單進(jìn)口輪流放行方式的四路環(huán)形交叉口交通信號控制

徐洪峰，耿現(xiàn)彩，何 龍

（大連理工大學(xué) 交通運(yùn)輸學(xué)院，遼寧 大連 116024）

0 引 言

環(huán)形交叉是道路平面交叉的常見形式。作為城市道路網(wǎng)絡(luò)的重要節(jié)點(diǎn)，環(huán)形交叉口可以采用兩種交通控制方法:讓行規(guī)則控制和交通信號控制。按照國際慣例，機(jī)動車行經(jīng)讓行規(guī)則控制環(huán)形交叉口時，應(yīng)遵循“入環(huán)車輛讓環(huán)內(nèi)車輛先行、環(huán)內(nèi)車輛讓出環(huán)車輛先行”的規(guī)則通行。實(shí)踐證明，在較低或中等機(jī)動車交通負(fù)荷水平下，與普通平面交叉口相比，讓行規(guī)則控制環(huán)形交叉口更加安全、高效［1－3］。然而，隨著機(jī)動車交通負(fù)荷水平的提高，環(huán)道車流趨于密集，車輛進(jìn)出環(huán)道的難度加大，違反讓行規(guī)則的現(xiàn)象越來越頻繁，由此導(dǎo)致交通事故頻發(fā)、通行效率降低、行人和非機(jī)動車過街難等交通問題。機(jī)動車交通高峰時段，將環(huán)形交叉口的交通控制等級由讓行規(guī)則控制提升至交通信號控制成為一種必然的選擇。

就環(huán)形交叉口的交通信號控制模式而言，根據(jù)交通信號燈設(shè)置方式的不同分為:①個別進(jìn)口道控制；②進(jìn)口道和環(huán)道全控制；根據(jù)信號配時方案生成方式的不同分為:①預(yù)設(shè)時間控制；②交通響應(yīng)控制。目前，國外學(xué)者的研究多聚集于“個別進(jìn)口道控制＋交通響應(yīng)控制”［4－6］；國內(nèi)學(xué)者的研究多聚集于“進(jìn)口道和環(huán)道全控制＋預(yù)設(shè)時間控制”［7－10］。

進(jìn)口道和環(huán)道全控制的四路環(huán)形交叉口可以采用2種交通組織方式:①多進(jìn)口同步放行；②單進(jìn)口輪流放行。多進(jìn)口同步放行方式下，本向與對向的入環(huán)車輛同步獲得通行權(quán)，進(jìn)入環(huán)道后，直行車輛可以順利出環(huán)，左轉(zhuǎn)車輛由于受到環(huán)道信號燈的阻滯，必須在環(huán)道停止線后等待第二次通行機(jī)會方能出環(huán)。一旦環(huán)道停止線后的排隊車輛過多，將嚴(yán)重干擾出環(huán)車輛的正常通行，導(dǎo)致局部環(huán)道乃至整個交叉口陷入死鎖狀態(tài)，進(jìn)而引發(fā)區(qū)域性的全面交通擁堵。因此，多進(jìn)口同步放行方式僅適用于環(huán)道排隊空間較大或左轉(zhuǎn)車輛較少的環(huán)形交叉口。單進(jìn)口輪流放行方式下，按照順時針的順序依次為各個進(jìn)口方向的入環(huán)車輛賦予通行權(quán)，進(jìn)入環(huán)道后，左轉(zhuǎn)車輛不會由于受到環(huán)道信號燈的阻滯而對直行車輛的正常通行造成干擾，基本消除了局部環(huán)道死鎖的可能性。因此，單進(jìn)口輪流放行方式具有普遍的適用性。此外，與多進(jìn)口同步放行方式相比，單進(jìn)口輪流放行方式的環(huán)形交叉口在信號配時設(shè)計時只需獲取各個進(jìn)口方向、各條進(jìn)口道的機(jī)動車到達(dá)交通量，無需進(jìn)一步區(qū)分機(jī)動車的通行方向比例，大大降低了機(jī)動車到達(dá)交通量調(diào)查工作的復(fù)雜程度，進(jìn)一步增強(qiáng)了單進(jìn)口輪流放行方式的適用性。

