關(guān)于美國(guó)交通信號(hào)控制的若干術(shù)語(yǔ)解析

楊 斐

美國(guó)在交通信號(hào)控制技術(shù)方面研究起步較早，目前已有較為完整而成熟的交通信號(hào)控制規(guī)范體系。其中，在交通信號(hào)控制技術(shù)方面，美國(guó)NEMA（National Electrical Manufacturers Association，美國(guó)電氣制造商協(xié)會(huì)）標(biāo)準(zhǔn)獨(dú)樹一幟，引入了與世界其他國(guó)家不同的理念。本文對(duì)美國(guó)交通信號(hào)控制中的若干術(shù)語(yǔ)概念進(jìn)行解析，為我國(guó)交通信號(hào)控制的標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展提供研究支撐。

1 美國(guó)交通信號(hào)控制術(shù)語(yǔ)

1.1 雙環(huán)結(jié)構(gòu)

NEMA標(biāo)準(zhǔn)的交通信號(hào)配時(shí)設(shè)計(jì)采取了一種獨(dú)特的“環(huán)-隔斷”式的相位結(jié)構(gòu)，如圖1所示，Φ1～Φ4（Φ表示相位）和Φ5～Φ8分別組成了兩個(gè)環(huán)，即雙環(huán)結(jié)構(gòu)。其相位的組合設(shè)計(jì)符合常見的標(biāo)準(zhǔn)十字交叉口交通流放行需求，即先主路相位綠燈，再次路相位路燈。由于主路和次路放行之間由阻隔分開，主路和次路不會(huì)出現(xiàn)相位同時(shí)綠燈。阻隔同一側(cè)的不同環(huán)之間的相位可以同時(shí)放行綠燈，而相同環(huán)內(nèi)的相位只可以按相位順序依次放行綠燈。

圖1 “環(huán)-隔斷”相位結(jié)構(gòu)

1.2 術(shù)語(yǔ)解析

美國(guó)的交通信號(hào)控制器包括兩種“引擎”，NEMA phasebased（NEMA相位型）和interval-based（時(shí)間間隔型），如圖2所示?；凇癗EMA相位型”的控制器，每個(gè)相位都具備獨(dú)立配時(shí)參數(shù)，并且在環(huán)順序和并發(fā)規(guī)則限制下，各相位可獨(dú)立計(jì)時(shí)，相位時(shí)間以最小綠為基礎(chǔ)，經(jīng)過(guò)若干個(gè)可變步長(zhǎng)的時(shí)間積累，直到最大綠?；凇皶r(shí)間間隔型”的控制器，相位自身不設(shè)獨(dú)立配時(shí)參數(shù)，其運(yùn)行受限于相位所屬的時(shí)間間隔特性，這與我國(guó)部分品牌信號(hào)機(jī)特性相似。下文術(shù)語(yǔ)以NEMA相位型概念相關(guān)。

圖2 美標(biāo)兩種“相位”定義

1.3 Phase相位

美標(biāo)定義：A timing unit associated with the control of one or more movements.Phases are often assigned to vehicular and pedestrian movements[1].

國(guó)標(biāo)定義：同時(shí)獲得通行權(quán)的一股或多股交通流所對(duì)應(yīng)信號(hào)組的顯示狀態(tài)。

美標(biāo)和國(guó)標(biāo)對(duì)“相位”的定義基本是一致的，相位與交通流向是“一對(duì)一”或“一對(duì)多”的關(guān)系。但美標(biāo)相位具有“時(shí)間段”的概念，而國(guó)標(biāo)相位則未說(shuō)明。

1.4 Ring環(huán)

美標(biāo)定義：A sequence structure consisting of two or more sequentially timed and individually selected conflicting movements,arranged to allow flexibility between compatible movements in different rings.

國(guó)標(biāo)沒有相應(yīng)定義。

“環(huán)”屬美標(biāo)獨(dú)有概念，如圖1所示。美標(biāo)定義的“環(huán)”與“隔斷（Barrier）”機(jī)制，既體現(xiàn)了交通流中相位運(yùn)行的相關(guān)性，同時(shí)又保證了相位運(yùn)行的獨(dú)立性。

1.5 Channel（負(fù)載）通道

美標(biāo)定義：A Channel is an output driver used to switch AC power to a signal display.

國(guó)標(biāo)沒有相應(yīng)定義，但相當(dāng)于“外燈驅(qū)動(dòng)的硬件通道”。相位與Channel是“一對(duì)一”或“一對(duì)多”的關(guān)系。

1.6 Signal Group/Display/Head燈組

美標(biāo)定義：A combination of indications (e.g., red, yellow,green, green arrow, audible) grouped together for controlling one or more movements.

國(guó)標(biāo)定義：一個(gè)完整的車輛紅、黃、綠三單元燈或行人紅、綠二單元燈的組合[2]。

美標(biāo)和國(guó)標(biāo)對(duì)“燈組”定義基本相同，一般理解為“交通信號(hào)燈”這一物理交通設(shè)施。國(guó)標(biāo)另提出的“信號(hào)組”概念，可解釋為多個(gè)信號(hào)燈組，美標(biāo)無(wú)此術(shù)語(yǔ)。

1.7 Overlap搭接相位

美標(biāo)定義：A timing process that provides a way to operate a particular movement with one or more phases. It is a separate output that can use special logic to improve operations.

