導語

交叉口是城市道路的關鍵節點，也是易發生交通擁堵的關鍵位置，改善交叉口信號控制策略可以有效緩解城市交通擁堵問題。傳統的感應控制是通過路面車輛檢測器采集交通流量數據進行調整，一般只考慮機動車流量的變化，路口感應控制只針對機動車放行時間調整，而忽略了行人車需求變化，行人綠信比利用率仍有提升空間。因此，本文利用實時采集的交通信息，運用智能控制技術合理分配交叉口各流向綠燈時間提高交叉口通行效率，并提出人車全感應控制方式，以深灣五/白石四路口為試點進行實踐應用，為解決城市道路交叉口擁堵問題提供思路，供大家參考。

一、城市道路交通信號控制難點

交通需求隨機性較大，路口實時需求與信控方案不匹配

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隨著機動車保有率和人口密度不斷增多，路口的交通需求也不斷增加，受通勤、節假日、天氣、附近地塊用地性質等因素的影響，不同時段市民的出行需求波動越來越大。

傳統信號控制一般采用固定信號控制，根據歷史數據對一天中的某個時段設定信號周期及綠燈時間對相應時段的車流進行交通控制，設置簡單，成本較低，但不能適應日益繁忙、復雜多變的城市道路交通，易出現高峰車流量大時擁堵溢出和平峰車流量小時空放的現象。

為解決以上問題，不少城市路口采取感應控制的模式，但現有感應控制只能采集到車流量數據對機動車放行時間進行調控，而對固有的行人綠燈時間和行人安保時間（即行人過街最小綠燈時間，為路寬除以行人每秒步速），因為有安保時間限制，紅綠燈配時很難完全按車流設置時間，故無法進行有效調節。

行人過街等待時間長

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混合交通是我國城市交通典型特征，行人、非機動車在交通流中具有非常重要地位，按照車輛的通行需求分配綠燈時間無法滿足行人過街需求，1998年，英國Rouphail等人通過對有、無信號控制兩種交叉口處行人延誤和強行穿越行為的研究，得出當地行人可忍受的等待時間為 45～60s，行人、非機動車過街等待時間過長，容易導致冒險過街等交通行為，影響交通秩序、引發交通事故。

二、全感應試點應用——深灣五/白石四路口

試點背景

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◆ 路口區位

深灣五/白石四路口位于深圳市南山區沙河街道，北通白石路，南面銜接濱海大道，為跨區通勤的關鍵節點。該路口深灣五路車流量較大，直行占主要需求，南向西左轉需求較小，大部分為掉頭車輛；白石四路車流量小，車流量不穩定，有時需求量低，存在空放；有時需求較大，綠信比不足。此外，路口平日行人過街需求小，周末節假日行人過街需求增加較多。

圖1 路口區位情況

◆ 路口存在問題

?路口各方向流量波動較大，存在空放現象

深灣五/白石四路口以深灣五路直行為主流向，高峰期流量較大，但全天內流量波動明顯，傳統的定周期控制不能滿足波動的流量特性，存在需求與放行時長不匹配的現象，從而導致空放，路口綠燈利用率較低。

圖2 南左轉空放現象

圖3 北直行空放現象

?平峰期路口行人需求較小，綠燈利用率低

深灣五/白石四路口周邊無辦公區，工作日主要過街需求為路口西北側和西南側的工地工人通勤，節假日過街需求為附近小區居民前往路口東南側歡樂海岸和深圳灣踏青，整體需求較小，多數時間存在空放現象。

圖4 南側行人過街空放現象

問題原因分析

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深灣五/白石四路口行人與機動車流量波動較大且無明顯潮汐現象，高峰時間段不固定，傳統的定周期和感應控制模式不能很好的適配多變地交通需求，路口存在機動車和行人的空放現象，路口綠燈利用率有待提升。

解決思路

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◆增加行人感應控制

現狀路口機動車與行人均存在空放情況，單純的機動車感應控制不能減少行人的空放現象，周期壓縮不徹底，路口通行效率待進一步提高，所以可增設南側行人過街感應控制，實時檢測行人過街需求，調整行人過街信號時長，實現全路口機動車與行人的全感應控制。

◆設備選型

? 機動車檢測設備選型

傳統雷達：支持多目標跟蹤，覆蓋范圍廣，可覆蓋橫向多車道，且縱向探測距離遠，但對于低速目標易丟失，在大型車輛遮擋、暴雨暴雪等極端惡劣天氣情況下準確率下降。

傳統視頻：可以檢測車輛數、排隊信息等多種數據類型，且精度較高，但夜晚眩光準確率下降，對氣候要求較高，在大風、暴雨、暴雪等極端惡劣天氣準確率下降，且覆蓋范圍窄，安裝條件苛刻。

雷視一體機：綜合了雷達和視頻的優點，數據檢測精度高，數據傳輸穩定抗干擾能力強，安裝布設位置靈活，維護安裝方便，但造價偏高，強無線干擾極端惡劣天氣造成準確率略有下降。

圖5 雷視一體機、雷達、視頻檢測器示意圖

? 行人檢測設備選型

傳統行人感應檢測設備：基于行人按鈕，當行人在路側等待時按下按鈕截斷車流，沒有考慮機動車需求情況，僅考慮行人需求，可能存在不熟悉設備的行人一直等待沒有及時按下按鈕的情況，且不能檢測行人有多少，僅能判斷有無行人。