就通行空間資源和通行時間資源的結(jié)構(gòu)性特征而言，環(huán)形交叉口明顯區(qū)別于普通平面交叉口，這意味著傳統(tǒng)的交通信號控制方法無法直接應(yīng)用于環(huán)形交叉口。本文面向機(jī)動車交通高峰時段采用“進(jìn)口道和環(huán)道全控制＋預(yù)設(shè)時間控制”的四路環(huán)形交叉口，從相位結(jié)構(gòu)設(shè)計和信號配時設(shè)計兩個層面，提出一種適用于單進(jìn)口輪流放行方式的交通信號控制方法，期望為環(huán)形交叉口的交通管理與控制工程實(shí)踐提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 研究環(huán)境與符號解釋

本文的研究環(huán)境包括:①在環(huán)形交叉口的適當(dāng)位置安裝有機(jī)動車信號燈和行人信號燈；②機(jī)動車交通低峰和平峰時段，關(guān)閉交通信號燈，環(huán)形交叉口采用讓行規(guī)則控制；機(jī)動車交通高峰時段，開啟交通信號燈，環(huán)形交叉口采用交通信號控制；③對于右轉(zhuǎn)車輛不實(shí)施交通信號控制，但它們須主動避讓行人、非機(jī)動車和出環(huán)車輛；④行人和非機(jī)動車實(shí)施一體化過街處理；⑤調(diào)頭車輛須進(jìn)入環(huán)道完成調(diào)頭；⑥機(jī)動車相位的信號燈色依次為“綠燈→黃燈→紅燈→綠燈”，行人相位的信號燈色依次為“綠燈→紅燈→綠燈”；⑦采用RiLSA［11］推薦的方法計算綠燈間隔時間。

下文中涉及的符號包括:ad（Ri，Kj）表示相位Kj的排隊頭車進(jìn)入環(huán)道后，在相位Ri的停止線后的允許阻滯時間（s）；BGZ表示相位Z的綠燈啟亮?xí)r刻（s）；C表示信號周期時間（s）；Co表示最佳信號周期時間（s）；C（t）o表示最佳信號周期時間的第t輪試算值（s）；Cmax表示最大信號周期時間（s）；Cmin表示最小信號周期時間（s）；dbg（Ri，Kj）表示相位Ri與Kj的綠燈啟亮?xí)r間差或相位Kj的綠燈早啟時間（s）；EGZ表示相位Z的綠燈結(jié)束時刻（s）；Fi表示行人相位的編號；GZ表示相位Z 的綠燈顯示時間（s）；G（t）Ki表示相位Ki的綠燈顯示時間的第t輪試算值（s）；GminKi，P表示相位Ki保證行人和非機(jī)動車安全過街的最小綠燈顯示時間（s）；GminKi，QC表示相位Ki保證一定數(shù)量的入環(huán)車輛順利通過進(jìn)口道停止線的最小綠燈顯示時間（s）；GminKi，S表示相位Ki保證行車安全的最小綠燈顯示時間（s）；GminZ表示相位Z 的最小綠燈顯示時間（s）；i＝1，2，3，4；j＝1，2，3，4。i和j同時出現(xiàn)時，（i，j）＝ （1，2），（2，3），（3，4），（4，1）；intg（Z，Z′）表示相位Z與Z′的綠燈間隔時間（s）；Ki表示進(jìn)口道機(jī)動車相位的編號；l（Ri，Kj）表示相位Ri與Kj的停止線間距（m）；QKi，d表示相位 Ki的設(shè)計流率（pcu／（h·ln））；Ri表示環(huán)道機(jī)動車相位的編號；SKi表示相位Ki的飽和流率（pcu／（h·ln））；t為正整數(shù)；v（Ri，Kj）表示綠燈啟亮后，相位Kj的入環(huán)車輛的進(jìn)入速度（m／s）；XKi，d表示相位Ki的設(shè)計飽和度；X（t）Ki表示相位Ki在最佳信號周期時間的第t輪試算時的理論飽和度，X（t）Ki＝Z、Z′表示任意相位的編號。

2 相位結(jié)構(gòu)設(shè)計

相位結(jié)構(gòu)設(shè)計的目的是基于平面交叉口的道路空間條件，根據(jù)道路使用者的通行需求特征和交通信號控制設(shè)備的相關(guān)技術(shù)條件，遵循一定的原則和步驟，為不同類型、不同行走方向的道路使用者賦予通行權(quán)，提供平等的通行機(jī)會，定義通行權(quán)的傳承順序，實(shí)現(xiàn)通行時間資源的戰(zhàn)略分配。

