主干路通道的交叉口信号协调控制，又称(干)线控制、绿波控制，可以使车流连续通过若干个交叉口，信号灯均显示绿灯，无须停车。这样一种信号控制方式能快速疏解通道交通，对拥堵防治有良好的效果。相关技术有很多，可以分为定时式协调控制、感应式协调控制和自适应协调控制。其中，定时式协调控制是基础，相关研究也最为丰富。这里主要介绍定时式协调控制。

定时式协调控制指交叉口信号按照预先设定的方案运行。主干路定时协调控制主要是依靠时钟校准来调整主干路信号灯之间的相位变换起始时刻，从而形成有效的绿波带。一般而言，有两种设计思路：一为主干路“绿波”带宽最大化；二为主干路交通性能指标最小化[13]。

1.最大绿波带法

所谓“绿波带”，就是指车辆能连续通过主干路交叉口的绿灯时间范围，其宽度就是绿波带宽，简称带宽(Bandwidth)。最大绿波带法是以车辆连续通过带宽作为评价指标，通过最大化带宽与周期的比值来设定相位差。基于绿波最大化的设计方案有两种：不变带宽绿波和可变带宽绿波。

MAXBAND 是有名的根据最大绿波带思想开发的软件，它的核心模型是J.D.C.Little所建立的混合整数线性规划(Mixed Integer Linear Programming，MILP)算法。优化目标为最大绿波带宽，输入为绿信比、通行能力和上下行带宽比，输出为公共周期(协调的各个交叉口的周期应保持一致)、相位差、上下行带宽、带速和左转相位，约束包括所有时间变量必须为周期的整数倍。模型的公式化表达为

式中 b——绿波带宽，s；

b1——上行绿波，s；

b2——下行绿波，s；

ri——交叉口i的红灯时间，s；

tij——交叉口i到交叉口j 的行程时间，s，等于tji；

Tij——交叉口i和交叉口j 间的绿波带左右红灯中点时刻差，s，等于Tji；

wi(w'i)——上行(下行)绿波带在交叉口i 起始时刻与绿灯开始(结束)时刻的时间差，s。

不变带宽模型的最大缺陷是不能根据实时交通的变化来调整带宽以满足更多的车辆在干道上绿波通行。MULTIBAND 是对MAXBAND 的完善，能够产生可变带宽的绿波，其带宽是与交通需求变化相对应的，且可以变化的，核心模型也是MILP算法，不仅能变动交叉口间的绿波宽度，还能给两向行车分配带宽，只是目标函数变为

其中

式中 Vi(V'i)——上(下)行的交通流率；

Si(S'i)——上(下)行的饱和流率；

P——参数，取{0，1，2，4}中的某一值。

MILP算法中参数的取值都得满足整数条件，一般使用分支界限法求最优解，但由于涉及多参数求解，计算量大，故不能快速得到最优解。

2.最小交通性能指标法

最小交通性能指标法是基于车队行驶中延误时间、停车次数的计算。首先建立实际路网中信号参数与交通性能指标的关系，一般是以延误为评价标准。其次计算不同的信号参数组合下产生的车辆延误，通过对比可得到最小延误下的最佳信号配时。(www.daowen.com)

TRANSYT 是一种具有代表性的基于最小延误的协调控制定时脱机系统，由英国道路与交通研究所(Transport and Road Research Laboratory，TRRL)开发。TRANSYT 模型的目标函数为最小化交通性能指标(Performance Index，PI)，PI 为延误与停车次数的线性组合，即

式中 di——第i条路段上的车辆每小时平均延误，s；

hi——第i条路段上的车辆每小时平均停车次数；

K——影响因子；

N——路段数量。

寻优方法为“爬山法”(Hill-Climbing Method)。TRANSYT 从整个路网上考虑了每个交叉口的配时选择和交叉口间车流运行状况，目标函数不是以“延误时间”作为唯一目标，而是使用包含多项参数的综合目标函数PI，以便能够及时做出合理的配时方案。

