上海语凯智能科技有限公司
摘要：随着城镇化建设的逐步深入，人们生活水平的不断提高，城市交通运输压力不断增加，因此为确保交通顺畅，就需要对路口信号控制进行优化。基于此，本文以上海浦东新区川沙路迎宾立交路口为例，针对其信号控制优化展开探讨，介绍了该立交路口的实际情况，和交通问题，分析了引发问题的主要原因，并有针对性地提出了相应解决策略。
关键词：市内立交；路口信号；控制优化
引言
在我国发展过程中，交通运输行业也在飞速发展，城市运行汽车的数量不断提高，城市交通拥堵问题越发严重，居民出行的满意度逐年下降，尤其是对于北上广深等一线城市而言，交通问题已然成为了城市发展过程中的重要影响因素。因此，加强对于城市道路交通信号控制的优化分析是十分有必要的，对于缓解城市交通压力有着重要作用。
一、优化市内立交路口信号控制的意义
交通事业的发展情况往往体现着一个国家的现代化发展水平，因此促进国家交通事业的发展，加强对于城市信号控制的优化对于提升城市运输能力，促进城市经济水平的进一步发展而言都是十分重要的。当前随着我国人民生活水平的不断提升，家庭代步车辆的数量逐年增加，一方面，极大地促进了我国交通事业的发展，另一方面，城市运行车辆数目的增加，也在一定程度上增加了城市交通运输压力，随着城市的发展和建设，市内道路交通堵塞等问题日益严重，城市交通事故发生的频率也在逐步上涨，其中，交通运输问题最为严重的当属一线城市，上海作为我国经济贸易往来的重要地区，其交通运输压力也在逐渐增加。在人们日常生活中，经常会发生车辆行驶的过程中出现突发性故障，此时就会影响到该路段的运行情况，甚至造成大范围的拥堵，此外，若某路口的城市交通信号灯出现故障，也会影响该路口的交通秩序，造成路口拥堵问题[1]。而且，随着当前城市化建设的逐渐深入，城市立交桥的数量也在日益增多，而上下立交桥的匝道口就会成为交通堵塞的“重灾区”，因此加强此类路口的交通信号控制优化对于缓解交通压力，维护车辆运行秩序，确保出行安全顺利都有着重要意义。
二、立交路口概况
案例信号位于上海市浦东新区川沙路迎宾立交，浦东SCATS中控路口编号126，是早期接入SCATS的路口之一。此路口东西向是S1迎宾立交的上下匝道，南北向是川沙地区的主干道：川沙路，因此，作为交通运行的重要路口，该路口的信号控制对于整个道路的运行情况有着直接的影响，对此立交路口信号控制进行优化是十分有必要的。该路口示意图如图1所示。
.png)
图1 川沙路迎宾立交路口示意图
该路口有着较为明显的交通特征，在早高峰时段，南向进口的车流量极大，由于川沙地区南部甚至于惠南地区，因此，在早高峰上班、上学时段就会有大量的出行车辆从各个交通发生点汇入川沙路，一路向北行驶，到达此路口，其中一部分车辆会继续向北行驶，途径川沙城区直至华夏高架，而另外一部分车辆则会从此路口直接上到迎宾立交桥；与此同时，此路口在北进口以及西进口方向也有着较大的车流量，此路口也是川沙镇区驶向市区最为便捷的道路，因此在早晚高峰时段，会有大量的车辆从川沙镇区由北向南行驶，到达此路口后右转，通过快速路前往市区，而从市区前往川沙镇区上班的人们，也会通过快速路，从此路口西进口下匝道；除此之外，此路口南侧的川沙路川大路，今年新建一所小学，这就会使得其成为早高峰时段的一个巨大交通吸引点，进一步加重了西进口和南进口的交通压力。在平峰和晚高峰时期，该路口的交通压力相对较小[2]。
三、发现交通问题
在今年学校开学前几日，川沙路迎宾立交路口的车流量有了明显的变化，通过对该路口的车流量进行统计和分析发现，北进口以及西进口两处的车流量较以往陡然增加，同时川大路西进口存在拥堵情况，并且在工作日7:40左右会有大量车辆停留在川沙路的西侧，经查询得知该区域将会迎来新建小学开学，吸引了大量送学生上学的车辆，这就会进一步加剧川沙路迎宾高速交叉口的交通运输压力，出现大量拥堵情况。川沙路迎宾立交路口作为川沙镇区与市区之间通行的交通要道，该路口的交通运输能力和车辆运行情况对于整个道路以及周围道路的运行能力都有着直接地影响，因此，为进一步缓解交通压力，提高市民满意度，需要立即着手对此路口以及川沙路这一段进行优化。
四、分析问题
