交通信號控制雙向協(xié)調(diào)調(diào)試技術探討

胡火勤 顧平太

摘要：隨著城市交通信號控制路口的不斷增多，如何確保主要干道的暢通，降低干道停車等待時間已經(jīng)成為一個日益突出的問題。本文就交通信號控制雙向協(xié)調(diào)調(diào)試技術進行探討，以期提高路口的通行能力。

關鍵詞：時段 ?階段 ?階段序列 ?周期 ?相位差 ?延誤時間 ?協(xié)調(diào)控制 ?時距圖

隨著城市交通信號控制路口的不斷增多，如何確保主要干道的暢通，降低干道停車等待時間已經(jīng)成為一個日益突出的問題。目前，基于信號控制，單個路口有效放行的主要手段是自適應控制（或稱感應控制方式）和多時段定周期控制方式;而實現(xiàn)由若干個依次相鄰路口構成的干道暢通的主要手段是綠波協(xié)調(diào)方式，在有潮汐特征的干道使用單向協(xié)調(diào)控制相對容易實現(xiàn)并且效果明顯，但是如果要同時實現(xiàn)正反（來回）兩個方向（即雙向）的協(xié)調(diào)控制，相對而言，是比較困難的。

交通信號控制的歷史演變過程和道路通行狀況演變主要分為以下幾個方面：

首先，單個路口的交通信號相位（國標稱之為階段）的設置，具體而言，就是根據(jù)車流的實際大小和流向（行駛方向），設計不同的信號相位，由其構成一個序列（簡稱相序），在一個相位序列循環(huán)之后，實現(xiàn)該路口的已經(jīng)到達的車流能夠放行完畢，但是，到達的車流存在停車等待的狀況，比較好的結果是，等待一個周期就能夠在獲得通行權時，順利通過路口。

其次，在一定的時間段內(nèi)，將上述相位序列循環(huán)，實現(xiàn)具體時段內(nèi)的路口車流有序放行。對于一些比較繁忙的交叉路口，不同時段內(nèi)到達的車流的大小和流向等是不同的，最基本的就是早晚有高峰，其間是平峰，其外（夜間）可能是小流量，因此設置的相位序列及其配時都是不同的。

再次，上述兩種情況，信號參數(shù)配置合理的話，能夠在一個周期內(nèi)將到達路口的車流放行完畢，無需二次等待綠燈信號;但是卻經(jīng)常出現(xiàn)，車輛到達路口之后需要等待一段時間的紅燈才能獲得通行的情況，實際通行效率不高。如果能夠?qū)⒌竭_路口的車輛及時放完，基本無需等待紅燈，也就是隨到隨放，自然是比較好得多的放行策略。線協(xié)調(diào)控制可以實現(xiàn)上述目的，具體辦法是，將相關聯(lián)的若干路口的信號周期統(tǒng)一起來，對下游路口的干道車流延遲放行，達到的目的是讓干道上游路口車輛到來即放，不到不放，避免車輛停車延誤，盡量減少等待紅燈情況的出現(xiàn)。

最后，由于相鄰路口間距是客觀存在的（歷史延續(xù)下來的），而路口的車流量所需的放行周期在一定的時段內(nèi)，也是經(jīng)過時間的演變有自己的基本大?。m然通過調(diào)整周圍相鄰路口的信號配時，能夠疏導部分車輛），這是和人們的出行習慣密切相關。在此情況下，實現(xiàn)一條干線道路的單向協(xié)調(diào)控制是可以做到的，但是，一般難以實現(xiàn)整個路段的雙向協(xié)調(diào)控制，往往有時候，單向協(xié)調(diào)的結果，反而導致反向的車輛等待紅燈時間的增多。

下面以南京萊斯公司在浙江寧波下轄的象山市內(nèi)的橫貫東西的一條主干道象山港路的單向綠波放行時距圖為例進行說明，同時附有信號控制參數(shù)列表，對時距圖內(nèi)的信號控制參數(shù)及其相應的控制效果進行了詳細的分析。

