項曉薇
廣西欽州市自然資源局
摘 要：對跨河橋梁及沿河區域交通網進行協調控制優化能夠減少主幹線、關鍵路口的擁堵，大幅節省人力及時間成本。以欽州平陸運河永福大橋與子材大橋及沿河周邊的區域交通網為研究對象，提出了定時式交通信号協同控制方法與自适應式交通信号協同控制方法的優化方法，對該方法進行仿真測試并對比執行個體進行分析。研究表明：定時式與自适應式的交通信号協同控制方法優化效果與原效果相比通行能力有較大幅度的提升，降低車輛延誤時長效果較好。
關鍵詞：協調控制;跨河橋梁;交通信号;區域交通網;
作者簡介：項曉薇（1984—），女，廣西南甯人，碩士，工程師，研究方向為城市交通規劃。;
0 引言
随着社會經濟的發展，沿江城市交通基礎設施建設不斷加快，由跨江跨河橋梁、過江隧道等設施連接配接的沿江沿河兩岸往來頻繁，而由于橋梁、過江隧道等設施可容納的通行能力有限，往往會導緻跨江跨河橋梁等過江過河通道成為最容易産生擁堵的路段。雖然通過建立跨江大橋等公共設施能夠短暫地解決擁堵問題，但長期來看無法改變其處于交通網絡薄弱點的現狀[1]。是以，研究跨江交通網絡的通行特點，制定合理的管理措施，是從根本上改善跨江跨河橋梁及沿江區域交通網絡薄弱的關鍵點。
對此，很多學者對城市的過江過河橋梁及沿江區域的交通網絡進行了優化。黃佩蓓[2]通過城市交通非線性的特點，提出了針對應用控制的城市交通動态離散模型，并通過上海市中心區域的實際交通量資料進行仿真，驗證了該模型的可行性。孫有信[3]針對城市交通網絡環路的特點，設計了一種區域交通控制系統，通過對執行個體進行分析，發現該系統能對車輛的延誤和減少停車次數具有一定效果。吳雄濤[4]對宜賓跨江大橋的堵塞點進行分析，提出了交通組織方案，通過仿真模型對方案進行驗證，發現擁堵時間明顯減少，平均行駛速度明顯提升。劉芹[5]以路口車輛等候與輸出量為名額，建立了交通控制模型，并利用粒子群算法與退火算法進行仿真模拟，發現提出的模型控制效果各方面均優于TRANSYT模型。雖然學者們從各個方面對各類過江過河橋梁及過江通道進行了優化分析和模型仿真，但從區域交通信号協調的角度進行的研究較少。
本文以欽州市平陸運河的永福大橋與子材大橋及其沿河周邊交通網為對象，通過提出針對跨江橋梁及沿江區域的定時式和自适應式的控制方法，并針對該方法展開仿真，對其主幹線、區域邊界、關鍵幹線與關鍵交叉口進行優化效果分析，驗證其可行性，為實際應用提供一定的參考。
1 背景概況
平陸運河是溝通西江航運幹線與北部灣的主通道，将縮短出海裡程，降低運輸成本。根據相關規劃設計，平陸運河大部分利用現有的沙坪河和欽江進行改造，其中在分水嶺有6km河道為全開挖段。運河全程水位落差約60m，初步標明4～6級梯級，按内河Ⅰ級航道并通航5 000t級貨船、兼顧3 000t級海船的标準進行建設，工程總投資預算約為600億元。平陸運河建成後，自南甯經平陸運河由欽州港出海裡程僅291km，大幅縮短廣西内河出海裡程（縮短563km）。上遊右江、左江、紅水河等河流渠化後，有望與西南諸省廣闊的水陸聯運網構成大陸西南地區一條新的、便捷的出海通道，一定程度上解決長洲樞紐通過能力不足的瓶頸問題。
平陸運河建設完成後，由于設計标準的提高，航道等級由原來的三級航道調整為一級航道，由于航道等級的大幅提升，導緻建立橋梁擡升較大，兩側接坡接地點外移勢必導緻平陸運河兩岸現狀交通銜接及建築等産生較大變化。是以，有必要對欽州城區現狀橋梁跨江節點未來的擡升建立方案進行研究，這對保證平陸運河航道等級提升後，研究範圍内兩岸機動車、非機動車及行人跨江交通順暢銜接，完善影響區域内道路交通網，提高路網的整體效益，平衡區域路網交通負荷，減輕周邊道路交通壓力，提高路網整體服務水準具有積極作用。
2 研究方法及對象
2.1 定時式協同控制
跨河出入口數量控制：為緩解高峰期橋梁的擁堵情況，對橋梁兩端進行配時限制，以此確定在橋梁上的等待車輛不超過最大數量。而跨河橋梁一周期内能容納的等待車輛的最大值為：
式（1）中：Nmax為跨河橋梁一周期内能容納的等待車輛最大數；S為跨河橋長度；Hd為車頭間距；n為車道數。
在得到等待車輛的最大值後判斷相位調整的必要性，若：
則相位可不必進行調整。若：
則需要對各相位綠燈時間進行調節：
式（2)～(4）中：η為溢出系數，一般取0.9;qr為匝道至橋梁的交通量（pcu/h);qa為交叉路口至橋梁的交通量（pcu/h);gr為匝道至橋梁的綠燈時間；ga為交叉路口至橋梁的綠燈時間；trdown為匝道至橋梁的相位調整時間；tadown為交叉路口至橋梁的相位調整時間。
2.2 自适應式協同控制
對于多相位的自适應控制系統，需要通過實際監測獲得車距，通過相位設定系數擷取其飽和度：
式（5）中：SAi,j為i交叉路口中的j相位；SAi,j,p為i交叉路口中的j相位中p入口的飽和度。
最後根據獲得的系數和飽和度對各相位的綠燈時間進行調整：
式（6)～(7）中：SAfi,k為排序後的飽和度；Sort＿Id為排序後的函數。