经分析发现，该路口采用的是一机双控模式，现状相位是3相位，机型为Eclipse，连接方式为IP自动获取，川沙路迎宾立交路口与南侧川沙路川大路、北侧川沙路川周公路等路口共同组成一个子系统，关键路口是北侧川沙路川周公路，线圈状态完好，主相位方向SA参与绿信比周期投票，其他方向仅为周期投票[3]。
通过对该路口以及相关路段的分析和调查发现，造成该路口路况较差的主要原因包括以下几点。第一，经分析发现该路口在早高峰时段，南北进口的左转流量较大，如上文中路口示意图，由南向西左转车辆在经过2#交叉口后，还需要在1#交叉口等待B相位左转放行时才能通过，由北向东亦是如此，这就会使得在实际运行的过程中出现拥堵的情况，所带来的问题就是A相位中，当左转流量过多时，排队车辆将会排过2#交叉口，并且继续往南侧排下去，到了B相位时，排队车辆就会阻挡左转车辆的通行，导致路口死锁，C相位也无法通行，此时路口情况如图2所示。
.png)
图 2 左转车辆被排队车辆阻挡
第二，在高峰时段，由于该路口的南北车流量较大，就会影响到南北侧相邻路口车辆的东西向行驶，该路段情况如图3所示。
.png)
.png)
图3 东西向行驶车辆阻挡
第三，由于此路口南侧的川沙路川大路新建小学，小学的上学高峰时间在早上七点四十分到八点中之间，该路口的早高峰时段为早上七点十分到八点五十左右，二者之间有着较大的重叠时间段，这就会进一步加重该路口在早高峰时期的交通压力和堵塞问题，因此，在进行信号控制优化的过程中，制定早高峰流量优化方案的时候，还需要综合考虑护校方案，确保二者之间的有效融合，尽最大可能避免护校方案与早高峰优化方案之间发生冲突[4]。
五、制定解决方案
通过上述问题及其原因的分析，在制定解决方案的过程中，就需要结合上述情况有针对性的提出相应解决方案，并将各个解决方案进行有机整合即可。
首先，针对高峰时段左转车流量过大由于车辆排队影响反向左转行驶问题，可以通过修改相应相位的方式进行解决。此问题可以通过对该路口南北向进行单向放行进行解决，这一措施的合理应用和执行，不仅能够避免早高峰时段车辆排队的问题，有效缓解由于车辆排队而引起的路口死锁问题，还更加便于双向偏移方案的制定。但是在此过程中，不可避免需要考虑的问题就是在优化信号控制时是否要保留原有设计方案。对此，在进行优化设计的过程中，需要结合实际情况以及SCATS的特点进行分析，若灯组数量充足，那么就可以保留原始方案，即便不使用灯组，对于整个路口的正常运行也没有过大影响。经过对该路口的调查和统计发现，实际上该路口在平峰情况下，向左转的车流量相对较少，反而南北双向直行的车流量较多，因此，针对这一情况完全可以使用原有相位来保证交通的高效率运行。经过多次分析和讨论，最终该路口的相位设计如图4所示。
.png)
图4 路口相位设计图
其次，由于路口过于拥堵，车辆排队的情况较为严重，不仅造成了该路口由北往东方向的左转通行受到阻碍，而且还影响了相邻路口的东西向车辆通行，导致路口堵死，针对这一问题的主要解决思路就是，前方疏导到位，后方车流量合理控制。通常情况下，对于车辆疏导可以采用增加绿信比的方式，以此改变车道的属性，对于后方车流量可以通过修改相邻路口相位的方式控制车流量，使得路口的南北侧能够直行分开放行，以此延长进入节点方向流量的相位时间，修改偏移使下游放行出现空档后上游再给予通行的方式进行车流控制，避免拥堵。在实际进行信号控制优化的过程中，针对于前方疏导主要通过以下方式得以实现：第一，在早高峰运行期间，一旦调优工作人员，发现该路口出现异常情况，拥堵问题严重，需要财务相位驻留的方式强制放行车辆，以此减少拥堵车辆；第二，进一步增加最大周期长度，从另一个角度提高该路口南北进口的绿信比；第三，根据实际情况，合理修改川沙路迎宾立交路口上下游路口的偏移位置；第四，结合实际运行情况，适当增加上下游路口在东西直行方向的绿信比[5]。
