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城市道路交通信号配时方案过渡：策略、实践与优化

一、引言

1.1研究背景与意义

随着城市化进程的加速，城市规模不断扩张，人口数量持续增长，城市交通需求也在迅猛攀升。交通拥堵问题愈发严重，成为制约城市可持续发展的瓶颈。据相关统计数据显示，在我国多数一线城市，高峰时段的平均车速已降至每小时20公里以下，严重拥堵路段的车速甚至不足每小时10公里。以北京为例，早晚上下班高峰期，部分主干道的拥堵时长可达3-4小时，不仅给居民的日常出行带来极大不便，还造成了巨大的经济损失。

交通拥堵的负面影响是多方面的。从经济角度看，它导致了时间成本和能源消耗的大幅增加。据估算，我国每年因交通拥堵造成的经济损失高达数千亿元，其中包括燃油浪费、车辆磨损以及人们因延误时间而产生的间接经济损失。从环境角度讲，交通拥堵使得车辆长时间低速行驶或怠速等待，尾气排放量急剧上升，加重了城市空气污染，对居民的身体健康构成威胁。此外，拥堵还影响了城市的应急救援效率，在火灾、医疗急救等紧急情况下，救援车辆可能因交通堵塞而无法及时抵达现场，延误最佳救援时机。

交通信号作为城市交通系统的关键控制要素，在调节交通流、分配道路时空资源方面发挥着核心作用。合理的交通信号配时方案能够有效提高道路通行能力，减少车辆延误和停车次数，从而缓解交通拥堵。然而，在实际交通场景中，由于交通流量的动态变化特性，不同时段、不同日期的交通需求存在显著差异。例如，工作日早晚高峰时段，通勤交通流量集中，主要流向为居住区与工作区之间；而周末和节假日，休闲购物、旅游出行等需求增加，交通流量分布更加分散。此外，特殊事件（如大型体育赛事、演唱会等）的举办也会导致局部区域交通流量在短时间内急剧增加，且流向具有特殊性。因此，为了适应这些复杂多变的交通状况，需要不断优化调整交通信号配时方案。

在进行交通信号配时方案的调整过程中，新旧配时方案的过渡环节至关重要。如果过渡方式不合理，将会引发交通流的剧烈波动，导致车辆频繁启停、排队长度增加以及交通秩序混乱等问题，反而加剧交通拥堵。例如，在一些城市的道路改造或交通信号优化项目中，由于新配时方案的突然切换，使得部分路口车辆通行不畅，出现了长时间的交通堵塞，给市民出行带来极大困扰。因此，研究科学合理的交通信号配时方案过渡方法，对于确保交通流的平稳运行、减少交通拥堵具有重要的现实意义。

良好的过渡方法能够在新旧配时方案切换时，最大限度地降低对交通流的干扰，使车辆能够有序、顺畅地通过路口，提高道路的整体通行效率。它有助于维持交通秩序的稳定，减少交通事故的发生概率，保障行人和车辆的交通安全。此外，合理的过渡方法还可以降低车辆的能耗和尾气排放，对环境保护具有积极作用。从城市发展的宏观角度来看，优化交通信号配时方案过渡方法能够提升城市的交通运行效率和整体形象，增强城市的竞争力，为城市的可持续发展提供有力支撑。

1.2国内外研究现状

在交通信号配时方案过渡领域，国内外学者已开展了大量研究工作，取得了一系列具有重要价值的成果。

国外研究起步相对较早，在理论和实践方面都积累了丰富的经验。Pohlmann深入研究具有不同协调关系的过渡信号干线协调需求，提出一种综合考虑当前路口交通状态和邻近路口交通状态的方案过渡方法。该方法强调了交通状态的实时性和路口间的关联性，通过对多源交通信息的融合分析，为配时方案过渡提供了更全面的决策依据。Hamilton针对新旧信号控制方案过渡对原有干线协调造成的影响，提出了一种干线快速过渡方法，旨在减少过渡过程对干线交通流的干扰，提高干线交通的整体运行效率。Basu则综合考虑新配时方案对干线协调的优化程度和过渡方案对干线协调的影响程度，选取最佳影响度过渡方案，从效益和影响的双重角度对过渡方案进行评估和选择，使过渡过程更加科学合理。

国内学者也在该领域积极探索，结合我国城市交通的特点，提出了许多具有创新性的方法。树爱兵等人针对交叉口过渡信号周期以及周期调整步幅的取值范围，提出了一种基于周期的交通信号协调控制过渡调整策略。通过对信号周期这一关键参数的精准控制，有效减少了信号配时突变引发的交通波动，实现了交通流的平稳过渡。刘慧、郭海锋等人在综合考虑过渡时间和平滑特性的基础上，提出一种基于最佳相位差调整量控制方案的快速平滑过渡方法。该方法通过对相位差的优化调整，使得配时方案在过渡过程中更加平滑，降低了对交通流的冲击。谭伟丽等人针对传统过渡方法存在的问题，提出了一种面向活跃相位的干道协调信号控制方案的过渡方法，突出了活跃相位在过渡过程中的重要性，提高了干道协调控制的效果。卢凯等人利用交叉口相位差调整比例的极小极大原理，提出了单周期对称调节过渡算法与N周期加权算法，为交叉口配时方案过渡提供了新的算法思路。

尽管国内外在交通信号配时方案过渡方面取得了显著进展