动态最大绿灯时间有助于减少交通信号配时维护需求

第一篇：动态最大绿灯时间有助于减少交通信号配时维护需求

动态最大绿灯时间有助于减少

交通信号配时维护需求

1、简介

美国交通机构组织联盟于2005年4月20日发布了首部交通信号配时报告。该报告总结了当前美国总的交叉口服务水平等级为D，毫无疑问，交通管理部门在交叉口信号配时的几个关键方面做的不够完善，包括缺乏对交叉口信号配时的日常维护、更新等。

然而交通部门对这样的评价结果却司空见惯，据美国联邦公路管理局报告显示，美国现有的260000个信号交叉口中，75%的交叉口信号配时都需要改进，可通过更新设备或仅仅简单地调整交叉口的信号配时方案即可。该报告同时指出，每年5-10%的交通延误或2.958亿小时车辆延误可能都和不合理的信号配时有关。

在过去40年里，随着交通流量的增长超越了道路通行能力，人们越来越重视高效的交通信号控制的重要性。从1980年到1998年，道路通行能力大约每年增长一个百分点，与此同时，交通流量增长了72%，如果政府部门能够为每个信号交叉口提供科学的信号配时，评价表明交通参与者可以减少10%~到40%的交通延误，同时能减少10%的燃油消耗以及减少22%的尾气排放。

幸运的是，持续降低成本计算性能也带来了更多的先进交通信号控制能力建成标准控制器，包括很多，其影响不是完全理解。一个显著的特性就是动态最大绿。这种特性允许一个本地信号机来潘敦一个相位是否不能很好地所有的等待机动车，在后续周期中调整绿灯时间长度。

本文研究的目的是决定是否使用一般的动态最大绿参数可以减少交叉口信号配时更新的需求，实质上，需要考虑以下三个问题：

 最大绿是否能够提供同样的通行能力?  最大绿是否能够提供同样的延误?  最大绿是否能够提供合理的周期以及绿信比?

2、背景

NTCIP1202标准中定义了最大绿配时方法。当激活一个相位时，最大绿灯时间在当前操作中，每个周期内进行小步距动态调整，可提高或降低。两个连续的最大输出导致最大绿灯时间增长，同样两个连续的低谷导致最大绿灯时间降低。正常的最大绿灯时间和动态最大绿灯时间决定了持续变化的最大绿灯时间的上下界限，动态最大步距决定了每次变化的大小。如图1所示。

Engelbrecht以及yun等人之前的调查结果都表明动态最大绿可以获得较好的应用效果，但两个研究都没有明显减少信号配时维护需求。Engelbrecht的研究仅仅在信号中使用最大绿，yun的研究动态最大绿进行信号因优化配时。与以上不同的是，本研究寻找一系列动态参数，目标是能够减少，甚至不需要对交叉口信号配时进行常规的更新。

需要说明的是，动态最大绿配时方法对检测器计划、清空时间或间隔设置没有影响，仅仅是动态的最大绿灯时间变化。它可以在用或没有徘徊区域保护或流量密度配时，能够被使用在停车线或上游检测器。

3、控制策略

类似于过去的研究成果,本研究利用仿真,特别是software-in-the-loop仿真，她是HILS的后续版本。HILS需要在电脑和交通信号控制机之间建立一个物理连接，SILS和仿真软件运行在同一台电脑上，本次利用现有的交通信号控制器软件，本例子中使用ASC/3软件，帮助确保场外应用的仿真结果。

本研究中选用了两个地点。路口１是一个交通流量比较低的交叉口接近，由农村干道交叉组成。本路口在高峰时间和低谷时期流量差距明显，这不是一个有问题的交叉口。

交叉口2是一个流量较大的路口，位于美国的，可以描述成农村干道和农村集散区的交汇处。在该交叉口，高峰流量从早晨持续到晚上。本地居民认为该交叉口是一个交通较为拥堵的交叉口，在下午时，车辆排队长度相当长。

两个交叉口都进行单点控制，都没有行人信号。在交叉口１，进口道的车流速度大概在55mph，因此相位２和６保罗徘徊区保护以及流量密度配时，交叉口１边街以及左转进口道，以及所有交叉口２的进口道，车流速度都比较低，低于３５mph,因此采用了停车线检测器，图2为两个交叉口的车道配置以及信号相位。

４、控制策略效果评估

对三种交通信号配时控制策略都进行了效果评估。缺省的控制策略倾向于重复当没有改变出厂默认最大绿灯时间的情形。通过对几种型号的信号机简单调查表明缺省的最大绿灯时间为20秒，因此选择在工程中使用它们。当然，这是一种最坏的情况。

优化的控制方法在一天当中使用三种最大绿灯时间，代表最好的控制方案，如地点1，这些值采用PASSER-V软件包计算确定。PASSER-V没有能够为地点2提供合理的配时，因此使用路口信号机已有的最大绿灯时间作为优化值进行控制，类似于其他交通配时优化模型，PASSER-V对于饱和和过饱和状态下的可保护允许左转明显存在不足之处，结果导致周期偏小，其主要高度依赖于动态的通行能力。路口的信号机参数一般凭个人经验进行设置。

动态最大绿灯时间设置方法如下：最大绿灯时间=20秒，动态最大绿灯时间=60秒，动态色步=10秒，正如上面所提到的，这是一个常规的设置，并不依靠于其他任何特定的流量或控制设置。这些设置使用到交叉口的所用相位。这些参数的在最坏情况和最好情况下的性能比较如上所示。

