基于Synchro系统的单点交叉口交通信号优化.pdf
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1、 100 TRAFFIC&TRANSPORTATION2023 年 9 月 第 39 卷第 5 期(总第 229 期)Sep.2023,Volume 39No.5(Serial No.229)收稿日期:2023-05-31作者简介:叶 圳(1996-),男,汉族,广东深圳人,本科,助理工程师,主要研究方向:交通信号管理与控制。基于 Synchro 系统的单点交叉口交通信号优化叶 圳(深圳市城市交通规划设计研究中心股份有限公司,深圳 518000)摘 要:单点交叉口作为路网中的一个小单元,设置合理的信号配时方案,能有效提高路口通行效率,避免节点拥堵向路网扩散。首先,分析 Synchro8.0 系
2、统中的交通信号配时和相位优化模型;其次,以交叉口总延误、停车次数、服务水平和燃油消耗等综合指标对交叉口进行信号优化;最后,以深圳市龙岗区五和大道贝尔路这个典型的十字型信号交叉口为例,使用延误和停车次数等性能指标对路口进行全面优化。经 Synchro 系统优化后,交叉口总延误由 686.0s下降到 555.3s,降低了19.05%;燃油消耗由 503L 下降到 440L,优化率为 12.52%;CO 排放由 9296g 下降到 8156g,优化率为 12.26%;VOC 排放由 2156g 下降到 1892g,优化率为 12.24%;NOx排放由 1808g 下降到 1587g,优化率为 12.
3、22%。交叉口的整体服务水平由 F 级上升到了 E 级。仿真结果表明,应用 Synchro8.0 系统可以有效提高交叉口通行效率。关键词:交通工程;交通控制;信号配时优化;Synchro 系统;单点交叉口中图分类号:U491文献标志码:A文章编号:1671-3400(2023)05-0100-05Isolated Intersection Traffic Signal Optimization Based on SynchroYE Zhen(Shenzhen Urban Transport Planning Center Co.,Ltd,Shenzhen 518000,China)Abstra
4、ct:As a small unit in the road network,setting a reasonable signal timing at isolated intersection can effectively improve the crossing efficiency and avoid the diffusion of node congestion to the road network.Firstly,the traffic signal timing and phase optimization model in Synchro 8.0 system was a
5、nalyzed.Secondly,the signal optimization of the intersection was carried out based on the overall index of intersection delay,parking times,service level and fuel consumption.Finally,taking the typical intersection of Wu he Avenue Bell Road in Long gang District,Shenzhen as an example,performance in
6、dicators such as delay and stopping times were used to comprehensively optimize the intersection.After Synchro system optimization,the total delay at intersections decreased from 686.0 s to 555.3 s,a decrease of 19.05%.The fuel consumption has decreased from 503 L to 440 L,with an optimization rate
7、of 12.52%;CO emissions decreased from 9 296 g to 8 156 g,with an optimization rate of 12.26%;VOC emissions decreased from 2 156 g to 1 892 g,with an optimization rate of 12.24%;NOx emissions decreased from 1 808 g to 1 587 g,with an optimization rate of 12.22%.The overall service level of the inters
