交通红绿灯配时优化模型研究

倪飞+李明+肖行+陈迪+胡梦蔷+李媛媛

摘 要：在人民物质生活日益提高的今天，解决交通的拥堵状况成为一大难题。文章通过对三角湖路口的交通状况进行探究，利用采集到的数据，如车辆的到达率和离开率，车辆的延误时间等，建立良好的模型，对红绿灯的时长进行相应的优化，达到优化等待时间的目的，最后将一些影响甚微的因素考虑进来，使得优化更精确。

关键词：车辆到达率；离开率；延误时间；红绿灯时长

1 概述

近年来，随着国内经济的迅猛发展，人们的交通出行方式开始多样化，但机动车通行依然占据着主导地位，随着我国机动车数量的不断增多，交通事故和交通拥堵的现象也开始频发，而交叉路口在其中起着至关重要的作用，合理的优化红绿灯配时不仅能缓解交通压力，还能达到节能减排的目的，促进可持续发展。本文利用目前流行的红绿灯模型优化实际通行道路。

2 模型假设

（1）车辆在通行过程中，无交通事故造成拥堵。（2）忽略人为造成的交通现象。（3）忽略天气影响。（4）交通信号灯正常工作。

3 模型的建立

因为在不同的交叉路口，交通量呈现很大的随机性，所以在统计不同方向和车道的车辆时要尤为注意（在本次试验的路口有2个方向是无法左转的）。通过对车流量信息的统计，为模型建立提供数据。因为路口交通情况复杂，有很多因素影响着交通，如：过马路的行人数量，车辆的车速等等，那么如何来评定一个路口的交通状况好坏呢，可以利用车辆的延误时间的作为参考因素，因为车辆作为交叉路口通行情况的主要制造者，车辆因为各种因素造成的延误时间越长，交通状况就越差，延误时间越短，交通状况就越好，因为每个方向的车辆数，车道数存在差异，因此将4个方向的车辆延误时间之和，即总延误时间，作为评定标准。

通过实地研究发现，车辆的延误时间和每个路口车辆的到达率，离开率以及信号周期有关。记d为交叉路口的车辆到达率（辆/s），c为交叉路口的车辆离开率（辆/s），T为交叉路口信号周期（s），t绿为绿灯持续时间，发现：t1时刻红灯亮时，车辆陆续停留在路口等候，那么到达的车辆数就是车辆达到率乘车辆等候时间n1=d×t等，等到t2时刻绿灯亮时，车辆安全通过路口，当然不一定所有的等候车辆都能一次通过，有的车辆可能要等待2次红灯，那么在绿灯亮到t3时刻，即等候车辆都能安全通过（本文为优化交通状况，故视为一次均通过），通过车辆数为n2=c×（t3-t2）。当然离开率要大于到达率（不造成拥堵）。可以知道：满足等候车辆数和通过车辆数相同时，达到目的。

实际上：车辆的等候时间包括了等待红灯的时间和离开路口的时间（即等候的最后一辆车离开路口），可以说车辆的等待时间就是车辆的延误时间，因为在这一时间段，车辆要么速度为0，要么速度很慢，对交通的正常通行会造成影响。

因此考虑到4个路口，得出总的延误时间为：

记由东往西为方向1，由西往东为方向3，由南往北为方向2，由北往南为方向4。又因为调查发现：在每天的不同时间段，情况又有所不同，但大部分时间时，由东往西和由西往东的车辆同步，由南往北和由北往南的车辆同步，故综合只考虑2个方向。

通过对三角湖交叉路口的车流量进行调查记录得到：

c东西=0.62辆/s；d东西=0.32辆/s；c南北=0.35辆/s；d南北=0.21辆/s

受交叉路段影响，只有从西往北有左转道，其余方向禁止左转。

获得数据如表1：

经计算得：总的延误时间为：286.5秒

当然这个总的延误时间包含了车辆数

统计在相同车辆数的情况下，即到达率和离开率相同的情况下：

列出表2方案：

计算得：总的延误时间为195.2秒（小于286.5秒）达到目的

当然在有些交叉路口，信号周期是一定的，那么可以适当增大绿灯时间，使延误时间变短。

4 模型应用

此模型可应用于多个领域，找到一个明确的影响因素（如本文的總延误时间），分析其影响因子（如本文的信号周期，车辆到达率和离开率），从而得出其最优方案，通过方案和模型得出的数据和实际的统计数据和调查结果相比较，可知方案是否可行。在通行能力小的路段和通行能力强的路段都可采用此模型，单方向和双向的道路也行。

5 模型评价

本模型能一定程度上达到优化交通拥堵的情况，即缓解了拥堵情况，又减少了尾气排放，优化环境。同时在其他参考的资料中发现，很多时候大家忽略了黄灯给交通带来的影响，实际上，黄灯亮时，车辆是可以通行的，但由于一些人存在闯红灯的心理，故会选择加速通过，此时对交通拥堵是会造成影响的，故本文考虑到了黄灯的影响。本模型并不像其他模型那么复杂化，同时的的确确能够达到缓解的目的。当然也有其不足之处，它并非适用于所有的交叉路口的交通配时，不具备普遍性，没有考虑到高峰期的影响。且每天某一时段车辆的到达率和离开率不一定会相同，因此延误时间也会产生波动，尽管最后的模拟结果可能与实际设置情况稍有差别，但优化结果确实达到了降低平均总延误时间的目标，总的来说，此模型考虑的因素充足，具备强大的说服力，能够达到缓解交通压力，提高交通通行率，减少交通污染的目的。

参考文献

[1]严钦豪.红绿灯交叉路口优化模型[D].华中师范大学，2016（1）.

[2]林荷静，高甲，刘雪静，等[Z].东北大学秦皇岛分校，2016（23）.