2.1 相位設(shè)置

在環(huán)道數(shù)超過2條的四路環(huán)形交叉口內(nèi)部，存在著大量潛在的交通沖突。隨著進(jìn)口道機(jī)動車信號燈、環(huán)道機(jī)動車信號燈、行人信號燈的啟用，除了與右轉(zhuǎn)車輛相關(guān)的交通沖突仍需利用讓行規(guī)則加以分離外，其他的交通沖突均可以利用交通信號燈進(jìn)行分離。

單進(jìn)口輪流放行方式的四路環(huán)形交叉口具有4個進(jìn)口道機(jī)動車相位（K1～K4）、4個環(huán)道機(jī)動車相位（R1～R4）、4個行人相位（F1～F4），如圖1所示。進(jìn)口道機(jī)動車相位和環(huán)道機(jī)動車相位采用的交通信號燈具均為圓形信號燈。歸屬于不同相位的道路使用者的交通沖突關(guān)系，如圖2所示。存在交通沖突的相位不允許同時獲得通行權(quán)。

2.2 相位組合方案

相位組合方案用以描述一系列允許同步獲得通行權(quán)的相位（或稱并發(fā)相位）的組合關(guān)系，體現(xiàn)了一種相對穩(wěn)定的通行時間資源供給狀態(tài)。任意一個相位應(yīng)至少存在于一個相位組合方案之中。

圖1 相位編號Fig.1 Phase numbering

圖2 交通沖突關(guān)系Fig.2 Traffic conflicts matrix

單進(jìn)口輪流放行方式下，四路環(huán)形交叉口可能產(chǎn)生8種常規(guī)相位組合方案，如圖3所示。進(jìn)口道機(jī)動車相位與逆時針方向相鄰的第1個行人相位同步獲得通行權(quán)。進(jìn)口道機(jī)動車相位的綠燈期間，為了充分利用局部環(huán)道的通行空間資源，允許順時針方向相鄰的第1個進(jìn)口道機(jī)動車相位獲得通行權(quán)。

2.3 相位顯示順序

相位顯示順序用以描述不同相位組合方案之間的更迭關(guān)系，實(shí)質(zhì)上反映了沖突相位之間的通行權(quán)傳承順序，是相位結(jié)構(gòu)設(shè)計的集中表現(xiàn)形式。

單進(jìn)口輪流放行方式下，四路環(huán)形交叉口采用的常規(guī)相位顯示順序如圖4所示。按照逆時針順序，依次為各個進(jìn)口道機(jī)動車相位賦予通行權(quán)。

2.4 通行權(quán)供給的時間特性

通行權(quán)供給的時間特性是對交叉口可能采用的相位顯示順序中隱含的、關(guān)于通行時間資源供給的結(jié)構(gòu)性特征的歸納和總結(jié)。根據(jù)常規(guī)相位顯示順序，得到以下4項通行權(quán)供給的時間特性:

（1）進(jìn)口道機(jī)動車相位與緊鄰的環(huán)道機(jī)動車相位存在直接的通行權(quán)傳承關(guān)系，它們的綠燈顯示時間加上綠燈間隔時間之和始終等于信號周期時間，即:

圖3 常規(guī)相位組合方案Fig.3 Common phase combinations

圖4 常規(guī)相位顯示順序Fig.4 Common phase sequence

（2）進(jìn)口道機(jī)動車相位的綠燈顯示時間與信號周期時間的數(shù)值關(guān)系如圖5所示，數(shù)學(xué)表達(dá)式為:

（3）根據(jù)相位顯示順序和交通沖突關(guān)系，利用式（3）（4）（5）計算進(jìn)口道機(jī)動車相位、環(huán)道機(jī)動車相位的綠燈啟亮和結(jié)束時刻。

（4）根據(jù)相位顯示順序和交通沖突關(guān)系，利用式（6）（7）計算行人相位的綠燈啟亮和結(jié)束時刻:

