交通信号与运营优化研究

挑战

作者：迈克尔-马伦、戴维-霍尔特、马修-斯尼德（SIMGINEERS LLC）

在 2015 年冬季模拟大会上发表

优化交通信号协调系统的配时被认为是最具成本效益的交通管理措施之一，可减少延误、停车、油耗和排放。优化后的交通信号协调系统将使交通运行更加顺畅，从而提高通行能力、减少停车次数并缓解车龙过长的问题。研究走廊是一条主干道，横截面为五车道，每个方向有两条直行车道，中间一条车道用于左转。

最初的研究模型是利用现有的交通流量统计、车道几何形状、交通控制、张贴的速度限制和信号配时开发的。使用 SIMIO 生成了多种有效性指标，包括：总行驶时间、每辆车的停车次数、平均速度和周期长度。一旦仿真模型得到验证，就会使用有效性指标对仿真方案进行比较，以确定其对交通流质量的影响。

交通流量

这条交通繁忙的通勤走廊每天的车流量超过 30,000 辆，年均车流量增幅在 9% 到 10% 之间。项目走廊包括七个信号交叉口和三个非信号交叉口，其中包括一个通往大型杂货店的非信号出入口。目前的交通系统经常发生交通事故，因为旅客试图进出该商店。我们进行了交通分析，以确定一天中各时段的交通流模式，从而确定一天中所需的信号配时计划数量。分析使用 SIMIO 建模软件进行。在分析走廊沿线的优化协调信号配时计划方案之前，将模型与观测条件进行比较和校准，以验证模型。经过验证的走廊模拟模型如图 1 所示。

图 1：SIMIO 仿真模型

解决方案

逻辑

通过编写一般表达式在模型中实施约束条件，为标准活动和高级解决方案留出足够的时间。标准活动包括为车辆通过交叉路口和行人通过交叉路口留出足够的时间，而高级解决方案则是在模拟中编写一个变量，用于确定车辆安全进出某些场所所需的最佳时间分割。在这些场所两侧的交叉路口实施分时通行，以减少事故，并保持高效的绿灯带，从而改善交通流量。

该系统能有效地利用不等的街区长度和不等的分段时间，从而产生一个具有高效绿带的系统，以改善交通流量。该通道的复杂性在于如何在七个定时交叉口之间分配有效的分道线，以实现更安全的通道。该系统可用于偏重一个方向而非另一个方向，例如，在早高峰时段，进城的交通流量会以相反方向行驶的较少车辆为代价，反之亦然。通过对交叉口之间的周期长度和街区间距进行一定的组合，可以实现充分的双向交通流协调。

商业影响

结果

考虑到当前的车道几何形状和交通需求，通过同步配时计划的模拟方案，为研究走廊制定了改进的交通流计划。模型校准后，便制定了一套优化的信号配时计划。这些计划建立了绿色分流、偏移和相位序列，使每个方向的交通流量达到最大。

表 1：网络总计

模拟计划将减少每辆车的平均停车次数，将平均车速提高 9 英里/小时，并缩短主要交叉口的周期长度，以留出足够的交通间隙，使走廊沿线的左转更加安全。此外，还制定了有效的绿灯带偏移时间，以减少行车时间，使交通更加顺畅。