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  • 基于SCATS系统的城市干道协调方案设计与优化

    2018-06-11 11:22:00 来源:上海电科智能 作者:宋晓鹏 王雪雪 评论:
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    关键词:SCATS 干道协调 信号优化

    摘要:基于SCATS系统对干道进行协调是一种优化交叉口时间资源的有效手段,本文以城市某干道为例,详细阐述了干道绿波协调中所需做的工作并且给出了很好的协调控制方案。方案在保证行人与非机动车安全顺畅通行的基础上,有效的减少了机动车的停车次数,缩短了机动车的行程时间。

    1. 需求背景

    随着经济的发展和人民生活水平的提高,交通活动已成为人们生活中的重要组成部分。交通的发展,促进了人类社会的不断进步,但随着汽车数量迅猛增长,城市道路面临着日益拥挤的交通问题。交通拥挤导致时间延误,交通事故增多,环境污染加剧,燃油损耗上升。 发展智能交通是解决交通拥挤等问题的有效手段。2016年,公安部交管局提出城市道路交通信号灯配时智能化和交通标志标线标准化工作,各地进行了积极响应。为优化干线信号控制,评估干线承载能力,基于SCATS信号控制系统,本文针对城市某一干道开展交通专项调查,在保证交通安全的基础上,进行干道协调控制方案优化设计,以使交通参与者以最少的停车次数,最短的通行时间、最大的通行效率通过交叉口。

    1.png

    图1 干道协调控制范围图

    本研究内容涉及14个路口路段长度大概为3838m,交叉口限速为40km/h,横断面为四幅式,即由三条绿化带将车行道分为四部分,靠近中间分隔带的两条为机动车道,靠近路边的两条为非机动车道。四幅式道路是渠化交通、完全分道行驶的最理想的布置形式,但绿化带越宽,用地就越多,与之相交道路车辆通过交叉口与行人过街时间就越长,见图2。

    2.png

    图2 横断面图

    经现场调查发现周围大型客流吸引点主要有,地铁站、医院、展示馆、学校及商业广场等。优化信号配时,在考虑机动车需求的基础上,也要满足行人过街的需求,无法实现行人一次过街的交叉口要增设行人二次过街信号灯。

    2. 交通调查

    基础信息主要分为是动态信息、静态信息。其中静态信息主要是渠化、交叉口间距、还有初始配时,动态信息就主要是指流量。采集这些基础信息主要是为了更加接近干道的真实运行情况,更了解交叉口实际需求。为了得到符合路段实际干道协调控制方案,需进行一系列的交通调查工作,具体如下。

    1) 基于SCATS的交叉口流量

    流量是最能体现交叉口运行现状的动态指标,是单点配时必须的数据。采集主要是通过人工调查以及SCATS线圈采集两种手段。

    3.png

    图3  SCATS的交叉口流量折线图

    2) 关键交叉口渠化·

    4.png

     图4 关键交叉口渠化图

    3) 交叉口间距

    路口间距是协调的主要指标,其决定了这14个路口是否可以做协调,或者是否协调能达到理想中的效果。

    5.png

    图5  交叉口间距图

    4) 关键交叉口初始配时

    表1 关键交叉口初始配时表

    交叉口

    时间

    南北方向

    东西方向


    关键交叉口1

    时间

    直行

    左转

    直行

    左转

    周期时长

    6:30~8:30

    45

    18

    25

    18

    106

    8:30~16:30

    40

    18

    23

    15

    96

    16:30~18:30

    45

    18

    25

    18

    106

    18:30~22:00

    40

    18

    23

    15

    96

    22:00~6:30

    35

    20

    55

    关键交叉口2

    时间

    直行

    左转

    直行

    左转

    周期时长·

    6:30~8:30

    45

    18

    32

    20

    115

    8:30~16:30

    40

    18

    30

    18

    106

    16:30~18:30

    45

    18

    32

    20

    115

    18:30~22:00

    40

    18

    30

    18

    106

    22:00~6:30

    35

    20

    55

    关键交叉口3

    时间

    方向

    方向

    周期时长

    6:30~8:30

    45

    23

    68

    8:30~16:30

    40

    20

    60

    16:30~18:30

    45

    23

    68

    18:30~6:30

    40

    23

    63

    3. 方案生成

    3.1 干道协调控制基础信息分析

    并不是所有的干道都适合做协调,限制条件有交叉口数量、车辆转向比例、交叉口间距等。本文研究的14个交叉口间距总长度3838m,平均交叉口间距295m,最大交叉口间距450m,最小交叉口间距110m;转向车流量比平均15%,转向车辆最多的交叉口比例为23%,转向车辆最少的交叉口比例为23%,皆满足干道协调要求。但设计交叉口数量较多,全部交叉 口无法协调为一段协调。结合关键交叉口为四相位信号控制,部分交叉口左转车流较多,三个交叉口非协调方向占用绿信比较大,不利于协调控制,考虑采用三段协调工作,图6。

