关键词：绿波协调；子区划分；公共周期；相位差；数解法
1引言
在城市道路中，交通信号控制起着很重要的作用，不仅可以将相互冲突的交通流予以分离，使其在不同的时间段内通过，而且同时对组织、指挥和控制交通流的流向、流量、流速以及维护交通秩序等起着重要的作用[1]。早期的交通信号控制只是单点信号控制，车辆在一条干线上行驶，在交叉口经常会遇到红灯，车辆时停时开，行驶不顺畅。如今，随着科技的发展，交通更加智能化，交通信号控制也不单单考虑单个交叉口的控制，而是着眼于一条干线，一个区域，即干线协调控制和区域交通信号控制。
干线协调控制是把一条干线上一批相邻的交通信号控制交叉口连接起来，加以协调控制，简称线控制，也称绿波控制[2]。区域交通信号控制是把整个区域内所有交通信号联起来加以协调控制，简称面控制。区域交通信号控制是当下交通工程学者和一些企业研究的热点，但是基础也是干线协调控制。干线绿波协调控制在城市交通信号控制中占有重要的地位，不仅能够减少车辆在交叉口的停车次数和延误，提升驾驶员的驾驶感觉，而且能够提高干线的通行效率，减少车辆有汗，减轻环境污染。
干线绿波协调在国内外都早有研究，较为经典的是Little,JohnD.C,Kelson[3]等人提出的MAXBAND模型，该模型通过对公共周期、绿信比、最佳速度、相位差以及相序等因子进行优化以获得最大绿波带宽[4]. 2002年，Gartner又提出了MULTIBAND模型，该模型是在MAXBAND模型的基础上考虑了车辆左转等因素后提出的一种控制模式。在国内，王俊刚等建立了以绿波带宽度为目标函数和以时差为决策变量的变速带干线协调控制模式，提高了信号控制的效率。马楠等提出了一种双向绿波协调模型，通过模型计算，可以实现绿波带宽度最大.
总的来看，国内外对于干线绿波协调的研究已经很成熟，但普遍都偏向于理论。本文结合实际总结干线绿波协调的方法和步骤，同时结合Webster算法和数解法，较为简单实用，交通工程师在干线绿波调优时也可参照此法。
2协调方法
2.1子区划分
当一条干线上交叉口数量较多时，由于交叉口之间的距离和交叉口的交通量等原因，并非所有的交叉口都可以统一进行干线协调，这时可以将这些交叉口按照一定的原则划分为几个子区。子区由关键交叉口和一般交叉口（非关键交叉口）组成。以下是子区划分原则：
（1）各交叉口最佳周期时长大致相等（相差不超过20%）或成整数倍关系；
（2）相邻交叉口之间距离不超过1000米；
（3）交叉口的小时流量相近；
（4）交叉口的饱和度相近；
（5）交叉口的交通状态类似；
（6）路段间干扰少（路段中间分支较少且不存在交通源或终止点）；
（7）优化控制子区包含的交叉口数最多不能超过10个。
同时，以上的原则也是检验一条干线上几个交叉口是否可以进行绿波协调的标准。
2.2确定公共周期
在求出子区内每个交叉口的最佳周期之后，选择最大周期作为子区的公共周期，最大周期对应的交叉口为关键交叉口。
确定公共周期后，对子区内每个交叉口每一相位的绿灯时间重新计算，计算的原则如下：
这样子区内所有交叉口的信号配时就确定了。实际工作中，在没有流量数据的情况下，Webster公式不适用。一般情况下，交通工程师会实地调查交叉口每个相位的绿灯时间是否饱和，在现有信号配时方案的基础上，通过增减绿灯时间，达到最佳配时，使绿灯利用率达到1。
2.3计算相位差
3实例说明
湖州市的交通网络较为发达，主干道上的交叉口间距较短，且平峰期车流量较小，适合干线绿波协调，现以太湖路上陵阳路至三环北路路段为例，说明干线协调的方法。路段示意图如图1所示，5个交叉口流量相近，周期相似，相邻交叉口的间距相差不多，且交叉口间的路段上干扰较少，符合子区划分原则，所以将这5个交叉口划分为一个子区，进行干线协调。
图1干线示意图
实地调查5个交叉口，观察信号配时是否合理，调查时间选择工作日平峰期的任一时间段。经过多次调查之后，发现太湖路与三环北路交叉口南北方向绿灯有空放时间，空放时间平均为4s，将南北方向所属相位绿灯时间减少4s，使绿灯利用率几乎达到1；太湖路与仁皇山路交叉口南北方向绿灯空放时间平均为3s，将该相位的绿灯时间减少3s；太湖路与陵阳路交叉口南北方向绿灯空放时间平均为4s，将该相位绿灯时间减少4s。其他两交叉口信号配时基本合理。调整好的最佳配时方案如下：
