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关于信号周期问题的思考

问题描述

最近很多接触到了好几个领导,都对周期有不同的理解和认识,也将这些观念灌输到低层的调整方案的民警脑中。最为一个信号控制专业出身的学生,对于周期这个概念又是重新进行思考,发现在国内这儿复杂的交通环境下,很多问题细想也挺纠结:

  • 大周期、小周期优缺点是啥?
  • 什么情况下大周期合适,什么情况下小周期合适?
  • 如果周期大(或者小),要调整多少算合适呢?
  • 合适的周期确定需要考虑哪些问题?
  • 如何把有关于周期的感性认识,变成实际可操作?

理论分析

思考这些问题之前,回头看看教材里面对周期计算的公式,从理论到实际嘛。
以下是Webster推到的最佳周期公式
$$ C_0=\frac{1.5L+5}{1-Y}$$
其中:
$ C_0$-最佳周期;
$ Y$-组成周期的全部相位的最大流量比之和;
$ L$-周期总损失时间,计算公式为:
$$ L=\sum_{i=1}^n(l_s+I_i-A_i)$$
其中:
$ l_s$-车辆启动损失时间,一般为3秒;
$ I_i$-绿灯间隔时间,及黄灯时间加上全红清空交叉口时间,一般黄灯3秒,全红灯2-4秒;
$ A_i$-黄灯时间;

参考《城市交通信号控制》和《交通管理与控制》书籍,均衡饱和度思路下,周期的计算公式从形式上是一致的,只是部分系数的调整

从周期的公式可以看出,关键性的参数就是两个:代表饱和度的$ Y$和代表损失时间的$ L$,而且这两个参数与周期都成正相关关系,那么理论上说,关键饱和度越大周期越大,损失时间越大周期越大。
那么在这个理论基础上,来分析思考下现实问题。

思考问题

合适的周期确定需要考虑哪些问题?
先想回答下这个问题,从上面的理论分析可以知道,损失时间和饱和度是影响周期的最主要因素,那么,影响损失时间和饱和度的又是那些因素呢?

  1. 车辆启动损失。
    在目前的实际的环境下面,影响这个参数的因素很多,包括机动车的驾驶行为(经常有看手机的!,礼让行人的?),非机动车混行的影响(非机动车在车辆前方停驶的),信号切换方式(倒计时?绿闪?等等)。对于启动损失来说,远不是定为3秒这么简单。
  2. 绿灯间隔时间与黄灯时间。
    实际上目前很多交警队全红清空的概念还不足,有时会“充分的“利用切换的几秒,有冲突相位绿灯的提前启亮或者不设置全红。同时,由于之前关于黄灯的抓拍规定,使得在驾驶员心中,黄灯$\approx$红灯,而实际上周期公式中黄灯是看作是绿灯的。
    综合以上的两点因素,实际上在操作层面,我们按照推荐值使用周期公式的时候,对于损失时间的计算是偏小的。这也与大家普遍觉得用这些周期公式计算时候总感觉会偏小是吻合的。
  3. 饱和流率。
    在计算饱和度的时候的一个关键参数,饱和流率。进口道的流量是真实值(原则上是),而进口道饱和流率的值通常是按照约定的数值(如直行1500)与修正系数计算而来。因此在计算饱和度时,饱和流率的正确估计,是校准确估计的前提。然而实际的情况是,饱和流率与各地驾驶员的行为以及道路环境的影响关系很大,有些城市就是车头时距大,有些路口存在上下的坡度,导致对车头时距的影响较大。

大周期、小周期优缺点是啥?什么情况下使用合适?

  • 小周期:小周期意味着单位时间内,总的车辆损失时间会增加。尤其是目前的车辆损失计算还处于偏小的状态,实际的损失就会更大。
  • 大周期:大周期可以保证一个每个方向的绝对通行时间,但会带来更多的绿末损失,以及不平衡车流带来的绿灯损失。长时间的绿灯通行还会造成车队的明显离散,以及对下游路口带来较大压力。同时还会造成驾驶员行人的长时间等待,增加闯灯的风险。
    结合实际情况考虑,高峰期,各方向流量较大趋于饱和,绿末的损失较小,这时候总的损失时间就希望是越小越好,综合上面的分析,增大周期可以减少单位时间的损失时间,因此高峰期饱和度较高的时候建议采用大周期。

平峰期或夜间,各方向的流量较小,绿末连续车队基本已经清空,缩短周期以减小整个损失时间。
前几天与李克平老师交流,他的建议是,在满足客观条件下,周期应该尽可能小

最后回到周期大小从感性到理性,具体周期改变的计算问题
实话说,这个问题就太难了,抱歉以我的水平很难回答,让大家失望了。
这是难以用一个公式进行描述或解释,希望有经验的信号调优工程师不吝赐教,在实际的操作中,除了反复的调整测试,怎么样去定量的调整周期?