3 信號配時設(shè)計

信號配時設(shè)計的目的是基于平面交叉口的道路空間條件和相位顯示順序，根據(jù)通行權(quán)供給的時間特性以及控制時段內(nèi)的通行時間資源需求水平，遵循一定的原則和步驟，采用一定的方法，計算信號周期時間以及各個相位、各種信號燈色的啟亮和結(jié)束時刻，實(shí)現(xiàn)通行時間資源的戰(zhàn)術(shù)分配。

圖5 GKi與C的數(shù)值關(guān)系Fig.5 Numerical relationship between GKiand C

3.1 進(jìn)口道機(jī)動車相位的通行時間資源需求

設(shè)計流率表征了進(jìn)口道機(jī)動車相位可能承載的最大通行需求。給定設(shè)計流率下，進(jìn)口道的通行條件越好，飽和流率越高，滿足通行需求所需的綠燈顯示時間理應(yīng)越少?？梢岳迷O(shè)計流率與飽和流率的比值（即流率比）表征進(jìn)口道機(jī)動車相位可能承載的最大通行需求水平。流率比的引入使得不同進(jìn)口道機(jī)動車相位對于通行時間資源的原始需求具備了橫向可比性。

設(shè)計飽和度是針對各個進(jìn)口道機(jī)動車相位設(shè)定的最大允許飽和度，表征了該相位通行能力的期望富余程度。不同進(jìn)口道機(jī)動車相位的設(shè)計飽和度可以不同。給定流率比下，設(shè)計飽和度越高，通行能力的期望富余程度越低，進(jìn)口道機(jī)動車相位獲得的綠燈顯示時間越少。設(shè)計飽和度的建議取值為0.80、0.85、0.90、0.95。可以利用流率比與設(shè)計飽和度的比值表征進(jìn)口機(jī)動車相位可能承載的最大通行時間資源需求水平，并將其作為信號配時設(shè)計的主要依據(jù)。流率比與設(shè)計飽和度的比值的引入使得不同進(jìn)口道機(jī)動車相位對于通行時間資源的設(shè)計需求具備了橫向可比性。

3.2 進(jìn)口道機(jī)動車相位的綠燈早啟時間

根據(jù)入環(huán)車輛（特指左轉(zhuǎn)和直行車輛）的交通運(yùn)行特性，進(jìn)口道機(jī)動車相位的綠燈啟亮后，入環(huán)車輛將以車隊的形式進(jìn)入環(huán)道；入環(huán)車隊的頭車一旦受到環(huán)道信號燈的阻滯，后續(xù)車輛將依次受到阻滯效應(yīng)的影響，或減速、或停車；環(huán)道信號燈的綠燈啟亮后，入環(huán)車隊的頭車及后續(xù)車輛依次加速至期望車速，環(huán)道信號燈對于入環(huán)車隊的阻滯效應(yīng)逐漸消失。

相對于逆時針方向相鄰的第1個環(huán)道機(jī)動車相位，進(jìn)口道機(jī)動車相位的綠燈早啟時間應(yīng)允許入環(huán)車隊的頭車經(jīng)歷一定的阻滯時間，同時，應(yīng)確保阻滯效應(yīng)不會傳遞至進(jìn)口道停止線斷面（即入環(huán)車輛通過進(jìn)口道停止線時不會受到前方車輛的阻滯而減速或停車）。利用式（8）計算進(jìn)口道機(jī)動車相位與逆時針方向相鄰的第1個環(huán)道機(jī)動車相位的綠燈啟亮?xí)r間差:

3.3 進(jìn)口道機(jī)動車相位的綠燈顯示時間

假定進(jìn)口道機(jī)動車相位的綠燈前損失時間等于綠燈后補(bǔ)償時間，即有效綠燈時間等于綠燈顯示時間。對于任意給定的信號周期時間，利用式（2）（8）計算進(jìn)口道機(jī)動車相位的綠燈顯示時間總和，利用式（9）計算各個進(jìn)口道機(jī)動車相位的綠燈顯示時間:

3.4 行人相位的最小綠燈顯示時間

設(shè)置行人過街中央安全島后，人行橫道被分為兩段，可以實(shí)施行人“同步二次過街”控制［11］。較高機(jī)動車交通負(fù)荷水平下，行人相位的最小綠燈顯示時間應(yīng)保證綠燈初期進(jìn)入人行橫道的行人能夠到達(dá)另一段人行橫道的中央位置。