2.3 研究對象
研究對象為欽州市平陸運河上的兩座過河大橋及過橋主幹線與其沿江區域。其主要參數如表1所示。
表1 欽州市平陸運河主幹道過河大橋主要參數 下載下傳原圖
2.4 仿真軟體
采用德國研制的VISSIM仿真模拟軟體，VISSIM可以通過時間間隔和在不同的駕駛行為的基礎上進行模組化，模拟城市交通行為并分析不同交通條件下的城市交通的運作能力，如不同車道、不同的交通工具等，而且能從微觀的角度對城市及公共交通進行系統評價。是以，VISSIM是目前使用較多的城市交通能力評價軟體。
圖1 永福大橋與子材大橋主幹線通行能力與延誤名額 下載下傳原圖
3 結果分析
通過VISSIM輸出的定時式和自适應式的通行能力與延誤的資料，對控制對象的優化效果進行分析。其中，永福大橋和子材大橋的通行能力與延誤資料如圖1所示。
由圖1可知：平陸運河過河幹線中由西向東的交通量比由東向西的交通量大，通過定時式與自适應式的控制方法，永福大橋與子材大橋的通行能力較現狀的提高幅度分别為24.5%、23.2%和22.2%、18.1%；永福大橋與子材大橋的延誤名額較現狀的降低幅度分别為24.1%、25.3%與18.2%、21.6%。可以看出定時式與自适應式固定周期兩種控制方法得到的效果均優于現狀，且定時式的控制方法效果優于自适應式，其可能原因在于定時式的搭接相位在選擇一定交通方向上的效果強于自适應式。
受控區域總體優化效果如圖2所示。由圖2可知，在通行能力上采用定時式和自适應固定周期的優化效果較好，自适應變化周期下的控制方法與前二者相比有一定下降。在延誤名額中，采用定時式與自适應固定周期式的控制方法效果與現有控制方法相比較差，會産生負優化，但在周期變化的控制方法中，自适應式控制方法總體上優化效果強于定時式控制方法。
此外，對關鍵幹線的優化效果也需要進行仿真測試，其測試結果如圖3所示。
關鍵幹線的優化效果如3所示。由圖3可知，通過定時式與自适應式控制方法優化下的通行能力明顯提高，自适應式控制方法總體效果好于定時式的控制方法。定時式優化下的通行能力與延誤增減幅度分别為17.2%、14.1%；而自适應式控制方法優化下的通行能力與延誤增減幅度分别為25.7%、19.6%。
對平陸運河與其沿河區域的3個關鍵的交叉口進行了仿真測試，得到其優化效果如圖4所示。對其較為關鍵的交叉口1、2、3進行優化效果分析可以看出，總體上定時式的控制方法與自适應式的控制方法均對比現有控制方法提升較大。且針對通行能力與延誤名額，3個關鍵路口的自适應式控制方法下的優化效果均優于定時式控制方法下的優化效果。定時式優化下的交叉路口1的通行能力提高了480pcu/h，延誤降低了15s；自适應優化下的交叉路口1通行能力提高了630pcu/h，延誤降低了21s；定時式優化下的交叉路口2的通行能力提高了500pcu/h，延誤降低了19s；自适應優化下的交叉路口2通行能力提高780pcu/h，延誤降低了24s；定時式優化下的交叉路口3的通行能力提高了600pcu/h，延誤降低16s；自适應優化下的交叉路口3通行能力提高980pcu/h，延誤降低21s。
4 結論
本文以欽州平陸運河永福大橋與子材大橋及沿河周邊的區域交通網為研究對象，提出了定時式交通信号協同控制方法與自适應式交通信号協同控制方法的優化方法，對該方法進行仿真測試并對比執行個體進行分析，得出如下結論：
(1）定時式與自适應式的交通信号協同控制方法優化效果與原效果相比通行能力有較大幅度的提升，延誤時長降低效果較好。
圖2 區域邊界名額 下載下傳原圖
圖3 關鍵幹線名額 下載下傳原圖
圖4 關鍵幹線名額 下載下傳原圖
(2）對于主幹線，定時式交通信号協同控制方法優化效果較好，對區域邊界、關鍵幹線與關鍵交叉路口的優化，建議采用自适應式交通信号協同控制方法。
參考文獻
[1] 許光清.北京交通擁堵的外部性及其政府解決方法初探[J].地理科學進展，2006(4):129-136.
[2] 黃佩蓓，劉妙龍.基于GIS的城市交通網絡分形特征研究[J].同濟大學學報（工學版），2002(11):1370-1374.
[3] 孫有信，錢勇生，王春雷.城市路網環路的區域交通協調控制系統[C]//亞洲交通運輸學會年會暨“交通運輸與物流”學術研讨會.大連：中國交通運輸協會，2007.
[4] 吳雄韬，蔣小晴，劉浏，等.智軌電車跨江交通組織方案[J].智能城市，2020,6(7):169-170.
[5] 劉芹，徐建閩.交通區域協調控制模型[J].交通運輸工程學報，2012,12(3):108-112
聲明：我們尊重原創，也注重分享。有部分内容來自網際網路，版權歸原作者所有，僅供學習參考之用，禁止用于商業用途，如無意中侵犯了哪個媒體、公司、企業或個人等的知識産權，請聯系删除（郵箱：[email protected]），另本頭條号推送内容僅代表作者觀點，與頭條号營運方無關，内容真僞請讀者自行鑒别，本頭條号不承擔任何責任。