5、性能分析

首先进行性能测试的吞吐量，在接近饱和以及过饱和状态情况下，观察到的吞吐量和通行能力基本接近，因此，如果常规的动态最大绿灯参数能够提供对等的吞吐量，这表明它们能够提供相等的通行能力，吞吐量采用基于机动车在15分钟间隔的畅通状态的进行测量所得。

在地点1中，交通流量较低，三种控制方法除了早高峰外，基本都能获得相等的交通流量。在早高峰期，优化的交通流量以及动态最大绿两种方法明显高于缺省设置。而这两种方法在一天当中并没有显著的区别之处。

在地点2中，交通流量较高，三种控制方法存在明显的不同之处。从早上9点半到下午5点半，交通流量的不同之处开始展现，这些不同之处在下午一点到6点表现尤为明显，图3是一个示意图。在9点之前以及18点后，这三种控制方法获得相同的交通流量。

如图3所示，不管是动态最大绿灯时间还是优化后的控制方法都比缺省的设置获得更大的交通流量。动态最大绿灯配时方法看上略大于优化配时方法的交通流量，尽管这种差别显得微不足道。

根据路口1和路口2的结果来分析，和一个已经优化过的信号配时相比，动态最大绿灯方法能够提供等于或在某些情况下略大于的交通流量。

6、交叉口延误分析

在相似的交通流量下，第二个测量的性能指标是交叉口平均延误，和排队长度一样，延误对于出行的旅行者来说是最值得关注的

性能指标。同时也最能引起公众的抱怨。和交通流量一起，延误测量方法是15分钟车辆完全行使情况下进行测量所得。

正如所期望的，在低交通流量路口，路口1的延误表明一天当中绝大多数时段都是比较合理的，而不需要考虑采取那种信号配时

方法。唯一有显著区别的时段是早高峰时段，优化信号配时方法和动态最大绿配时方法都比缺省配置获得更小的延误。

同样在早高峰期间，7、延误分布

交叉口的平均延误可以洞察整个交叉口的配置。考虑到其他因素的影响，比如延误的均衡分布，同样对交通信号配时影响巨大，为

了判定延误分布，对每个配时方法一天中延误最高的进口道延误进行了比较，数据通过车辆在15分钟高峰时通过交叉口来获取。

在交叉口1，在延误最大的进口道延误平均没有显著的差别。动态最大绿和优化配时方法效果差不多，然而，在交叉口2，延误分布存在较大的不同，尤其是从早上9点到晚上8点期间，图4显示其中的差别性。

对于一天中的大多数时段，动态最大绿配时方法能够对进口道的车辆提供最小的延误，考虑到上面讨论的它和优化配时方法在交叉口的平均延误上的相似性。这表明动态最大绿能够在交叉口进口道上提供更加均衡的延误分布，同样对交叉口最坏的交通流的平均延误调查，提供了相似的结果。

8、交通信号实施

关于最大绿灯配时方法可能要扩大周期，测试表明，理论上交叉口的最大周期长度兆国240秒，这让很多机构无法接受。

假设在重交通状态下满足周期延长，在15分钟间隔内大约周期长度，通过决定最大时间数据任何相位在该时段内结束，通过把整个90秒分割成显示的周期数，从而来决定周期长度。

在交叉口1，交通流保持在轻交通状态下运行，因此周期长度不需要改变，这里，由动态最大绿灯配时方法提供的周期长度明显小于优化的配时方法，在交叉口2，交通流量足够大，服务水平为F,图5为周期长度。

动态最大绿提供的周期长度略大于已有的配时方法，但周期长度并没有达到其理论上的最大值，然后交通流引起某个相位时间增加在交通流内的自然波动避免了所有相位同时增加到最大绿。

9、结论及建议 本研究的目的是判断使用一系列的动态最大绿灯时间是否可减少交通信号配时更新需求，实质上，实质上，需要考虑以下三个问题：

 最大绿是否能够提供同样的通行能力?  最大绿是否能够提供同样的延误?  最大绿是否能够提供合理的周期以及绿信比? 在比较了流量较大的路口以及流量较小的交叉口后，结果表明：

 动态最大绿能够和优化信号配时方法一样提供类似的交通流量以及通行能力。

 证明动态最大绿能够和优化配时方法一样提供相似的延误。在交叉口１，实质上延误是相同的，除了在早高峰时期，优化配时方法相对好些。在交叉口２，全天的延误基本差不多，在每个处理过的阶段性能要好些。 动态最大绿能够提供更均衡的延误分布。在交叉口１，最不理想的交叉口延误实质上和优化配时和改进方法的差不多，在交叉口２能够在最不理想的进口道上提供相当低的延误。

 动态最大绿能够提供合理的交通信号配时，在交叉口１，动态最大绿的周期小于优化配时方法，在交叉口２，动态最大绿的周期略大于优化配时方法。周期长度不会增长到理论的最大值，在上述两个交叉口。本研究也包括其他的一些辅助调查来判断是否最大绿灯时间的变化能能够改善信号配时。

本研究也包含了其他调查,用于判断最大绿灯时间的变化能够提高实施。基于这些实验：

 一个大的步距（20s）不能够提高实施；

 最大的120秒能够提供相同的延误，但增加了最坏进口道的延误。这允许政府部门选择一个动态的最大绿灯时间，基于当地的周期时长。基于以上结果，应用一系列动态最大绿灯参数能够提供合理的实施，并减少交通信号配时维护需求。基于上述存在局限的研究，因此推荐如下参数:  最大绿灯时间：20s; 动态最大绿灯时间：60-120s,由政府部门决定; 动态调整步距：10s;

基于以上仿真研究，下一步将对动态最大绿灯时间进行实际的场外评估，需要作的工作包括对场地的研究，尤其是全保护左转以及中交通流量。