國(guó)標(biāo)沒有相應(yīng)定義。

“搭接相位”是在NEMA標(biāo)準(zhǔn)下，對(duì)相位實(shí)施的邏輯組合，并由信號(hào)機(jī)負(fù)載通道完成控制輸出，常見于右轉(zhuǎn)控制、保護(hù)/允許控制、菱形立交控制等。雖然我國(guó)交通信號(hào)控制邏輯一般基于“時(shí)間間隔”概念，不存在此術(shù)語(yǔ)及概念，但是從控制結(jié)果看，可實(shí)現(xiàn)與“搭接相位”相同效果，只是“搭接相位”在實(shí)現(xiàn)復(fù)雜信號(hào)邏輯的控制需求時(shí)，更加直觀明了。

1.8 Conflicting Phases沖突相位

美標(biāo)定義：Conflicting phases are two or more traffic phases which will cause interfering traffic movements if operated concurrently.

國(guó)標(biāo)沒有相應(yīng)定義。類似的國(guó)標(biāo)術(shù)語(yǔ)為“綠沖突”，描述為“不應(yīng)同時(shí)啟亮的綠燈信號(hào)同時(shí)啟亮”。

交叉口相位沖突即是交通流向沖突，但交通流向沖突未必是相位沖突。某些交通流向沖突在一定條件下是可接受的，采用“允許式”放行控制，不是相位沖突。不存在任何與之沖突的交通流則采用“保護(hù)式”放行控制。美國(guó)采用“圓盤式信號(hào)燈”作為“允許式”放行指示，采用“箭頭式信號(hào)燈”作為“保護(hù)式”放行指示。

相位沖突的發(fā)生可能是交通信號(hào)控制器的錯(cuò)誤配置引起的，也可能是信號(hào)燈及線路問題造成的。為了保障交叉口交通信號(hào)安全，美標(biāo)設(shè)計(jì)了獨(dú)立于控制器的第三方硬件設(shè)備（MMU）負(fù)責(zé)外燈監(jiān)測(cè)和故障響應(yīng)，體現(xiàn)出了美國(guó)“分權(quán)制衡”的理念。

1.9 Gap Out/Max Out/Force Off間隙結(jié)束/最大綠結(jié)束/強(qiáng)制結(jié)束

美標(biāo)定義的三種結(jié)束機(jī)動(dòng)車相位綠燈的原因，分別為機(jī)動(dòng)車空隙過(guò)大結(jié)束機(jī)動(dòng)車綠、機(jī)動(dòng)車最大綠燈時(shí)間計(jì)時(shí)到結(jié)束機(jī)動(dòng)車綠和強(qiáng)制結(jié)束機(jī)動(dòng)車綠。

雖然國(guó)標(biāo)未顯式地提出此三種概念，但是許多品牌信號(hào)機(jī)具備這三種結(jié)束機(jī)動(dòng)車相位綠燈的方式。盡管如此，這與美標(biāo)中結(jié)束相位的邏輯還是有較大區(qū)別的，尤其是“強(qiáng)制結(jié)束”，是美標(biāo)的感應(yīng)式協(xié)調(diào)控制中的重要概念。

1.10 Dual Entry雙入

美標(biāo)定義：The parameter used to call vehicle phases that can time concurrently,even if only one of the phases is receiving an active call.

國(guó)標(biāo)沒有相應(yīng)定義。

“雙入”是相位參數(shù)。在NEMA標(biāo)準(zhǔn)下跨越隔斷時(shí)，若某個(gè)相位有需求，其并發(fā)相位中的“雙入”相位則自動(dòng)給出需求，除非“雙入”相位已存在實(shí)際需求。例如，在雙環(huán)配置中，“雙入”配置會(huì)確保并發(fā)的直行相位同時(shí)運(yùn)行，否則可能會(huì)出現(xiàn)僅一個(gè)直行相位運(yùn)行。

1.11 Flashing Don't Walk行人紅閃

美標(biāo)定義：An indication warning pedestrians that the walk indication has ended and the don't walk indication is underway.

美標(biāo)的行人紅閃時(shí)間段是行人清空過(guò)程的一部分，其時(shí)間是基于行人過(guò)街長(zhǎng)度和步速計(jì)算出的，其長(zhǎng)短決定了在行人綠結(jié)束時(shí)刻已進(jìn)入過(guò)街通道的行人能否安全到達(dá)另一側(cè)。我國(guó)法律規(guī)定采用行人綠閃作為行人清空間隔指示。我國(guó)與美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的差異不僅是燈色指示，而是對(duì)于行人綠閃（行人清空）的理解，我國(guó)大多數(shù)城市的行人過(guò)街清空時(shí)間都無(wú)法滿足行人安全過(guò)街。

2 結(jié)語(yǔ)

由于篇幅所限本文未能較完整地列舉美標(biāo)交通信號(hào)控制術(shù)語(yǔ)。僅從有限的術(shù)語(yǔ)解析，相較于我國(guó)交通信號(hào)控制術(shù)語(yǔ)，美國(guó)交通信號(hào)控制術(shù)語(yǔ)的標(biāo)準(zhǔn)性更強(qiáng)，定義也更為準(zhǔn)確嚴(yán)謹(jǐn)。