萊斯出廠相位的編號和含義見下圖：

圖1 ?萊斯出廠相位放行圖

路口時距圖是用來表示路口之間相鄰關系（含路口間距離）和路口信號控制的相位序列在一個周期內(nèi)的放行時間長度和起始相位的放行時間差（相對相位差）最直觀的圖形表示法。其中，坐標原點在左上角，使用橫坐標表示時間（單位：秒），方向從左到右;縱坐標表示路口間的相對距離（單位：米），方向從上到下;坐標系內(nèi)每個路口的當前放行相位序列使用橫向粗狀色條（依次為：綠色、紅色、黃色、藍色等）表示一個周期內(nèi)的不同相位及其長度，前面的紅色數(shù)字是相對相位差（單位：秒），后面的紅色數(shù)字是周期長度（單位：秒）。每個色帶下方的數(shù)字是一個相位（綠燈、黃燈、清場紅燈時間之和）的時間長度（單位：秒），但是其顏色和相位的含義因路口不同而不盡相同，具體每個路口的相位順序參見下面所附的表1。從左上角往右下角方向的斜線上的‘V=51.4等表示車流在路口（從上面到下面）間的行駛速度（單位：千米/小時）。右側(cè)是實際路口在控制區(qū)域內(nèi)的編號和名稱。從左下角到右上角的斜線表示反向（從下面到上面）路口間車流的行駛速度。各個路口在協(xié)調(diào)控制的時段內(nèi)周期長度相同。時距圖的最下面是每天24小時所劃分的時段數(shù)（最大16個）。時段上面顯示的是當前選擇的時段內(nèi)所配置的信號控制參數(shù)（主要有相位差、各個相位的編號名稱和長度，最后是周期長度），路口間的距離可以通過左側(cè)的縱坐標推算出來。

信號控制參數(shù)列表則詳細地說明了路口時距圖內(nèi)已經(jīng)再現(xiàn)和隱含的信號控制參數(shù)以及對應的控制效果。路口時距圖內(nèi)已經(jīng)明確再現(xiàn)信息有：路口名稱、路口間距（單位：米）、行駛速度（單位：千米/小時）、正向相位差和反向相位差、正向等待紅燈時間和反向等待紅燈時間、周期長度（單位：秒）、相位序列內(nèi)的編號名稱和長度、正向綠波帶寬和反向綠波帶寬等。

圖2 ?單向綠波時距圖

上述單向綠波時距圖內(nèi)的主要信號控制參數(shù)詳細列表如表1：

對于上述單向綠波時距圖的進一步說明如圖3所示，綠色箭頭表示干道車流暢通，等待紅燈時間可以忽略;紅色箭頭表示車流到達下游路口，將遇到紅燈且等待時間很長，直到當前周期結束;此干道的綠波方向是從上面的路口往下面的路口，綠色箭頭表示了其一路暢通的效果;而從下面的路口往上面的路口則是反向，紅色箭頭表示了大部分車流在到達下游路口時，都是遇上了紅燈等待，通行效率非常地。

圖3

由于反向延誤時間的增多，反而使得整個道路的通行狀況一喜一憂，這對于有潮汐現(xiàn)象的道路，由于其反向車流偏少，尚能適度容忍;但是，如果沒有明顯的潮汐現(xiàn)象，則道路通行能力將受到一些人的質(zhì)疑。如何有效解決由此而引起的問題，便是本文需要探討的主題。

根據(jù)本人的工作實踐經(jīng)驗，摸索出相位拆分法，實現(xiàn)了雙向協(xié)調(diào)控制的良好效果。具體而言，就是在確保正向車流順利放行的基礎上，從干道的末尾路口開始，依據(jù)車流在周期內(nèi)的到達時機，調(diào)整相位組合關系（必要時，重新設計相位序列），使其既滿足原來正向車流的放行，同時，也讓反向車流在需要的時候獲得信號（不需要的時候不提供放行信號，也就是說，反向車流未到達路口時，暫時先不提供放行相位），具體如何設計，需要根據(jù)不同路口的需要來確定，這里以時距圖的方式，比較直觀地再現(xiàn)了車流到達的時機（指在周期內(nèi)的時間點），圖中通過虛線表達反向車流到達相應路口的位置（在一個周期內(nèi)的時間點的位置）;同時以圖表的形式，展示了對應于不同路口，實際所設計的反向放行相位。有效地實現(xiàn)了大部分路口的雙向綠波控制效果，大大地減少了反向車流的停車等待延誤時間。

