環(huán)形交叉口信號控制方式研究

(重慶交通大學(xué)交通運輸學(xué)院 重慶 400074)

一、前言

國內(nèi)外研究現(xiàn)狀：國內(nèi)外對環(huán)形交叉口的控制方式不一樣，國內(nèi)采用定時信號控制方式，而國外則優(yōu)先采用感應(yīng)信號控制方式。2012年，董愛妹優(yōu)先提出感應(yīng)控制優(yōu)化模型。感應(yīng)信號控制環(huán)形交叉口能夠根據(jù)實時檢測到的流量調(diào)整控制策略，這既發(fā)揮了無信號控制環(huán)形交叉口在平峰時低延誤的優(yōu)勢，又避免了環(huán)形交叉口在高峰時出現(xiàn)通擁堵。定時信號控制模式不能根據(jù)實時流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，只適用于流量變化情況較為穩(wěn)定的交叉口，如果交通流變化情況不穩(wěn)定，則會造成一些不必要的延誤的產(chǎn)生。

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

二、環(huán)形交叉口交通特性分析

(一)沖突特性分析

早期的環(huán)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(jìn)入環(huán)道，按照一定的速度和轉(zhuǎn)向繞中心島單向行駛，進(jìn)行連續(xù)的合流、交織與分流。環(huán)形交叉口的出口與入口處車輛換道行為頻繁是環(huán)形交叉口擁堵的常發(fā)地點。

環(huán)形交叉口的幾何參數(shù)是構(gòu)成環(huán)形交叉口的關(guān)鍵尺寸，環(huán)形交叉口與其他形式交叉口的主要區(qū)別是中心島及環(huán)道。由于中心島的存在使得車輛在進(jìn)入交叉口后繞中心島在環(huán)道逆時針行駛，不同的行駛規(guī)則使車輛在環(huán)形交叉口的運行行為具有特殊性，影響了交叉口的服務(wù)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(huán)形交叉口入口處，入環(huán)車輛排隊等待可利用間隙依次駛?cè)虢徊婵?出口處車輛依據(jù)優(yōu)先權(quán)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(dāng)交叉口內(nèi)車輛飽和度較高時，出入口處的運行車輛會與交織區(qū)和環(huán)流區(qū)的車輛發(fā)生交織沖突。環(huán)內(nèi)運行的車輛對入口處車輛具有一定優(yōu)先權(quán)，入口車輛需要等待可利用間隙的出現(xiàn)而進(jìn)入交叉口。

②在入口處，左轉(zhuǎn)車輛一般進(jìn)入內(nèi)側(cè)車道進(jìn)入交織區(qū)，直行車輛由外側(cè)車道進(jìn)入交織區(qū)，但當(dāng)交通流量較大時，左轉(zhuǎn)車輛由外側(cè)車道進(jìn)入，在交織區(qū)內(nèi)完成換道行為;右轉(zhuǎn)車輛沿環(huán)道與路緣間隙完成轉(zhuǎn)向駛出交叉口，并不與左轉(zhuǎn)和直行車輛交織。

③在出口處，出環(huán)車輛一般由交織區(qū)外側(cè)車道駛離交叉口，然而某些未能在交織區(qū)內(nèi)成功換道到外側(cè)車道的車輛只能在出口處由內(nèi)側(cè)車道與環(huán)島車輛或沿外側(cè)入環(huán)車輛交織駛出交叉口。

左轉(zhuǎn)的車流和對向直行車流產(chǎn)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(shè)立保護(hù)型車道和相位。信號設(shè)計只是對此進(jìn)行協(xié)調(diào)，目的是提高通行效率，提高交叉口的通行能力。

三、優(yōu)化控制研究

(一)交叉口渠化

為了解決環(huán)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(nèi)的沖突點，提出了一種左轉(zhuǎn)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(yuǎn)的問題。在交通流分布不均勻的交叉口內(nèi)，可以采用剖口和偏環(huán)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(huán)形交叉口，敖谷昌提出了一種信號控制剖口環(huán)形交叉口的方式，主干道上的直行車輛直接經(jīng)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(yōu)先通行性。

對于主要車流方向位于環(huán)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(yōu)先通行權(quán)。所以，提出了一種偏環(huán)信號控制的方式。針對于四路環(huán)形交叉口，其相鄰的兩條道路為主要車流方向。結(jié)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(yōu)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(huán)形交叉口的通行能力滿足城市交通發(fā)展的需求，適應(yīng)城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，采用信號控制的方法提高環(huán)形交叉口的通行能力，對信號控制的方法進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)合環(huán)形交叉口的幾何特點，分析環(huán)形交叉口的交通特性。提出相應(yīng)的控制方法，建立模型在VISSIM環(huán)境下模擬并得出結(jié)論。對環(huán)形交叉口內(nèi)的車流特性和運行規(guī)律進(jìn)行準(zhǔn)確的認(rèn)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(xié)調(diào)控制思想，對環(huán)形交叉口控制進(jìn)行研究。

在比較大的交叉口內(nèi)，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(jìn)口道停車線前置一段距離，使車輛在入環(huán)前完成啟動加速過程，以較穩(wěn)定的車速通過環(huán)島。根據(jù)停車線前置的環(huán)形交義口車流運行特點，設(shè)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(jìn)行分離，提高環(huán)形交義口的通行能力和安全系數(shù)。

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(jìn)行選擇，提出了各自的設(shè)置條件。雙重信號控制在滿足通行能力的條件下，同時還應(yīng)滿足兩個條件：第一，環(huán)島上至少為2條車道，以滿足左轉(zhuǎn)車輛在環(huán)道上停車等候二次放行的空間停放需求；第二，各進(jìn)口道需要設(shè)置左轉(zhuǎn)專用進(jìn)口道，以滿足對左轉(zhuǎn)車輛單獨進(jìn)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(jié)

由于環(huán)形交叉口的通行能力有限，以及汽車保有量的增加，常規(guī)的環(huán)形交叉口跨到了信號控制環(huán)形交叉口。國內(nèi)外對于信號控制的方式均做了相應(yīng)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(jìn)行分析。首先，主要是對環(huán)形交叉口的交通特性進(jìn)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?jīng)_突點，針對主要沖突點尋找相應(yīng)的解決方案。其次，從微觀的層面，結(jié)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(huán)形交叉口特殊的信號控制方法。并通過仿真軟件VISSIM進(jìn)行驗證分析。