8、ection has increased from level F to level E.The simulation results show that the application of the Synchro 8.0 system can effectively improve the traffic efficiency of intersections.Keyword:Traffic engineering;Traffic control;Signal timing optimization;Synchro system;Isolated intersection基础设施,在现有道
9、路基础上使用交通信号控制算法成为缓解道路交通拥堵的主流方法。城市交通拥堵一般发生在交叉口,若处理不及时,会导致局部的交通拥挤,进而扩散到整个路网。在交叉口配置合理的相位、设置适当的信号配时,一定程度上能够疏解拥挤的交通流,缓解路口的交通压力。对于单点交叉口而言,交通信号优化一般是减少交190 引言 受城市布局规划的限制,无法大规模扩建城市道路2023 年第 5 期 101 叉口各进口道交通流的停车次数,降低平均延误,这些指标在提高交叉口通行能力、服务水平方面起到重要作用。交通信号优化的参数有交通信号相位、信号周期、绿信比等。其评价指标一般包括通行能力、交叉口总延误、停车次数、交叉口服务水平、行
10、程时间和尾气排放等1。定时控制采用 Webster 法,应用比较广泛的是冲突点模型,该方法是以延误最小为目标计算信号周期长度。以此为基础,确定其他的配时参数,但忽略了车辆排队长度、停车率对交叉口通行效率的影响。针对这种情况,国内外一些学者从不同评价指标出发,优化信号配时算法。有部分学者考虑对交叉口相位相序进行优化以解决车流到达不匹配而造成时空资源浪费的问题2-4,如:杨锦冬等5充分考虑交叉口交通特征,以相位关键流量和排队车辆数为主要参数,搭建 YD 算法模型;赵伟涛等6建立以车辆延误和排放构成的综合指标为优化目标的信号控制模型;Kesur 等7将 NSGA-应用到大型交通网络中,建立最小延误和
11、停车次数的优化模型;刘澜等8构建交叉口总延误、燃油消耗和尾气排放等性能评价指标模型,优化交叉口的交通信号配时。国外采用比较多的信号配时系统有 TRANSYT 系统、Cabal 系统以及一些信号配时优化软件(如 VISSIM、TSIS 和Synchro 等)9。机非混合特性是我国城市交通的特点,大多数城市都存在混合交通流,本文以深圳龙岗区五和大道贝尔路为研究对象,拟采用 Synchro 系统中自带的模型,优化目标交叉口的信号周期和相序相位。采用交叉口延误、停车次数和道路服务水平等指标,评价单点交叉口信号配时优化情况。1 Synchro 系统 Synchro 系统是由美国 Trafficware
12、公司研究开发,系统参考美国交通部标准 HCM 规范。该规范标准中的各种参数是根据美国驾驶员的行为习惯和交通法律法规等设定的。虽然不能精准地模拟我国的交通状况,但是计算得到的延误、服务水平和停车次数等参数,在优化方案前后的对比方面,还是具有一定的参考价值。该系统对计算机硬件要求不高,适用于多种信号类型的交叉口,与其他仿真系统相比,Synchro 系统操作简单,可以基于车道设置具体的交通信息(饱和流量、速度等),更加适用于交通信号配时的优化。1.1 信号优化模型 Synchro 系统是以车辆延误最小为目标,由于车辆行车受阻(比如车辆避让过接行人、交通事故等)引起的被迫停车和交叉口停止线内的车辆排队
13、长度等是优化计算的重要因素。在 Synchro 系统中,最佳信号周期是在可接受最短周期的基础上不断优化计算得出的。主要计算过程如下:首先,判断计算得到的信号周期是否满足 90%车道组交通量,若满足条件,采用当前信号周期。否则,增加周期时长;其次,判断该周期是否满足 70%车道组交通量,若满足条件,则采用当前信号周期;假如仍然符合条件的周期,继续增加周期时长,判断延长后的信号周期是否满足 50%车道组交通量。系统一直重复上述优化过程,直至得到最佳信号周期。其计算公式为 P=D 1+St 10+Qt 100(1)3 600式中:P 为性能指标;D 为延误;St为车辆在交叉口停止线内停车的次数;Qt
14、为受影响车辆数。为了保证交叉口的行人安全,Synchro 系统在满足最大自然周期之外,在每个相位上会增设一个行人过街绿灯时间。计算公式为 tp=7+Lp I(2)vp式中:tp为行人过街时间;Lp为过街道长度;vp为行人过街的平均速度,取值为 1.2 m/s;I 为绿灯间隔时间。1.2 相位优化设计模型 在交叉口设置合理的左转保护相位、许可相位,能有效降低延误,提高车辆通行效率。美国道路通行能力手册10设置左转保护相位的参数指标阈值(见表 1)。2 Synchro 系统评价指标模型2.1 交叉口延误 Synchro 系统沿用美国通行能力手册的交叉口延误模型,提出百分比延误(Percentile
15、 Delay Method,PDM)计算方法来计算交叉口延误。PDM 方法在相连交叉口协同控制,感应式信号控制和饱和状态下的信号控制这几种情况下,比其他算法更具优势。PDM 计算公式为 D=VD10+VD30+VD50+VD70+VD90(3)(v10+v30+v50+v70+v90)C/3 600式中:VDi为第 i 中百分比情形下每周期的车辆延误(i表 1 左转保护相位判断阈值判断指标类型阈值交通量指标左转车流量240 pcu左转车流量与对向直行车流量乘积50 000(1 个对向直行车道)90 000(2 个对向直行车道)交通延误指标左转平均延误 35 s/辆交通安全指标左转交通事故 4
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