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烟台市区交通信号控制策略概述
  烟台市地处山东半岛东部,是我国首批沿海开放城市之一,是环渤海经济圈内以及东北亚地区的国际性港城、商城、旅游城,是中国最具投资潜力和发展活力的新兴经济强市。近年来,烟台市机动车保有量和驾驶人数量增长迅猛,市区交通人、车、路矛盾凸显。随着社会经济水平的不断提升和城镇化进程的不断推进,烟台市机动车保有量还将保持高速增长势头,城市交通将面临空前压力。笔者根据烟台市区交通实际情况,通过烟台指挥交通管理云应用平台采集到的交通数据,对市区尤其芝罘与莱山两区的交通信号控制策略做了相关研究,整理报告如下,管中窥豹,结论和建议不尽成熟,希望能对市区交通规划组织的决策有所裨益,起到抛砖引玉的作用。
  一、市区交通现状分析
  目前,烟台市区(芝罘区、莱山区和高新区)已建成264个路口的智能信号灯。市区交通拥堵点主要分布在芝罘区和莱山区,包括十纵六横四商圈。十纵六横构成了烟台市区路网的骨架,分担了市区大量的交通出行压力,四商圈是市区交通的主要吸引与发生源。为了保证市区的交通畅通有序,尤其是十纵六横四商圈区域内交通的畅通有序,按照"缓进快出内疏"的原则,我们对这264个路口的智能交通信号灯实行了如下交通控制策略的实施,包括20个单点感应控制路口,23个单点自适应控制路口,10条路段的78个平峰期绿波协调控制路口,25个公交信号优先控制路口,118个定时控制路口。
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  如上图所示,十纵线从西往东分别为冰轮路、化工路、环海路-海港路沿线、青年路-青年南路沿线、大海阳路-机场路沿线、通世路-通世南路沿线、解放路-迎祥路-南迎祥路-山海路-山海南路沿线、观海路、滨海中路、迎春大街。
  六横线从北向南分别为幸福南路、芝罘屯路-北马路沿线、只楚路-南大街-二马路沿线、凤凰台路-白石路-文化路-毓璜顶西路-环山路-迎宾路沿线、红旗西路-红旗中路-红旗东路沿线、港城西大街-港城东大街沿线。
  四商圈分别为海港路-南大街商圈、青年路商圈、幸福路商圈、迎春大街商圈。
  二、市区目前采取的交通控制方式
  目前针对路口交通流特性,主要通过以下五种交通控制方式来对市区264个路口的智能交通信号灯进行科学化、精细化和合理化的管理。
  (一)单点定时控制
  单点定时控制是根据单个交叉口的运行情况,采取预设固定时段的方式进行信号控制。单点定时控制方式的设置应符合以下条件之一:
  1、空间相隔距离较远的交叉口;
  2、交通流量较大且在长时间段内变化幅度不大的交叉口;
  3、当交通流量随时间段变化显著时,应采用多时段的单点定时信号控制方案。
  单点定时控制是使用最早、最多的一种交通信号控制方式,当前市区共有118个路口采用单点定时控制。
  (二)单点感应控制
  包括单点半感应控制和单点全感应控制,当前市区共有20个路口采用单点感应控制。
  1、单点半感应控制
  单点半感应控制是根据支路上的交通检测器提供的信息,平时主干道维持长绿信号,只有当支路上有车辆(或行人)到达交叉口时,才给以通行权。单点半感应控制方式的设置应符合以下条件之一:
  (1)主干道与支路相交的交叉口,主干道上交通流量特别大,而支路上交通流量较小;
  (2)主干道路段的人行横道处,根据行人请求来确定过街相位时间;
  (3)必须降低对主要干道干扰的交叉口。
  2、单点全感应控制
  单点全感应控制是根据埋设在所有进口道上的交通检测器提供的信息,当主干道和次干道(或支路)的交通流量都比较小时,主、次干道(或支路)入口的信号均维持最短绿灯时间,当交通流量较大时,可自动延长绿灯时间。单点全感应控制方式的设置应符合以下条件之一:
  (1)相交道路等级相当、交通流量相仿且变化较大的交叉口;
  (2)交通流量变化大而且不规则,使用定时信号处理绿灯损失较大的、难以用定时信号处理的交叉口;
  (3)有几个流向的交通流量时有时无或多变的复杂交叉口;
  (三)单点自适应控制
  单点自适应控制是根据路口交通流量动态变化情况,采取相应的算法对信号配时方案进行实时优化调整,使单个路口满足控制策略的需要。单点自适应控制方式的设置应符合以下条件之一:
  1、相交道路等级相当、交通流量相仿且变化较大的交叉口;
  2、交通流量变化大而且不规则、难以用定时信号处理的交叉口。