3.5 進(jìn)口道機(jī)動車相位的最小綠燈顯示時間

與普通平面交叉口類似，進(jìn)口道機(jī)動車相位的最小綠燈顯示時間應(yīng)保證行車安全、一定數(shù)量的入環(huán)車輛順利通過進(jìn)口道停止線以及行人和非機(jī)動車安全過街，見式（10）［12－14］:

式中:GminKi，S和GminKi，QC通常取為經(jīng)驗值，GminKi，P的數(shù)值與多種因素密切相關(guān)。根據(jù)通行權(quán)供給的時間特性，以相位Rj的綠燈結(jié)束時刻為起點(diǎn)、綠燈啟亮?xí)r刻為終點(diǎn)，劃定GminKj，P與GminFi的數(shù)值關(guān)系分析區(qū)間，如圖6所示，數(shù)學(xué)表達(dá)式見式（11）。將式（12）（13）帶入式（11），得到進(jìn)口道機(jī)動車相位的最小綠燈顯示時間。

圖6 GminKj，P與GminFi的數(shù)值關(guān)系Fig.6 Numerical relationship between GminKj，P and GminFi

3.6 信號周期時間邊界值

最大信號周期時間的取值不宜超過150s。將進(jìn)口道機(jī)動車相位的綠燈顯示時間取為該相位的最小綠燈顯示時間，利用式（2）得到最小信號周期時間的計算方法，見式（14）:

3.7 最佳信號周期時間

將最佳信號周期時間定義為根據(jù)通行權(quán)供給的時間特性，在信號周期時間邊界值、進(jìn)口道機(jī)動車相位的最小綠燈顯示時間和設(shè)計飽和度的共同約束下，能夠滿足所有道路使用者的通行時間資源需求的最小信號周期時間。

與以往研究不同的是，本方法并未建立最佳信號周期時間的計算公式，而是要求自最小信號周期時間開始，直至最大信號周期時間，針對每個可能的信號周期時間取值，計算各個進(jìn)口道機(jī)動車相位的綠燈顯示時間和理論飽和度，將首先滿足進(jìn)口道機(jī)動車相位的最小綠燈顯示時間和設(shè)計飽和度約束的信號周期時間視為最佳信號周期時間。因此，最終確定的最佳信號周期時間需要經(jīng)過多輪試算，試算結(jié)果應(yīng)保留小數(shù)點(diǎn)后1位有效數(shù)字并進(jìn)行4舍5入取整操作。

若所有可能的信號周期時間取值均不滿足約束條件，認(rèn)為在當(dāng)前的通行空間資源供給條件下，本方法無法為所有的道路使用者提供足夠的通行時間資源，只能終止信號配時設(shè)計。必須通過調(diào)整交通流向和流線組織以及交通標(biāo)志和標(biāo)線設(shè)計，改變環(huán)形交叉口的通行空間資源供給條件，方能重新進(jìn)行信號配時設(shè)計。

信號配時設(shè)計的技術(shù)流程如下:

步驟1:確定ad（Ri，Kj），利用式（8）計算dbg（Ri，Kj），執(zhí)行步驟2。

步驟2:確定GminFi，利用式（11）（12）（13）計算GminKj，P，執(zhí)行步驟3。

步驟3:確定GminKi，S、GminKi，QC，利用式（10）計算GminKi，執(zhí)行步驟4。

步驟4:利用式（14）計算Cmin，令t＝1；C（t）o＝Cmin，執(zhí)行步驟5。

步驟5:若C（t）o≤Cmax，利用式（2）（9）計算G（t）K1、G（t）K2、G（t）K3、G（t）K4，執(zhí)行步驟6；否則，執(zhí)行步驟8。

步驟6:若G（t）Ki≥GminKi且X（t）Ki≥XKi，d，令Co＝C（t）o；GKi＝G（t）Ki，執(zhí)行步驟7；否則，令t＝t＋1；C（t）o＝C（t）o＋1，執(zhí)行步驟5。