行人過街路側智能終端：采用1對紅外光柵，1個感應開關，1個溫濕度傳感器，當行人穿過檢測斷面時報送數據。設備為無接觸式，可融入信號控制系統，具備與路口信號機聯動功能，實現無感式的行人過街感應功能。

圖6 行人檢測器示意圖

◆設備布設、邏輯原理

?機動車檢測器布設

路口各方向檢測器均布設雷視一體機， 在正南方向設置兩排檢測斷面，距離停止線28米處為戰術檢測器，距離停止線100米處為戰略檢測器； 在正西方向設置兩排檢測斷面，距離停止線20米處為戰術檢測器，距離停止線100米處為戰略檢測器； 在正北方向設置兩排檢測斷面，距離停止線30米處為戰術檢測器，距離停止線95米處為戰略檢測器。

圖7 檢測器分布情況

? 行人檢測器布設

在路口南側斑馬線兩端布設非接觸式行人感應警示裝置，利用非接觸式行人感應警示裝置，實現行人感應控制。當行人穿梭紅外線斷面時上報數據，基于行人穿過紅外線的時間和數量實時調節行人綠燈時長，綜合光、LED顯示提醒方式，提高行人過街安全和路口機動車感應控制配合，從而提高路口通行效率和綠燈利用率。

圖8 檢測器分布情況和效果圖

? 控制算法邏輯

機動車感應控制：依托路口各方向信號燈桿上安裝的雷視一體機，采集各進口道車輛排隊長度、到達情況等數據，實時分配各流向機動車綠燈時長，提高綠燈利用率。

行人感應控制：基于在路口南側斑馬線兩段設置紅外線發射器，檢測跨越檢測斷面的行人，從而根據實際需求調整行人過街時長。

具體場景為：機動車南進口左轉早平峰期間原定周期方案南左轉綠燈時長為26秒，感應控制實施后無車輛則將綠燈時長壓縮至8秒（若有車輛壓占則延長3秒）；行人早平峰期間，南側行人綠燈時間設置為40秒，感應控制實施后，斑馬線上無行人通過時，綠燈時長壓縮至25秒；若有行人通過，則恢復綠燈時長。

調試和優化情況

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◆調試前端檢測器：前期啟用時發現感應控制運行效果不佳，流量較小時沒有及時截斷該方向綠燈時長，仍存在空放現象。調試后發現檢測器前端精度問題，多次對前端檢測器精度、設備參數進行調節，最終使得感應控制正常運行。

◆優化感應控制方案參數：2023年7月中旬到8月底對感應控制方案和配置參數進行了兩輪跟蹤，發現最大綠和最小綠閾值的設置與該路口流量需求仍有優化空間。 故進行優化調試，如表1所示， 經過以上兩種參數優化和檢測器調試 ， 綜合分析人工視頻觀測和平臺數據上報可得，工作日（9時-17時）該路口周期波動與流量相匹配，感應控制運行效果合理。

圖9 試點運行情況

運行效果評估

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◆評估指標選取

為全面、多維度分析感應控制模型對路口的影響，從高峰小時通過量、機動車綠損和行人等燈時長3個方面評估。具體評估指標如表2所示：

◆對比時段選取

試點前數據采集：2023年8月25日全天數據。

試點后數據采集：2023年9月4日全天數據。

◆指標變化

? 高峰小時通過量

綜合優化前后數據，感應控制啟用前后交通通過量均有所增加，基于0.1％-21.1%之間。

路口高峰期（7時-9時）感應控制啟用后，高峰小時流量均有所增加，9點時增幅不明顯，8點時增幅最大達21.1%。

圖10 高峰小時通過量對比

?綠損

感應控制啟用后南進口綠損時長明顯降低，降幅達70.8%。 選取早間需求較小的易存在空放的10-11時進行分析，啟用前路口南進口機動車綠燈時長為57秒，平均空放時長23.6秒，啟用后路口南進口機動車平均綠燈時長為48.8秒，空放時長6.9秒，下降70.8%。

圖11 平均綠損時長對比

?行人等燈時長

選取早間需求較小的易存在空放的9-17時進行分析，啟用前平均行人等燈時長為65.7秒，啟用后平均行人等燈時長為53.8秒，下降22.1%。

圖12 行人等燈時長對比

三、結論

城市道路空間路口需求波動較大，傳統的感應控制和定周期控制不能很好地滿足多變的交通需求。本文基于深灣五/白石四路口前端配套的機動車與行人檢測設備，實施行人機動車全感應控制，兼顧行人與機動車的需求，測試前后路口總通過量和綠損時長變化較為明顯；行人等燈時長降低，感應控制對路口通行能力、通行效率提升明顯，路口綠燈利用率的大幅提升。

參考文獻：

【1】張衛華，李軍，丁恒，解立鵬．基于到達率預測的交叉口自適應控制研究[J/OL]．重慶交通大學學報(自然科學版)

【2】胡永舉，施俊慶，陶玨強,等. 城市道路十字交叉口通行能力研究[J]. 浙江師范大學學報（自然科學版），2015,38(4):466-472.

【3】張鳳霖. 城市道路人車感應控制方法研究

【4】Rouphail N, Hummer J, Milazzo J. Capacity Analysis of Pedestrian and for Pedestrians’ Chapter of the Highway Capacity Manual[R]. North Carolina State University Department of Civil Engineering, 1998.

（文 /深圳市公安局交通警察支隊 陳延鴻 曾權， 深圳市城市交通規劃設計研究中心 孫鈺城）

編校 | 張翼飛 高海燕

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