圖4

圖5

對于上述控制的效果，可以通過如下的圖6進一步加以說明：從上到下的綠色箭頭表示上游路口到達下游路口大部分路段都是暢通的，和單向放行效果相似;但是，由下往上的反向也出現(xiàn)了大部分的綠色箭頭，這表示反向通行也基本出現(xiàn)了綠波效果，車流到達下游路口的等待時間大大減少了。其中的紅色箭頭表示，所在時間段內(nèi)的放行車流到達下游路口時將需要等待紅燈，但是只有幾十秒鐘（不是大半個周期，只是小半個周期），因為接下來就是綠色箭頭和其平行，表示將有綠燈放行了，不像單向放行時，需要等到周期結束才能出現(xiàn)綠燈。

由此可見，通過上述相位拆分，在保持單向綠波效果的基礎上，重新設計相位序列，有效實現(xiàn)了道路的雙向綠波放行，是一種比較實用的信號控制參數(shù)配置技術，能夠廣泛應用于道路交通的信號控制相關聯(lián)的系列路口，極大地提高干道的雙向通行能力，緩解交通壓力，而且是低成本的，方便實用，簡單直觀。

相位拆分法雖然有效解決了雙向綠波的信號控制參數(shù)的配置問題，但是在現(xiàn)實應用中也存在需要注意的地方，主要有兩點：一是左轉(zhuǎn)待轉(zhuǎn)區(qū)引起的與橫向車流沖突;二是非機動車左轉(zhuǎn)安全問題。具體說明如下：首先，設立左轉(zhuǎn)待轉(zhuǎn)區(qū)的目的是為了提高路口的通行能力，放行的原則是在直行車流通過停車線時，允許同向左轉(zhuǎn)車流越過停車線進入待轉(zhuǎn)區(qū)，在直行信號燈結束之后，可以增加左轉(zhuǎn)車輛通過路口的數(shù)量。而拆分相位產(chǎn)生的結果是相向而行的左轉(zhuǎn)車流將分先后放行，中間是直行車流放行;對于先放行的一方而言，由于左轉(zhuǎn)車流和直行車流同時放行，然后結束左轉(zhuǎn)信號，繼續(xù)放行相向的直行車流;此時，對于剛才已經(jīng)放行過左轉(zhuǎn)車流的一方而言，后期到來的左轉(zhuǎn)車流因為其直行車流仍在放行，因而會繼續(xù)進入待轉(zhuǎn)區(qū)內(nèi)，然而，本周期內(nèi)它已經(jīng)沒有通行權了，此時滯留在東西左轉(zhuǎn)待轉(zhuǎn)區(qū)（以紅色虛線表示）內(nèi)的車流將影響縱向車流（以綠色箭頭表示）的通行;解決辦法是取消先行左轉(zhuǎn)和直行同時放行一方的左轉(zhuǎn)待轉(zhuǎn)區(qū)，左轉(zhuǎn)車流只能以停車線為準，依據(jù)左轉(zhuǎn)信號燈獲得通行權。詳情見圖7的說明：

圖7

其次，非機動車斜過馬路的問題，同樣由于上述相位拆分導致左轉(zhuǎn)始終和同向直行車輛同時放行，這就導致左轉(zhuǎn)的非機動車失去了（和純粹左轉(zhuǎn)機動車同時放行時的）安全通行權了（左轉(zhuǎn)非機動車和直行機動車沖突）。解決辦法有兩個，要么提供一個單向左轉(zhuǎn)機動車和非機動車同時放行的相位，并且在左轉(zhuǎn)和直行同時放行的相位前或者后放行，左轉(zhuǎn)先放則加在前，左轉(zhuǎn)后放則放在后（見圖8），此時，需要明確設置非機動車信號燈。

要么禁止非機動車直接斜過馬路（圖9中紅色軌跡所示），強制其經(jīng)過斑馬線隨直行相位分二次通過（在對應的兩個相位內(nèi)分別經(jīng)過標有1和2的箭頭所在的入口），此時需要明確渠化，使得非機動車不能有機會斜穿馬路。

圖9

在解決了上述兩個問題的情況下，可以根據(jù)需要靈活應用，使得道路的通行效率明顯增加，大大縮短了整個道路雙向的通行時間，給人明顯的道路順暢之感。

參考文獻：

[1]《道路交通信號控制機》GB25280-2010.

[2]GB14887-2003道路交通信號燈.

[3]全美電氣制造商協(xié)會標準NEMA TS2-2003《符合全美智能交通運輸協(xié)議（NTCIP）要求的交通信號控制器》.

[4]澳大利亞國家標準AS2578.1-1998《交通信號控制機第1部分：機械結構和電氣性能》.