市政道路交叉口信号优化设计与实践

市政道路交叉口信号优化设计与实践

杨嘉齐

天津市政工程设计研究总院有限公司西青分公司

天津市

300040

摘要：在城市发展进程中，市政道路交叉口交通压力不断攀升，信号优化设计愈发重要。本文围绕此展开研究与实践。首先，通过对多个市政道路交叉口实地调研，采集交通流量、流向和车辆延误等数据，发现现有信号控制存在相位放行时间、绿灯间隔时间设置问题，以及路口协调性差、信号灯放行顺序不统一等不足。基于交通工程学理论和信号控制原理，从信号相位设计、配时优化、交通渠化等方面制定策略。运用仿真软件构建交叉口交通模型，模拟不同优化方案，对比分析平均排队长度、车辆平均延误时间、通行能力等运行指标，验证方案有效性与可行性。此外，选取典型交叉口实践，依据实际交通情况调整优化方案。旨在科学合理地控制交叉口信号，提高通行效率和交通安全水平，为城市交通顺畅运行助力，缓解交通拥堵，满足日益增长的交通需求。

关键词：市政道路交叉口、信号优化设计、交通工程学、仿真软件、实践应用

一、绪论

（一）研究背景

随着城市化进程的加速，城市人口与车辆数量急剧增长，市政道路交叉口作为交通网络的关键节点，面临着前所未有的交通压力。交通拥堵现象频发，不仅导致车辆延误增加、能源消耗加剧，还对城市环境和居民出行质量产生了严重的负面影响。在此背景下，市政道路交叉口的信号优化设计成为保障城市交通顺畅运行的关键环节。科学合理的信号设计能够有效协调车辆、行人的通行权，提高交叉口的通行能力和安全性。

（二）研究目的与意义

1. 目的：通过对市政道路交叉口信号的优化设计，改善交通流的运行状况，提高交叉口的通行效率，减少车辆和行人的等待时间。
2. 意义：缓解交通拥堵，降低交通事故发生率，减少能源消耗和尾气排放，提升城市交通系统的整体服务水平，满足居民日益增长的出行需求，保障城市的可持续发展。

二、市政道路交叉口现状调研与问题分析

（一）实地调研方法

选取具代表性的多个交叉口，包括商业区、住宅区、工业区周边等不同区域类型及多种道路等级组合。通过人工观测与智能设备结合采集数据，在进口道和出口道设观测点，人工记录车辆类型、流量和流向，同时利用高清摄像头和电子感应线圈获取车辆通过时间、速度，计算车辆延误情况。

（二）现状问题分析

1. 相位放行时间：不少交叉口相位放行时间固定，未兼顾高峰和平峰交通流量差异，高峰时放行时间短致排队长，平峰时则浪费时间。
2. 绿灯间隔时间：部分交叉口此时间设置不合理，没考虑车辆启动、制动距离和速度，易使车辆在绿灯转换时无法安全通过，增加冲突风险。
3. 路口协调性：相邻交叉口信号缺乏有效协调，常出现一个路口绿灯放行，下一个路口拥堵，车流走走停停，严重影响整体通行效率。
4. 信号灯放行顺序：复杂交叉口信号灯放行顺序混乱，不符合交通流需求，不同方向车辆相互干扰，增加车辆延误和事故可能性。

三、基于理论的信号优化策略制定

（一）交通工程学理论基础

交通流理论是信号优化依据，如流体力学模拟理论分析车流连续性和波动性，排队论研究车辆排队等待情况。信号控制原理中，定时控制依历史数据预设配时，分配各相位时间，感应控制根据实时车辆检测调整信号以增强交叉口适应性。

（二）信号优化策略

1. 信号相位设计策略：依据交叉口几何形状、交通流量和流向划分相位。十字交叉口左转车辆多可设左转专用相位，并考虑行人过街需求安排行人相位。T 型交叉口根据主、次干道流量差异优化相位组合，保障交通流有序通过。
2. 配时优化策略：基于韦伯斯特配时等方法，依交通流量算最佳周期时长。高峰时增加绿灯时长保障主车流通过，平峰时缩短周期。同时考虑不同车辆（如公交）优先通行权来调整配时，提高公交运行效率。
3. 交通渠化策略：车道功能按各方向流量比例划分，流量大的方向多分配车道。合理设置渠化岛引导车辆轨迹、减少冲突，在进口道设加速和减速车道，提升车辆进出交叉口的安全性和效率。