最后，由于该路段附近有新建小学，因此学生上学和放学需要财务相应的护校方案，也会对原本就较为拥堵的路口造成更为严重的交通问题，因此，在对川沙路迎宾立交路口的信号控制进行优化之后，为进一步确保优化方案的质量和效果，还需要对早高峰方案以及护校方案进一步展开分析，确保该路口的绿信比能够达到最优，以此提升该路口的交通运输能力，对此可以通过以下两种方式：其一，可以将该路口从现状子系统中分离开，使得该路口的线圈对其自身的绿信比投票更灵敏；其二，可以不使用常规方案的锁定方法，而是使用四套方案同时修改的方法，让路口能够根据自身实际情况，从现有的四套方案中选取出最为合适的运行方案，语句参考如图5所示。
.png)
图5 语句参考
六、确定最终解决方案
根据对川沙路迎宾立交路口的实际情况进行分析，并结合实际情况针对不同问题提出相应的解决方案之后，将各个方案进行合理整合，得到最终完整的解决方案，最终路口信号控制优化方案如图6所示。
.png)
图6川沙路迎宾立交路口的信号控制优化方案
上图中的优化方案实际上就是为这个路口新建一个43号子系统，便于绿信比选择更灵敏，在16:51分时执行绿信比选择的是4号方案；链接方案是30,30C 125（125是川沙路川周公路）。
经过对该路口信号控制进行优化调整之后，路口的交通运输情况有了明显地改善，早高峰时段，川沙路迎宾立交路口再未出现过长时间堵死的情况，而且在经过优化之后，即便每天该路口在南北双向的流量情况都各有差异，但是路口系统能够根据实际到道路交通情况，从四种方案中选择出当前最为合适的方案执行，除此之外，我方通过trafficreport，对前后的流量数据进行对比分析，采用是8月第一周和9月第一周工作日早高峰流量平均值进行分析，并且由此可以得出，在进行信号控制优化之后，该路口的车辆通行效率较之前相比提高了14.3%左右，有着较好的优化效果。
七、该路口/路段的后续优化展望
随着当前我国市场经济的不断发展，对于城市交通运输有了更高的要求，因此，对于该路口和路段的信号控制优化是一个长期的工作和目标，需要不断应用先进的技术手段，对其进行持续的优化。在此过程中，SCATS系统基于埋设停车线后线圈检测出的饱和度来进行各个参数的投票，这套算法已经被反复证明在信号控制优化中效果显著。基于这个事实随着我国科学技术的不断发展SCATS系统将会朝着更加智能化的方向不断研究和发展，以此使得该路口的优化更化加自动、精确，这将会是后期对于该路口调优研究的重点方向。虽然，当前我国交通运输事业发展的过程中，正在不断加强对于交通信号灯的优化和控制，而且当前我国在此方面已然获得了一定程度上的进步，但是，在实际应用的过程中交通信号灯仍然不够灵活，在我国大多数城市当中仍然存在交通混乱，重点道路拥挤的情况，本文正是针对这一特点，对川沙路迎宾立交路口的信号控制进行了进一步的优化和调整，极大地增加了交通信号灯的灵活度。川沙路迎宾立交路口的信号控制优化的主要方向为利用VR自动检测特定SA的饱和度（该SA可以为相邻路口的SA），从而使本路口采取特定的策略。例如，自动相位驻留（时间可设）；特定相位开启；特定标志牌提示语警告；可变车道改变车道属性等等。
结束语
综上所述，针对上海浦东新区川沙路迎宾立交路口的信号控制优化，主要为解决早晚高峰时期该路段的交通压力，提高道路运行的顺畅性。信号控制的优化主要通过在该路口新建43号子系统，并在早高峰时执行绿信比自动选择方式。在经过信号优化之后，该路段的交通情况得到了明显缓解，再未出现过路口堵死的情况。相信随着路口信号控制的不断优化，我国城市交通运输水平将会得到进一步提升。
参考文献：
[1]文婷,罗霞.基于可逆车道的菱形立交交叉口车道设置及信号配时优化研究[J].交通运输工程与信息学报,2019,017（004）:149-159.
[2]韩伟莉,李炬.城市交叉路口交通信号优化控制研究[J].价值工程,2019,038（018）:234-236.
[3]王旭、蒋佩玉、张汝华.基于多目标优化的公交运行速度优化控制方法[J].交通信息与安全,2020,v.38；No.225（03）:38-45+72.
[4]许晓辉,陈幸福.高速公路合流区信号灯限流策略优化与仿真——以虎门大桥为例[J].中国交通信息化,2020,000（005）:123-127,138.
[5]张欢,杨丽娟,马亭,等.十字路口红绿灯间隔时间的最优方案设计——以达州市通川区城区为例[J].南方农机,2019,050（021）:247,254.