效分离车流，使延误最小，采用变周期交通控制的方法。原设计采用定周期信号控制方法，这种方法虽然可以满足交通流的需求，但在平峰时间会增加车辆的延误，所以并不是一种最优方案。而设计变周期