    6.png

    图6 协调控制分段图

    3.2 方案生成 

    将以最大绿波带为协调目标进行双向协调。

    1) 单点配时方案

    单点配时方案是交叉口正常运行的基础,也是涉及协调必须优化的内容。方案主要包括两种:一是基于SCATS信号机降级后的或通讯异常时的配时方案;二是在保证其他方向正常通行的基础上以协调方向绿信比最大为原则的用于协调的基础绿信比方案。两种方案见表2、表3。

    表2 关键交叉口单点配时基础方案

    关键交叉口1

    PL:1

    CL:50

    A:0

    B:20

    C:39

    D:41

    PL:2

    CL:64

    A:0

    B:22

    C:34

    D:50

    关键交叉口2

    PL:1

    CL:70

    A:0

    B:24

    C:37

    D:55

    PL:2

    CL:64

    A:0

    B:22

    C:34

    D:50

    关键交叉口3

    PL:1

    CL:40

    A:0

    B:19

    C:27


    PL:2

    CL:52

    A:0

    B:23

    C:36


    表3 用于干道协调控制的关键交叉口基础绿信比方案

    SITE

    SPLIT

    PLAN1

    PLAN2

    关键交叉口1

    A split

    A:47%

    A:45%

    B split

    B:17%

    B:18%

    C split

    C:19%

    C:20%

    D split

    D:17%

    D:17%

    关键交叉口2

    A split

    A:47%

    A:45%

    B split

    B:17%

    B:18%

    C split

    C:19%

    C:20%

    D split

    D:17%

    D:17%

    关键交叉口3

     

    A split

    A:55%

    A:58%

    B split

    B:20%

    B:20%

    C split

    C:25%

    C:22%

    D split

    D:17%

    D:17%

    2) 双向协调方案

    由基础信息分析所述,采用将14个路口分为三段协调。利用干道协调的图解法和数解法对三段协调进行计算协调,改变交叉口之间绿时差,以达到双向以最小停车次数通行交叉口。具体见图7、图8。

    7.png

    图7 第一段协调图                图8 第三段协调图

    第一段协调在保证行人过街与车辆初始排队延误的基础上,将四个路口绿时差进行了很好的协调,在50km/h平均速度的设定下,双向平均波带宽度有30s;第二段协调各个进口道流量相近,各个相位优化时并未能实现协调方向永盛路直行绿信比最大的目标,采用图解法与数解法效果并不明显,故利用SCATS本身的特性使其自动协调;第三段协调在保证行人过街与车辆初始排队延误的基础上,将六个路口绿时差进行了很好的协调,在50km/h平均速度的设定下,双向平均波带宽度有12s。

    3) SCATS中需要配置的数据

        各路口在协调优化前,路口信号机的控制模式是F(灵控)模式,也就是主控降级后的模式。为了实现优化路口和各路口间能够协调,必须在SCATS中进行有关数据的配置,配置内容有:Subsystem(子系统)的方案、SITE DATE(路口数据)中的绿信比方案。

    4. 效果评价

    4.1 稳定性分析

    8.png

    图9  子系统运行日志

    上图表明,优化绿信比与周期随流量变化波动均较小,即系统稳定性较好。

    4.2 路段行程时间对比

    9.png

    图10  优化前与优化后评价对比效果

    表4 优化前与优化后评价对比效果

    阶段

    评价指标

    正向

    反向


    优化前

    行程时间

    9.8MIN

    10.1MIN

    优化后

    5.5MIN

    6.3MIN

    对比

    减少42%

    减少39%

    由上图与表可以看出,该干道协调后的正向行程时间由9.8min减少至5.5min,缩短了42%;反向行程时间由10.1min减少至6.3min,缩短了42%。

    道路交通信号控制系统协调优化后,能够大幅度地提高道路的通行速度,能够大大提高主干道的使用效率,提高道路的通行能力,降低行程时间和延误时间,降低车辆运行的社会成本。此外,运行速度的提高能够减少车辆的尾气排放,减少对空气的污染,对提高环境质量大有裨益。

    作者简介

    宋晓鹏:上海电科智能系统股份有限公司

    王雪雪:上海电科智能系统股份有限公司

    周志星:上海电科智能系统股份有限公司

     


  • 关键字: SCATS系统 城市干道优化
  •    责任编辑:梁兰春
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