3.其他方法

近几十年来，通道(干线)信号协调控制技术热度不减，且得到了持续的改进与完善，不断有新的算法与模型涌现。

例如，有研究[14]针对MULTIBAND 模型的缺陷，即绿波带中心对称导致模型求解范围受限、绿波带位置可能不当导致清空时间不足或浪费，提出了一种改进的多带宽干线协调控制模型。该模型以MULTIBAND 模型为基础，通过取消绿波带中心对称约束，增加相邻绿波带中心点位置差的约束，扩大了模型的求解范围，同时保障了绿波带的连续性；通过增加绿波带位置约束，使求出的绿波带位置更加合理。增加约束条件后的模型，带宽所占绿灯时间的比例依然可以增加7.1%，从而更能适应于交叉口较多的干线协调控制。改进后的模型，主路车辆的延误和停车次数分别减少20%和30%以上，说明模型可以有效提高干线协调控制效果。

图8-8　绿波带与红波带协调控制策略实施流程

除了改进现有模型，还有研究从其他角度构建干线绿波协调控制模型。例如，有研究[15]运用交通波理论，阐释了干线车流排队现象，揭示了大流量线控系统绿波交通产生的内在机理。基于交通波理论，考虑交叉口间的关联性，以保证下游交叉口无排队车辆为目标，从协同角度对周期、相位相序、绿信比、相位差四种干线控制参数进行优化，建立了交叉口相位差优化模型。该模型对总行程时间、停车次数的优化效果较为显著，相关指标可降低25%以上。

此外，还有研究[16]另辟蹊径，基于绿波带与红波带协调控制策略，缓解干线局部拥堵。该研究的基本思路是：对于干线上的瓶颈交叉口(或局部拥堵路段)，通过绿波带控制，利用下游交叉口和路段，对瓶颈交叉口的拥堵车流进行快速疏散和卸载；同时通过红波带控制，运用上游交叉口和路段的空间优势，有效地将到达交叉口的车流分别截流在上游交叉口和路段上，延长其到达瓶颈交叉口的行程时间，以防止瓶颈交叉口的拥堵蔓延和上溯。该策略的实施流程如图8-8所示。通过该策略，可以预防与疏解局部交通拥堵，提高干线交通的运行效率，显著降低车辆在干线交叉口的停车次数(-15%)和延误(-27%)。当然，需要注意的是，红波带控制有可能带来上游交叉口和路段的拥堵，因此在实施前应预估其影响。

最后，简单介绍一下感应式协调控制和自适应协调控制。

通道的感应式协调控制是指在干路上设置车辆检测器，当检测器测得交通量增加时，开启线控系统，进行协调控制。当测得交通量降低时，各交叉口的信号机按各自独立状态操作，使线控系统既能得到良好的连续通车的效果，又能适应各个交叉口的交通变化。

通道的自适应协调控制能够连续测量交通系统的状态，以便逐渐了解和掌握对象，从而保证控制效果达到最优，一般与区域信号控制相结合。其中，具有代表性的是澳大利亚开发的SCATS系统(方案选择式)和英国TRRL开发的SCOOT 系统(方案生成式)。

4.配套设施

为了提高线控系统的效益，可在实施线控的主干路上设置前置信号和可变车速指示标志。

前置信号是在主要交叉口前几十米的地方设置交通信号，使交通流在信号处集中，在交叉口处不停车通过，从而使交叉口绿灯时间得到有效利用，以提高交叉口的通行能力。

可变车速指示标志是在交叉口前一个或几个地方设置速度标志，指示驾驶人以标志速度行驶通过交叉口。可变车速标志上速度指示的数值同交叉口信号的显示灯色与时间有关，且受交叉口信号控制机的控制。

二者也可合并使用。据报道，采用前置信号与速度指示标志并用的线控系统可使在交叉口不停车通过的车辆数从55%提高到70%～77%。