環形交叉口信號控制方式研究

(重慶交通大學交通運輸學院 重慶 400074)

一、前言

國內外研究現狀：國內外對環形交叉口的控制方式不一樣，國內采用定時信號控制方式，而國外則優先采用感應信號控制方式。2012年，董愛妹優先提出感應控制優化模型。感應信號控制環形交叉口能夠根據實時檢測到的流量調整控制策略，這既發揮了無信號控制環形交叉口在平峰時低延誤的優勢，又避免了環形交叉口在高峰時出現通擁堵。定時信號控制模式不能根據實時流量進行調節，只適用于流量變化情況較為穩定的交叉口，如果交通流變化情況不穩定，則會造成一些不必要的延誤的產生。

國內對環形交叉口一般采用直接的控制方式，對左轉車輛進行二次停車控制。2010年，劉澤對左轉車輛二次控制提出一種改進的方法。而國外則優先選用間接的控制方式，對入環車輛進行信號控制，為使繞環車輛享有優先通行權，對繞環車輛不采取信號控制。其原因主要是國外環形交叉口的尺寸一般比國內的小，無法為左轉車輛提供足夠的二次停車空間。

二、環形交叉口交通特性分析

(一)沖突特性分析

早期的環形交叉口一般無信號控制。其交通運行特點是，不同方向的車輛直接進入環道，按照一定的速度和轉向繞中心島單向行駛，進行連續的合流、交織與分流。環形交叉口的出口與入口處車輛換道行為頻繁是環形交叉口擁堵的常發地點。

環形交叉口的幾何參數是構成環形交叉口的關鍵尺寸，環形交叉口與其他形式交叉口的主要區別是中心島及環道。由于中心島的存在使得車輛在進入交叉口后繞中心島在環道逆時針行駛，不同的行駛規則使車輛在環形交叉口的運行行為具有特殊性，影響了交叉口的服務水平與運行效率，對新建或改建交叉口的型式選擇具有一定的影響。

(二)運行特性分析

在環形交叉口入口處，入環車輛排隊等待可利用間隙依次駛入交叉口;出口處車輛依據優先權迅速換道駛出交叉口。出入口處車輛運行特征大致如下:

①當交叉口內車輛飽和度較高時，出入口處的運行車輛會與交織區和環流區的車輛發生交織沖突。環內運行的車輛對入口處車輛具有一定優先權，入口車輛需要等待可利用間隙的出現而進入交叉口。

②在入口處，左轉車輛一般進入內側車道進入交織區，直行車輛由外側車道進入交織區，但當交通流量較大時，左轉車輛由外側車道進入，在交織區內完成換道行為;右轉車輛沿環道與路緣間隙完成轉向駛出交叉口，并不與左轉和直行車輛交織。

③在出口處，出環車輛一般由交織區外側車道駛離交叉口，然而某些未能在交織區內成功換道到外側車道的車輛只能在出口處由內側車道與環島車輛或沿外側入環車輛交織駛出交叉口。

左轉的車流和對向直行車流產生了沖突點，但是在劃分車道功能時間，不可能為了避開這種沖突點，都設立保護型車道和相位。信號設計只是對此進行協調，目的是提高通行效率，提高交叉口的通行能力。

三、優化控制研究

(一)交叉口渠化

為了解決環形交叉口交通量大于通行能力而引起的交通擁堵問題，同時減少交叉口內的沖突點，提出了一種左轉車輛二次停車的方法。但這種方法下行駛的車輛仍存在繞行距離較遠的問題。在交通流分布不均勻的交叉口內，可以采用剖口和偏環信號控制的方式來解決此問題。

針對于主次道路相交的四路環形交叉口，敖谷昌提出了一種信號控制剖口環形交叉口的方式，主干道上的直行車輛直接經過剖口通過交叉口，減少了主干道上直行車輛的繞行距離，以及與支路上車輛的沖突，充分保證了主干道上車流優先通行性。

對于主要車流方向位于環形交叉口相鄰的兩條道路時，信號控制剖口的方式則不適用，無法保證主要車流方向的優先通行權。所以，提出了一種偏環信號控制的方式。針對于四路環形交叉口，其相鄰的兩條道路為主要車流方向。結合信號控制的方式，主要車流采用信號控制通行，支路上的車輛采用合流以及交織的形式通過交叉口，保證了主干道上車輛優先通行，提高交叉口的通行能力。

(二)交叉口信號控制

為了解決城市交通擁堵問題，使環形交叉口的通行能力滿足城市交通發展的需求，適應城市經濟的發展，采用信號控制的方法提高環形交叉口的通行能力，對信號控制的方法進行優化，結合環形交叉口的幾何特點，分析環形交叉口的交通特性。提出相應的控制方法，建立模型在VISSIM環境下模擬并得出結論。對環形交叉口內的車流特性和運行規律進行準確的認識。深入地研究通行能力，采取有效的控制與管理措施。并通過單點控制和協調控制思想，對環形交叉口控制進行研究。

在比較大的交叉口內，車輛通過交叉口的時間比較長，影響了車輛的通行效率，所以提出了停車線前置法，車輛降低通過交叉口的距離。將各進口道停車線前置一段距離，使車輛在入環前完成啟動加速過程，以較穩定的車速通過環島。根據停車線前置的環形交義口車流運行特點，設計重疊相位。通過計算相位重疊的時間，將沖突車流在時空上進行分離，提高環形交義口的通行能力和安全系數。

信號控制方式分為單重和雙重兩種模式，針對這兩種模式如何進行選擇，提出了各自的設置條件。雙重信號控制在滿足通行能力的條件下，同時還應滿足兩個條件：第一，環島上至少為2條車道，以滿足左轉車輛在環道上停車等候二次放行的空間停放需求；第二，各進口道需要設置左轉專用進口道，以滿足對左轉車輛單獨進行信號控制的需求。同時，通過對通行能力特性的分析，提出一種單重最佳周期的控制方法。

四、總結

由于環形交叉口的通行能力有限，以及汽車保有量的增加，常規的環形交叉口跨到了信號控制環形交叉口。國內外對于信號控制的方式均做了相應的研究，從宏觀的層面看，只要滿足延誤最小就能確定信號周期。但這并不能有效的解決擁堵問題，提高運行效率，所以，需要從微觀的角度進行分析。首先，主要是對環形交叉口的交通特性進行分析，了解交叉口的沖突特性以及車輛運行特性，由此找到沖突點，針對主要沖突點尋找相應的解決方案。其次，從微觀的層面，結合交叉口的具體情況，分析其交通流的分布，交叉口大小及幾何情況，交叉口渠化，信號周期的長短、綠信比以及適用性，提出環形交叉口特殊的信號控制方法。并通過仿真軟件VISSIM進行驗證分析。