淺談有無信號控制Y形環形交叉口的通行能力

孫志敏 馬曉虎

（蘭州資源環境職業技術學院，甘肅 蘭州 730021）

1 無信號控制Y形環形交叉口通行能力計算

假設Y形環形交叉口環道上的車道數是三條,每個入口道的車道也為三條,其中入口道三條車道的分別為一條右轉車道,一條直行車道、一條左轉車道。假設各交織段處車流的運行狀況是均勻相同的。于是將Y形環形交叉口分為三分之一個Y形環形交叉口，再將三分之一Y形環形交叉口中所有車流渠化為3個流向的交通流，如圖1所示。

圖1

圖2

在三個交通流中，一是將Y形環形交叉口兩個環行車道的出環車流合并考慮為一個出環車流A；二是將Y形環形交叉口入口處兩個車道中的入環車流合并考慮為一個人環車流 B；三是將Y形環形交叉口入口處兩個車道中的右轉車流合并考慮為一個右轉車流C。

Y形環形交叉口的最終目的是各種車輛順利通行從而達到減少出環時間，則以各方向出口交通量之和Y1+Y2+Y3來描述環形交叉口的通行能力，參見圖2所示 。采用線性最優化方法可以得到如下優化方程計算了整個環形交叉口的通能力。

上式中：xij表示為從第i個入口,第j個出口出的車流量；Cw表示為交織段通行能力，一般取1700puc/h；Wi表示為第i個入口與第i+1個入口之間交織段的交通量；在這里 i≠j。

對（1）式利用單純形法求解

求解如下

Bi X12 X13 X21 X23 X31 X32 X1 X2 X3 b(Bi)(1) 1 0 0 1 1 1 0 00 1 1 1 0 0 0 1 00 0 1 0 1 1 0 0 1 X12 S(B0)-1 -1 -1 -1 -1 -1 0 0 0 0(1) 1 0 0 1 1 1 0 00 1 1 1 0 0 0 1 00 0 1 0 1 1 0 0 1 CwCwCw表1表2 S(B0)0 0 -1 -1 -1 0 1 0 0 Cw CwCwCw表3 X12 X23(1) 1 0 0 1 1 1 0 00 1 1 1 0 0 0 1 00 0 1 0 1 1 0 0 1 X12 X23 X31 S(B0)0 1 0 0 -1 0 1 1 0 2Cw(1) 1 0 0 1 1 1 0 00 1 1 1 0 0 0 1 00 0 1 0 1 1 0 0 1表4 CwCwCw S(B0)0 1 1 0 0 1 1 1 1 3Cw CwCwCw

但這個解是一種理想狀態，就是三個出口都只有右轉的車流，沒有左轉的車流。而要考慮到一個路口既有左又有右轉的車流，可得環形交叉口的通行能力表達式如下式。

當直行車流pT=50%、右轉比例pR=30%、左轉比例pL=20%時，則C=2684puc/h。

2 有信號控制Y形環形交叉口的通行能力計算

2.1 一條直行車道的設計通行能力

CT的大小與信號相位、周期、紅綠燈時間等參數相關。設一兩相位信號控制,信號周期為 T,紅、綠、黃燈時間分別為 tr、tg、ty,則一條直行車道的通行能力為

式中:t0為綠燈亮后,第一輛車起動并通過停車線的時間,可據實際車流確定;ht為直行車連續通過停車線的最小車頭時距;T為信號燈周期；φT為修正系數,根據車輛通行的不均勻性及非機動車、行人等對汽車的干擾程度確定，當環形交叉口的自行車、行人從空間上與機動車分離時,可近似取1.0[2]。

2.2 無道路標志車道的通行能力

無道路標志車道也就是混合行駛車道，它分為以下三種情況：一是直行、左轉、右轉車輛混合行駛；二是直行車、左轉車混和行駛；三是直行車與右轉車混合行駛。但由于此直行車與右轉車流只在通過停車線后進行分道行駛，于是可按一條直行車道的通行能力計算。

2.3 左轉專用車道的通行能力

在有信號控制Y形環形交叉口，當左轉車流量小于左轉最大車流量值時，左轉車基本上不會影響對向直行車道的通行能力。只有當左轉車超過左轉最大車流量時，多通過一輛左轉車，每條對向直行車道就少通過一輛直行車，于是應考慮增設左轉專用車道，而且對向直行車道的通行能力應該作相應的減少，其減少公式為：

上式中：n表示為直行車道數；CL表示為每小時左轉車輛總數；NLmax左轉最大車流量。

2.4 右轉專用車道的通行能力

在有信號控制Y形環形交叉口，當右行車與直行車使用同一車道時，該車道最多只能通過右轉最大流量輛車，當右轉交通量大于右轉最大流量時，則需建設右轉專用車道。右轉專用車道的通行能力可按直行車道計算，只是右轉流的車頭時距比直行車頭時距偏大。

2.5 Y形環形交叉口的通行能力

圖3

Y形環形交叉口的通行能力等于組成交叉口的各個道路入口的通行能力之和。當Y形環形交叉口某方向的車道在三條以上，左轉、直行、右轉分道行駛，若已知左轉車、直行車、右轉車的車輛數所占的比例，可依據不同車道的行駛情況，利用公式（3）計算出直行車的通過量，然后再按以下公式計算出入口道的通行能力Ci。

以入口通行能力Ci為基礎，再利用左、右轉車車輛數所占比例，從而計算出左轉車流量 CL＝Ci×pL和右轉車流量 CR=Ci×pR， 式中 pL、pR的意義與（2）相同。

假設Y形環形交叉口環道上的車道為三條,每個入口的車道都有三條,入口道各車道的分工為一條右轉車道、一條直行車道、一條左轉車道，如圖3為1號進口。

設 Y 形環形交叉口信號燈周期的常用時長為 T＝90s，tg＝50s，t0＝2.3s，φT＝0.95，pR＝30%，PL＝20%，ht[3]按下表確定。

將上述條件代入公式（3）后得:

當直行車與右轉車混合在一條車道行駛就相當于一條直行車道的通行能力

假設Y形環形交叉口各環道中車流的運行狀況是完全相同的

通過上面計算可知,當城市道路各路口進入Y形環形交叉口的流量達到或超過常規Y形環形交叉口的通行能力時,可通過設置信號燈控制來提高環形交叉口的通行能力。并且當Y形環形交叉口環道半徑控制,更能體現這種采用信號燈控制來改善Y形環形交叉口通行能力的效果。

[1]工程數學教材編寫組.工程數學[M].高等教育出版社，2007,3（重印）.

[2]弓副，李洋.信號控制環交叉口的通行能力的計算[J].黑龍江科技,2004,10：58－59.

[3]任福田，劉小明，榮建.交通工程學[M].人民交通出版社，2003，7.

[4]楊錦冬，楊曉光，彭國雄.環形交叉口交通控制模式研究[J].公路交通科技，2000，17（3）：47－51.

[5]劉智勇.智能交通控制理論及應用[M].科學出版社，2003，8.