玉溪市交通信号灯的最优控制时长

　　摘 要：本文主要是在现有的红绿灯周期内对红塔大道与东风路交叉口高峰期时各个相位的绿灯时间进行合理的调整，并结合实际情况缩短平时的红绿灯周期，以让道路能在任何时候都能达到最大的通行能力。 　　关键词：最优控制时长；阻塞；滞留 　　中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 04-0032-02 　　随着公路交通运输的发展，交通拥挤、道路阻塞频繁发生等问题越来越严重地困扰着我们的城市。有资料显示玉溪的人均拥有车辆数全国排名第二，随着今后经济的发展和人口的增加，城市机动车拥有量也会急剧上升，这些将导致道路交通流量迅猛增加，从而引发了高频率的交通堵塞，城市中的交通路口也将面临着严峻的考验。但道路中只要交通信号灯的存在，它就会或多或少地影响交通网络的运行效率，因此交通信号灯必须以最优控制策略存在，以减小交通网络中所有车辆的通行时间，使更多的车辆能安全高效的利用有限的道路，减少出行时间。由此可知交通信号灯转换周期的长短是减缓滞流现象，空道占时的情形，提高了交通通行率决定性的因素。所以如何控制交通信号灯转换周期成了一个城市疏导交通堵塞的首要问题。本文主要研究玉溪市红塔区红塔大道和东风路交叉口，考虑交通堵塞较为频繁的时段，调整高峰期时各个相位绿灯时间，并用合理的方法缩短平时的红绿灯转换周期，来减少道路堵塞给人们带来的困扰。 　　红绿灯一般分三种，一种是传统红绿灯，即红灯到绿灯没有黄灯缓冲，而绿灯切换红灯之前有黄灯缓冲，这种红绿灯没有人行道上的红绿灯。第二种是普通红绿灯，就是在传统红绿灯基础上加上人行道红绿灯，人行道上只有红，绿两种灯。第三种是大型红绿灯，这种红绿灯是在传统红绿灯的基础上加上左转弯计时和倒计时的显示。本文主要研究的是第三种红绿灯。右转车辆由于没有受到红绿灯信号的控制（或对右转车辆提前进行分流）可以在任意时间通行，所以在进行数据采集和分析计算时本文对它不予讨论。 　　我们知道如果一个路口的红绿灯周期能够满足路口车流量高峰期时的通行能力，那它就能承载平时的车流量。但由于平时道路的中车流量没有高峰期时的多，如果整天对路口采用相同的周期控制，那么道路空闲的现象将会频繁的出现，这样将极大地浪费本来就有限的道路资源，同时也增加了人们的出行成本，所以缩短和调整红绿灯周期使其在平时或流量高峰期时达到最优控制显得无比的重要。 　　首先介绍有关交通流的四个概念和一些有关的参数：相位、绿信比和流量。 　　所谓相位[2]，就是指在一个信号周期内一股或几股车流，不管任何瞬间都获得完全向东的信号灯色显示，那么就把它们获得不同灯色的连续时序称作为一个信号相位。 　　绿信比[3]：某相位的绿灯时间与信号灯周期之比。 　　流量[3]：指某时刻单位时间内通过道路指定断面的车辆数，通常以辆/h为单位。 　　目前1相位绿灯时间为32s，转到2相位有3s的黄灯时间，2相位有32s的绿灯时间，而2相位到3 相位也有3s的黄灯时间，3相位有35s的绿灯时间，转到4相位有3s的黄灯时间，4相位有28s的绿灯时间。4相位转到第1相位时也有3s的黄灯时间。所以目前的此红绿灯周期为143s。 　　一些相关的公式： 　　其中 分别是1、3相位的绿灯时间， 分别是2、4相位绿灯时间。 　　在玉溪，由于大多的企业单位上下班的时间大致相同，为了获得最具代表性的数据，进行可行性的研究，我们特意选用了周一至周五上班高峰期、下班高峰期（11：50-12：25、16：50-17：20）的不同时段和平常的时间对红塔大道和东风东路的交叉口的车流量、直行和左转车辆通过停止线的时间进行了统计，以便分析计算出各个相位红绿灯的最优控制时长，使在已有的红绿灯的周期内能够更加合理的调整各个相位红绿灯周期，从而缩短交通网络中所有车辆的通行时间，使更多的车辆安全高效的利用有限的道路，减少出行时间，解决道路中空道占时现象和道路阻滞现象频繁发生的问题。 　　（因在黄灯时间内没有车辆通过停止线，在进行计算时我们忽略了黄灯时间，用各个相位的绿灯时间之和表示周期，以方便计算），通过计算得到， 。 　　通过以上的计算我们得出了4个相位绿灯的最优控制时长，从结果我们看出1、2，3相位的绿灯时间在原有的基础上都有所提高，而4相位的绿灯时间减少了。通过以上的调整，这个最优的控制时长将极大的改善1、2、3相位在绿灯完成后还有车辆在停车线以外等待的现象和4相位空道占时的现象。 　　在统计数据过程中发现现有的红绿灯整天采用的是高峰期时的周期对道路中通行的车辆进行控制，而道路中平时的车流量没有高峰期时的多，所以单单调整高峰期时红绿灯时间是不够的，我们应该充分考虑到平时车流量没有高峰期时的多这一问题，在合理分配绿灯时间的同时缩短红绿灯周期，充分的利用道路资源。 　　从表格中可以看出，调整后的绿灯时间都能满足在原有周期内等待车辆通过停止线的时间，所以这样的调整是合理的，调整后的红绿灯周期为119s，这比原来的127s缩短了8s。由于我们在计算是没有考虑黄灯时间，加上12s的黄灯时间，调整后平时的红绿灯周期为131s。 　　从以上数据中，我们发现：调整后的3相位的绿灯时间比高峰期时的绿灯时间还多，这可能是因为在高峰期时3相位在绿灯完成时还有车辆在停止线以外，现有的高峰期的红绿灯周期有待改善所致。 　　通过以上的计算，我们在原有的基础上调整出了更能适应现有交通流量的红绿灯周期，并进一步缩短了平时的红绿灯周期时间，这将在一定程度上改善道路阻塞和空道占时现象的发生。 　　参考文献： 　　[1]袁涛，韩冰.交通信号灯趣味史[J].汽车运用，2010，5. 　　[2]张生瑞.交通流理论与方法[M].北京：中国铁道出版社，2010，9. 　　[3]姜启源，谢金星，叶俊.数学模型[M].北京：高等教育出版社，2011，1. 　　[作者简介]王庆喜（1989.4-），女，云南，大学本科，学士学位，数学模型；李银莉（1989.1-），女，云南，大学本科，学士学位，数学模型；吕自能（1990.4-），男，云南，大学本科，学士学位，教育技术。