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主动均衡负荷的城市快速路匝道交通信号控制
快速路交通行驶速度快、通行能力大，但由于交通吸引力较强，与普通路网协同不足，经常出现长距离拥堵现象。本案例通过交通态势实时预警、快速路入口匝道信号与地面信号系统联动等措施，主动均衡负荷，合理控制内环快速路主线交通流，实现了快速路通行效率提升，保障了城市骨架路网的顺畅运行。
典型案例苏州内环快速路
问题诊断
苏州内环快速路是连接苏州东西两翼经济开发区、南北休闲旅游区的城市主动脉，随着吴江太湖新城入驻、高新区科技城融入发展，内环快速路吸引了更多的车辆，进一步加剧了快速路交通拥堵程度。当前，内环快速路主要存在如下管理难题：
图1 内环快速路早高峰交通实况图
➤ 交通需求过饱和。现状高峰小时平均流量已为设计流量的1.43倍，交通拥堵指数达1.6以上，特别是友新、北环、娄江等路段均已超饱和运行。
➤ 匝道进出口交织严重。内环快速路主线交通流量大、出入口匝道间距短，导致入口匝道驶入主线交通流与出口匝道驶离主线交通流交织干扰，导致主线交通流积压严重。
➤ 交通流分布不均衡现象较为严重。由于快速路主线无信号控制，而地面道路设有大量信号灯控路口，群众出行更愿意选择快速路出行，导致内环快速路早晚高峰时段拥堵严重，而周边地面道路却较为通畅，交通流分布不均衡。
优化措施
◉ 精准研判道路拥堵程度将内环快速路划分为多个小区间，运用小区间内前端感知设备获取的平均速度、空间占有率等数据，并结合互联网平台的交通拥堵、天气等数据，以5分钟为颗粒度，精准分析内环快速路的交通拥堵指数，生成快速路小区间的综合运行曲线，实时监测快速路交通运行状态。当快速路主线交通拥堵指数大于阈值时，快速路信号控制系统将开启匝道信号控制，控制进入主线的车流，保障快速路主线运行畅通。
图2 内环快速路交通信号控制
◉ 动态优化入口匝道信号配时方案
为保障快速路主线的通行效率最佳，需要确定匝道控制的最优绿信比。综合考虑采用两个参数来确定入口匝道调节率，一个是基于速度的调节率，另一个是基于时间占有率的调节率，综合研判通行效率最佳的临界速度和临界占有率。
以每5分钟实时交通流数据确定入口匝道调节率，即下一时刻匝道汇入主线的车辆数，实时动态调整匝道信号灯绿信比，使信号配时方案适应实时交通流的变化，实现入口匝道信号配时的动态优化，从而充分发挥入口匝道路段“流量蓄水池”作用，实现“缓进”的目的。
图3 入口匝道信号自适应控制
◉ 入口匝道区间协同控制
当连续两个或两个以上匝道信号灯开启控制后，需对多个匝道进行信号协同控制。基于每个入口匝道最优调节率，以单位时间内快速路主线各区间驶出车辆数最多、各入口匝道剩余车辆数最少为优化目标，重复进行迭代优化，确定快速路整体流量均衡、通行效率最大化的具体控制方案，实现主动均衡快速路主线各区间交通流的目的。
◉ 协同联动“高、地”信号控制
为减少车辆驶入、驶出主线期间对主线交通流的影响，实现快速路与周边地面道路交通流主动均衡分布，当匝道开启信号控制后，地面关联路口实施联动控制。在出口匝道下游相关路口设置绿波方案，快速疏散下匝道车流，防止匝道排队溢出；在入口匝道方向上游相关路口实施“截流”方案，适当控制驶入入口匝道的车辆，缓解入口匝道的交通压力。
图4 高、地信号系统联动控制
实施效果快速路交通信号控制系统应用以来，实现了内环快速路12个出入口匝道的动态监测和自动预警，系统预警准确率达95%，有效缓解了苏州市内环快速路交通拥堵状况。以友新快速路-北蠡墅街、石湖西路、太湖西路三个点位为例，协同控制实施后，主线流量平均增加143pcu/h，合流处断面平均车速提升2.04km/h；石湖西路和北蠡墅街入口匝道通行效率得到一定程度改善。同时，高、地联动控制实施后，地面交叉口饱和度均在0.9以下，实现了城市路网交通流主动均衡分布，路网整体运行效率得到有效提升。
图5 优化后入口匝道早高峰实况图
图6 优化后入口匝道连接路口早高峰实况图
为促进各地道路交通治理更加规范化、精细化、专业化，科研所依托“城市道路交通精细管理资源共享平台”，与合作伙伴共同精心遴选一些优秀案例，每季度定期编制发布《城市道路交通精细管理案例精选》，供各地参考、借鉴。
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