三环北路的周期最大，三环北路为关键交叉口，将80s作为该子区的公共周期。其他交叉口将80s按照最佳配时的比例分配到各相位，例如太湖路与仁皇山路交叉口南北相位的绿灯时间为。调整后的信号配时如下：
利用数解法求相位差，设二环东路上平峰期的车速为45km/h。现公共周期为80s，那么理想的最小交叉口间距，理想的最小交叉口时距。按照数解法的步骤计算后，从三环北路开始五个交叉口的相位差分别为58s、20s、53s、13s、63s,这里的相位差均是相对于某一参照点的相位差，即绝对的相位差。根据相位差和信号配时方案，绘制出时空图，得到绿波带如下图所示：
图2绿波带
将设计好的方案下载到信号机里，然后用浮动车法调查优化后的行程时间，与优化前的时间进行对比，将多次调查得到的数据进行平均，得到优化前后的行程时间平均值如下，可以得到总路段的行程时间约减少了29%。
图3优化前后行程时间对比
4应用
湖州市对于干线绿波协调的应用比较广泛，市区内大部分路口都安装了上海骏码的集中协调式信号机，信号机不仅能够进行无缆线协调控制（干线绿波协调），而且还能够进行联网协调，实现区域自适应控制。
无缆线协调控制是当信号机之间或信号机与中心之间没有通信连接的情况下，通过信号机的时钟同步和交通工程师设置好的绿波参数，来实现干线协调控制。骏码信号机支持根据时钟同步，通过48个日时段划分，108个方案设定相位差，实现无电缆线协调控制。图4是干线绿波协调的参数设置界面。
区域是由多条干线纵横相交组成，每一条干线可以是一个子区，区域协调控制首先进行单个子区的绿波协调，其次整个区域进行协调控制。区域自适应控制是在区域协调控制的基础上，实时监测车流状态，自动调整绿波方案。图5是区域内某一关键交叉口的信号配时方案自适应控制图。
图4是干线绿波协调的参数设置界面
图5是信号配时方案自适应控制图
5结论
一条干线上的多个交叉口，可以通过干线绿波协调控制来实现减少车辆的延误和行程时间。本文中，干线绿波协调方法分三步走，首先进行子区划分；然后利用Webster公式优化子区内各交叉口的周期，或者根据绿灯利用率增加或减少绿灯时间来确定交叉口的最佳配时，然后选择最大的周期最为公共周期；最后利用数解法计算相位差。实例说明中按照此法协调了湖州市太湖路某一路段，用浮动车法调查得到优化前后的行程时间，优化后总路段行程时间约减少了29%。
城市干线是一座城市的血管，血管的畅通对城市的发展至关重要，干线绿波协调就是使车辆在干线上行驶几乎畅通无阻。干线绿波协调不仅能够减少车辆的延误与行程时间，还提高了道路的通行效率，同时还减轻了车辆尾气对环境的污染，是平峰期道路管控中一个重要的策略。但是更令人头疼的是城市早晚高峰期的交通拥堵，针对该问题的交通策略是后续研究的内容。
参考文献
[1]杨佩昆,吴兵.交通管理与控制(第二版)[M].北京:人民交通出版社,2005.79-80.
[2]姜桂艳,丁同强.交通工程学[M].北京:国防工业出版社,2007.231-232.
[3]LittleJohnD,MarkC,GartnerDandNathanH.MAXBAND:Aversatileprogramforsettingsignalsonarteriesandtriangularnetworks.AlfredP.SloanSchoolofManagement,MassachusettsInstituteofTechnology,1981.
[4]曹交交,韩印,姚佼.城市交通干线动态双向绿波优化控制模型[J].公路交通科技,2015,32(9):115-120.
[5]GartnerN.H.,AssmannS.F.,Lasagaf.,etal.MULTIBAND:Avariable-bandwidtharterialprogressionscheme[J].TransportationResearchRecord,1990,128(7):212-222.
[6]王俊刚,于泉,高颖,等.变带速干线协调控制模型研究[J].公路交通科技,2005,22(4):108-111.
[7]马楠,邵春福,赵熠.基于双向绿波带宽最大化的交叉口信号协调控制优化研究[J].吉林大学学报:工学版,2009,39(增2):19-24.
作者简介：
第一作者,张勇,男,浙江海宁人,助理工程师.研究方向:城市交通流组织优化
第二作者,严丽芳,女,陕西榆林人,助理工程师.研究方向:交通管理与控制.就职单位:上海骏码交通科技有限公司