步驟7:令BGK1＝0，利用式（3）～ （7）計算BGKi、EGKi、BGRi、EGRi、BGFi、EGFi，生成信號配時方案。

步驟8:調(diào)整交通流向和流線組織以及交通標(biāo)志和標(biāo)線設(shè)計，執(zhí)行步驟1。

顯然，本方法并未采用優(yōu)化建模的思想，即通過對充滿隨機(jī)性、時變性和不確定性的道路交通系統(tǒng)進(jìn)行一定程度的簡化和抽象，將環(huán)形交叉口的通行時間資源分配問題描述成交通信號控制參數(shù)的約束優(yōu)化問題，而是采用了非優(yōu)化建模的思想，致力于認(rèn)清道路使用者的交通運(yùn)行特性，發(fā)現(xiàn)通行時間資源供給的結(jié)構(gòu)性特征，匹配通行時間資源的供求關(guān)系，在必要的約束條件下，以一種確定性的方式，分層次、分步驟地確定交通信號控制參數(shù)，這使得本方法不僅具有科學(xué)性，還具備較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力，更加簡單、易用。

4 仿真實(shí)驗分析

選取典型的四路環(huán)形交叉口，在中等和較低機(jī)動車交通負(fù)荷水平下，實(shí)施讓行規(guī)則控制，在較高機(jī)動車交通負(fù)荷水平下，實(shí)施單進(jìn)口輪流放行方式的交通信號控制。

利用VISSIM 5.3建立仿真實(shí)驗環(huán)境，測試和分析對象交叉口的性能。

4.1 道路空間條件

對象交叉口的道路空間條件如圖7所示。南北方向為主要道路，東西方向為次要道路。各條道路的路段車道數(shù)均為3條，各個進(jìn)口方向具有相同的車道功能，即1條右轉(zhuǎn)專用車道、2條直行專用車道、1條左轉(zhuǎn)調(diào)頭合用車道。

進(jìn)口道采用右側(cè)展寬，最外側(cè)進(jìn)口道的展寬段長度為50m，展寬漸變段的長度為20m。

中心島的直徑為35m，進(jìn)口道、出口道、環(huán)道的寬度分別為3m／ln、3.5m／ln、4m／ln，人行橫道的寬度為5m，非機(jī)動車過街通道的寬度為3 m。

圖7 道路空間條件Fig.7 Road geometric condition

路段和進(jìn)出口道的限制車速均為50km／h。直行專用進(jìn)口道和左轉(zhuǎn)調(diào)頭合用進(jìn)口道的飽和流率均為1800pcu／（h·ln）。取l（Ri，Kj）≈51m，v（Ri，Kj）＝40km／h。

4.2 交通需求條件

較低、中等、較高機(jī)動車交通負(fù)荷水平下，分別在一定的抽樣范圍內(nèi)隨機(jī)選取3組機(jī)動車到達(dá)交通量，如表1所示。人行橫道的單向過街行人交通量分別為100、200、400ped／h；非機(jī)動車過街通道的單向過街非機(jī)動車交通量分別為50、100、200cyc／h。

表1 機(jī)動車到達(dá)交通量的抽樣結(jié)果Table 1 Sampling results of vehicular demands pcu／h

較高機(jī)動車交通負(fù)荷水平下，各個進(jìn)口方向選取車道平均機(jī)動車到達(dá)量的最大值作為進(jìn)口道機(jī)動車相位的設(shè)計流率。在此基礎(chǔ)上，得到進(jìn)口道機(jī)動車相位的流率比如表2所示。

表2 進(jìn)口道機(jī)動車相位的流率比Table 2 Flow ratios of entering vehicle phases

4.3 信號控制條件

進(jìn)口道機(jī)動車相位和環(huán)道機(jī)動車相位的黃燈時間均為3s。對象交叉口的綠燈間隔時間如圖8所示。

較高機(jī)動車交通負(fù)荷水平下，令GminFi＝18s；GminKi，S＝10s；GminKi，QC＝15s，利用式（10）～（14）得到GminKi＝24s。令 XK1，d＝XK3，d＝0.9；XK2，d＝XK4，d＝0.95；ad（Ri，Kj）＝2s。以相位 K1的綠燈啟亮?xí)r刻作為信號周期時間的起點(diǎn)，不同交通需求條件下的信號配時方案如表3所示。

4.4 仿真模型參數(shù)