  单点自适应控制可以通过路口埋设的交通检测器检测到的交通流量自动调整路口各个相位的时间,做到路口放行时间随车流量变化而变化,当前市区共有23个路口采取单点自适应控制。
  (四)干线定时协调控制(通俗所称的绿波带)
  干线定时协调控制是通过时钟同步,干线上各交叉口的信号机按预设方案协调运行。干线定时协调控制方式的设置应符合以下条件:
  1、协调交叉口的交通流量较为稳定、变化不大;
  2、协调交叉口的交通流饱和度不宜过大;
  3、交叉口之间应有较大的关联性,通常相邻交叉口之间的距离不宜超过800米;具体我们烟台市多山,部分道路虽路口间间距较大但因临山濒海等地形原因造成出口较少,因此具体实践中部分路口的间距达到1500米。
  4、协调交叉口的交通特征相像,并且路段上的横向干扰较少。
  当前市区北马路、南大街、只楚路、红旗路、港城东大街、港城西大街、科技大道、观海路、机场路、青年路-青年南路这10条路段的沿线78个路口采取了平峰期绿波协调控制。
  (五)公交优先控制
  从交通信号控制的角度,公交优先控制就是通过在干路设置的电子设备识别并精确定位有优先通行权的公共汽车,在满足路口最小绿灯时间和最大绿灯时间的有效范围内,并平衡干线绿波协调策略,实时调整路口信号周期,即或延长当前的绿灯时间或提前结束当前的红灯时间,实现公共汽车最大可能的不停车通过路口,切实提高公共汽车的通行速度,体现公共交通方式的优越性。当前市区只楚路-南大街-观海路沿线25个路口采取了公交信号优先控制。
  三、烟台市区交通流特性
  烟台市交通流在整体上存在明显的早晚高峰特性,并且高峰时段在工作日和节假日呈现出一定的差异性。工作日交通出行比较集中,高峰时段交通拥堵程度较为严重,但持续时间相对较短。节假日交通出行相对分散,高峰时段交通拥堵较为平缓,持续时间相对较长。
  同时,烟台市是典型的旅游度假城市,每年的六月下旬至十月上旬是烟台市的旅游旺季,此时的烟台市各大景点及前海一线周边交通压力会有所增加。
  根据路口流量数据及道路实际运行状况分析得出,烟台市工作日的交通拥堵主要发生在每日的上下班高峰期,早高峰一般出现在7:20~8:50之间,晚高峰一般出现在17:00~18:30之间,不同的区域和路口早晚高峰出现的时刻及高峰持续时间会有差异。不同区域的路口早高峰出现时间相差不大,但早高峰结束时间有较大差别,晚高峰出现的时间及结束时间不同区域差别较大。其中南大街沿线各路口的高峰持续时间相对较长,平峰交通负荷依然较大,而其它区域高峰持续时间短,并且高平峰时段较为显著。
  烟台市节假日大部分路口没有明显的早晚高峰期,居民出行一般集中在上午的8:30~11:30和下午的13:30~20:30.根据流量统计,去年国庆(仲秋)、春节节前等节假日期间市区路口的流量要比平时要高8%左右,部分路口的流量甚至能比平时高10%左右,其他周末时间的交通流量基本上与工作日相持平。因此国庆(仲秋)、春节节前等节假日期间相比平时周末,全天交通拥堵时间更长,没有明显的高峰和平峰的分界。市区南大街沿线商场、娱乐、餐饮等场所密布,平常周末部分路口会出现上午小高峰和下午小高峰,其中南大街-海港路在上午9:00~11:30期间会出现交通拥堵现象,南大街-青年路在上午9:30~11:00期间也会出现交通拥堵现象。
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  烟台市早高峰交通流向图
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  烟台市晚高峰交通流向图
  从空间来看,烟台市高峰时段不同的区域出现不同的交通特性,芝罘区以南大街为中心,莱山区以烟台市政府为中心,早高峰进城向交通流量相对较大,晚高峰出城向交通流量相对较大。目前交通拥堵主要集中于市区主干道的汇聚点和各大商圈周边,并且在早晚高峰期已经形成了11个典型的常发性拥堵区域,这些区域的交通条件代表着烟台市整体交通运行状况,是交通信号控制中需重点考虑和设计的区域。
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  芝罘区拥堵区域分布图
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  莱山区拥堵区域分布图
  四、交通控制策略