四、利用仿真软件进行方案评估

（一）仿真软件的选择与介绍

选用 VISSIM、SUMO 等先进软件，功能强大，可精确模拟交通行为，灵活调整参数，高度还原道路、交通流和信号控制等系统。以 VISSIM 为例，能依据道路、流量和配时数据逼真展现车辆行为，模型和算法可信度高。

（二）交叉口交通模型构建

1. 参数设定：道路几何参数依据实际调研的交叉口相关数据设定，交通流量参数按实地采集的不同时段各进口道车辆信息输入，同时纳入公交站点、行人流量等周边因素。
2. 体现信号控制方案：在模型中准确呈现信号相位、配时方案和交通渠化措施，设置信号灯时间和车辆检测、触发机制，使模型与实际相符，并以几何形状和约束条件展现交通渠化设施引导车辆行驶。

（三）不同优化方案模拟与评估指标

1. 不同优化方案：对同一交叉口模拟多种信号优化方案，在相位、配时和渠化细节上有差异，如增加左转专用相位或调整平峰配时。
2. 评估指标：平均排队长度以统计进口道车辆排队平均长度衡量，反映等待空间，短则拥堵轻。车辆平均延误时间体现方案对通行效率影响，越短越顺畅。通行能力按单位时间通过最大车辆数评估，表征疏导能力，高则减少堵塞，通过对比这些指标评估方案优劣。

五、典型交叉口实践应用与调整

（一）典型交叉口案例选择

选取城市中心商业区与住宅区交界处的十字形市政道路交叉口，它连接主干道和次干道，周边有商场、学校和小区，交通流量大且成分复杂，高峰拥堵严重、人车冲突频繁、不同方向车流干扰问题突出，具有代表性。

（二）实践应用过程

1. 原信号控制方案运行情况：原方案采用固定信号配时，未考虑周边交通流量动态变化。高峰时进口道车辆排长队至上游路口，路口堵塞，行人过街时间不足，存在安全隐患。
2. 实施优化方案的步骤和措施：依据前期调研和理论分析，重新设计信号相位，为左转和直行车辆设独立相位减少冲突。调整配时方案，高峰增加绿灯时长，并按进口道流量差异合理分配时间。同时完善交通渠化，设置导流线和渠化岛引导车辆有序行驶。

（三）根据实际情况调整优化

1. 实践中遇到的问题及分析：实践初期，部分驾驶员不熟悉新信号相位和渠化设置，造成短暂混乱，且周边临时活动使行人流量增加，原行人过街时间需调整。
2. 对优化方案进行调整的方法和过程：针对驾驶员问题，增加引导标识和提前宣传。对于行人流量变化，重新评估过街需求，适当延长行人绿灯时间，并在高峰时段安排交通协管员引导行人，保障交叉口交通的安全与顺畅。

六、结论与展望

通过对市政道路交叉口信号的优化设计与实践，取得了显著成果。在典型交叉口应用优化方案后，车辆平均排队长度明显缩短，高峰时段拥堵状况得到有效缓解。车辆平均延误时间大幅减少，提高了交通运行效率，减少了能源消耗和尾气排放。同时，行人过街的安全性和便利性也得以提升，减少了人车冲突。这表明科学合理的信号优化策略对于改善市政道路交叉口交通状况具有重要作用。

然而，研究过程中仍存在一些不足。例如，数据采集可能存在一定的误差，在复杂交通场景下的模型模拟与实际情况可能存在细微偏差。展望未来，可进一步引入更先进的智能交通技术，如车路协同系统，使信号控制更加智能化、动态化。同时，持续优化数据采集方法和模型算法，以适应不断变化的城市交通环境，为市政道路交叉口的高效运行提供更完善的解决方案，更好地满足城市发展的需求。

参考文献：

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[2]王潇骁. 城市轨道交通线路运行能力提升对策研究[D]. 上海:同济大学,2020.

[3]耿中伟. 市政道路平面交叉口优化设计与评价方法研究[J]. 工程技术研究,2024,9(16):177-179.