圖8 綠燈間隔時間Fig.8 Intergreen time matrix

為了消除標(biāo)準(zhǔn)車輛折算給仿真建模帶來的不便，將機(jī)動車的交通構(gòu)成視為標(biāo)準(zhǔn)車輛（即車輛長度小于6m的小型車）。

機(jī)動車的最小和最大期望速度分別為48和58km／h。行人的最小和最大期望速度為4和6 km／h。非機(jī)動車的最小和最大期望速度為12和15km／h。

車輛跟馳模型中，平均停車間距為2.0m，期望安全距離的附加部分為2.5m，期望安全距離的倍數(shù)部分為3.5m。車道變換模型中，車輛消失前的等待時間為45s。其他駕駛行為參數(shù)采用默認(rèn)值。

表3 信號配時方案Table 3 Signal timing plans

仿真運(yùn)行總時間為10800s，實(shí)驗數(shù)據(jù)采集時段為900～10800s。針對每組交通需求進(jìn)行一組仿真實(shí)驗，每組仿真實(shí)驗進(jìn)行5次仿真運(yùn)行，每次仿真運(yùn)行選取的隨機(jī)數(shù)分別為9、19、29、39、49。

4.5 仿真實(shí)驗結(jié)果

選取交叉口的車均延誤、交叉口的車均停車次數(shù)、各個進(jìn)口方向的車均延誤極差作為機(jī)動車相位的性能指標(biāo)，選取行人和非機(jī)動車的人均延誤作為行人相位的性能指標(biāo)。每組交通需求下的性能指標(biāo)值取為5次，仿真運(yùn)行得到該性能指標(biāo)值的算術(shù)平均值。仿真實(shí)驗結(jié)果如表4所示。

較低機(jī)動車交通負(fù)荷水平下，對象交叉口的各項性能指標(biāo)值均處于低位運(yùn)行態(tài)勢。中等機(jī)動車交通負(fù)荷水平下，各項性能指標(biāo)值均顯著增大，對象交叉口的整體性能趨于惡化的態(tài)勢已經(jīng)形成，若不及時提升交通控制等級，局部環(huán)道乃至整個交叉口陷入死鎖狀態(tài)將在所難免。

表4 仿真實(shí)驗結(jié)果Table 4 Simulation test results

較高機(jī)動車交通負(fù)荷水平下，隨著對象交叉口的交通控制等級由讓行規(guī)則控制提升至交通信號控制，交叉口的車均延誤顯著增大，但交叉口的車均停車次數(shù)和各個進(jìn)口方向的車均延誤極差得到了有效控制，說明本文提出的交通信號控制方法不僅能夠避免機(jī)動車的通行效率再度降低，還能夠均衡不同進(jìn)口道機(jī)動車相位的性能；與讓行規(guī)則控制相比，行人和非機(jī)動車的人均延誤出現(xiàn)大幅增加是實(shí)施交通信號控制的必然結(jié)果，但是，本文提出的交通信號控制方法可以將人均延誤值控制在一個相對較低的水平。

5 結(jié)束語

就環(huán)形交叉口的交通控制方法而言，讓行規(guī)則控制適用于機(jī)動車交通低峰和平峰時段；交通信號控制適用于機(jī)動車交通高峰時段。對于交通信號控制環(huán)形交叉口，單進(jìn)口輪流放行方式具有更為普遍的適用性，找到一種科學(xué)、有效的交通信號控制方法是促使其推廣應(yīng)用的重要前提。本文面向四路環(huán)形交叉口，以安全、高效地實(shí)施單進(jìn)口輪流放行方式的交通信號控制為基本目的，通過深入剖析道路使用者的交通運(yùn)行特性、通行時間資源供給的結(jié)構(gòu)性特征、通行時間資源的供求關(guān)系，建立了相位結(jié)構(gòu)設(shè)計方法和信號配時設(shè)計方法，較為系統(tǒng)地解決了通行時間資源的戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)分配問題。仿真實(shí)驗結(jié)果顯示，隨著機(jī)動車交通負(fù)荷水平的提高，讓行規(guī)則控制將難以遏制環(huán)形交叉口整體性能的顯著惡化，本文提出的交通信號控制方法具有科學(xué)性、有效性、實(shí)用性，有助于顯著改善機(jī)動車交通高峰時段環(huán)形交叉口的整體性能。

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