  根据烟台市的交通现状和路网结构,将烟台市区划为9个控制大区,分别为南大街周边区域、红旗中路沿线区域、幸福片区、只楚路沿线区域、冰轮工业园周边区域、南尧周边区域、黄务片区、观海路沿线区域、迎春大街周边区域,如下图示。这些区域内部各路口彼此间交通流具有较大的关联性,并且交通特点十分相似性,在交通管理与控制中需作为一个整体来综合考虑,特别是在交通拥堵的整治中,需要考量区域内各路口间的相互影响。而各区域之间的关联性相对较弱,彼此间交通影响不大,在交通信号控制中可以独立开来考虑。
  其中,南大街周边区域、红旗中路沿线、冰轮工业园周边、幸福片区、南尧周边和迎春大街周边为主要的交通发生和吸引源,易发交通拥堵问题,需重点缓解高峰期拥堵程度。而只楚路沿线、观海路沿线和黄务片区目前更多的属于过境通道,交通拥堵问题不突出,应着重提高路段的通行速度,同时采用"分段截留"的方式,来配合中心区域"缓进快出内疏"的交通控制策略。并建议设施科在条件允许的路口,将出城方向的直右混合改为右转专用,进城方向直右混用方式不变,利用右转车道来达到缓进快出的交通控制策略。
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  (一)高峰期控制策略
  高峰期重点缓解芝罘区八大拥堵区域和莱山区三大拥堵区域的交通压力。
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  芝罘区高峰期重点疏导区域
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  莱山区高峰期重点疏导区域
  其中南大街周边区域拥堵点位最多,拥堵区域最广,一部分交通压力在区域内部产生,另一部分从区域外围进入。该区域主要通过瓶颈控制、需求控制等方式来保证区域内路口基本交通秩序,防止排队溢出,同时保障南大街的交通顺畅程度。早高峰,从区域外围控制进入南大街周边的交通需求,并将周边较长的路段用于排队存储。晚高峰,因大部分交通需求从区域内部产生,应在保证路段基本通行秩序的前提下,提高驶出节点的通行效率。
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  南大街周边区域高峰存储排队路段示意图
  (二)平峰控制策略
  根据烟台市路网特点和交通流特性,平峰期,重点提高红旗路以北区域的东西向主干道的通行效率,红旗路以南区域重点提高南北向主干道的通行效率。如下图所示,目前我们已经对市区10条路段的78个路口实行了平峰期绿波协调控制,协调控制的实施有效提高了车辆的通行速度。
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  烟台市平峰期控制策略图
  根据上述的城市交通控制策略,结合烟台市道路条件和交通状况,目前已建成20个单点感应控制路口,23个单点自适应控制路口,10条路段的78个平峰期绿波协调控制路口,25个公交信号优先控制路口,118个定时控制路口。
  五、交通控制策略效果
  在市区机动车保有量逐年增加的前提下,对市区264个路口的智能交通信号灯按照各自交通需求的不同进行科学化和精细化的管理后,缓解了市区道路交通拥堵,进一步提高了现有道路通行效率。市区早、晚高峰期主干道平均车速分别提高了14.6%和12.1%,道路通行能力提高13.5%,城区拥堵程度由"中度拥堵"下降为"轻度拥堵".南大街实行1路和5路车的公交信号优先控制后,公交车单班次平均行程时间能比未实现之前节省5分钟左右,单班次平均行程时间提高百分比达到了7%左右。在今年南大街实施公交专用车道以后,从空间上和时间上都对公交车进行优先控制的话,公交车的行程时间还将会继续缩短,进一步提高公交车的通行效率。
  但是同时缓进快出内疏的宏观策略、绿波协调控制以及公交信号优先等优化,也给外围的路口带来一定的交通压力,例如存在西向、南向进城方向高峰期压力增大,信号周期增大等情况的出现;而绿波协调控制以及公交信号优先的实施,对垂直方向、微循环交通带来一定的负面影响,出现垂直方向交通等待时间变长等情况。
  下一步,我们将继续从时间上和空间上进行挖掘,对市区路口的智能交通信号灯进行科学化、精细化、合理化的管理,以期达到市区平峰期提高道路的通行效率、保障交通通行畅通,高峰期缓解交通拥堵、降低路口车辆排队长度、减少车辆等待时间目的。
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