現(xiàn)狀平面十字交叉口信號配時的改進(jìn)

張忠橋

（無錫市政設(shè)計研究院有限公司，江蘇 無錫 214072）

1 概述

平面十字交叉口往往是道路通行的瓶頸以及交通事故的高發(fā)路段。其誘因大致可分為以下幾個方面：（1）交叉口道路線形和結(jié)構(gòu)不合理；（2）交通設(shè)施設(shè)置不合理；（3）信號周期及信號配時不合理；（4）交通參與者未按照交通法規(guī)通行；（5）其他原因。

對于一個十字交叉口，在誘因（1）、（2）、（4）、（5）都已經(jīng)得到解決或者改善的情況下，依然出現(xiàn)擁堵以及交通事故，那么就要考慮是否是誘因（3）出現(xiàn)了問題。

本文對誘因（3）進(jìn)行了專項研究。

2 十字交叉口

2.1 交通參與者的代號

為了直觀有效地反映十字交叉口的通行情況，有必要對十字交叉口各個相位繪圖表達(dá)。圖中的代號解釋如下：

東進(jìn)口、西進(jìn)口、北進(jìn)口、南進(jìn)口，分別用字母E、W、N、S代表；機動車、非機動車、行人，分別用字母J、F、R代表；左轉(zhuǎn)、直行、右轉(zhuǎn)，分別用字母Z、Q、Y代表。

例如，東進(jìn)口機動車道3個方向的交通需求，即左轉(zhuǎn)、直行、右轉(zhuǎn)，分別代號為E-J-Z（東-機-左轉(zhuǎn)）、E-J-Q（東-機-直行）、E-J-Y（東-機-右轉(zhuǎn)）；東進(jìn)口非機動車道3個方向的交通需求，即左轉(zhuǎn)、直行、右轉(zhuǎn)，分別代號為E-F-Z（東-非機-左轉(zhuǎn)）、E-F-Q（東-非機-直行）、E-F-Y（東-非機-右轉(zhuǎn)）；東進(jìn)口行人3個方向的交通需求，即左轉(zhuǎn)、直行、右轉(zhuǎn)，分別代號為E-R-Z（東-人-左轉(zhuǎn)）、E-R-Q（東-人-直行）、E-R-Y（東-人-右轉(zhuǎn)）。其他幾個進(jìn)口的代號依此類推。

需要注明的是：當(dāng)行人通過與直行的人行橫道相垂直的人行橫道時，在本文中用“行人左轉(zhuǎn)”來指代。

2.2 交叉口通行情況

十字燈控交叉口，同一個信號周期（T）內(nèi)由T1、T2、T3、T4共4個相位組成，見圖1～圖4。

圖1 信號周期T1

在T1時段內(nèi)（見圖1），南進(jìn)口以及北進(jìn)口左轉(zhuǎn)的機動車、非機動車有序通過交叉口；東進(jìn)口以及西進(jìn)口右轉(zhuǎn)的機動車、非機動車也有序通過交叉口。此時通過交叉口的交通參與者有：E-J-Y（東-機-右轉(zhuǎn)）,E-F-Y（東-非機-右轉(zhuǎn)）,E-R-Y（東-人-右轉(zhuǎn)）；N-J-Z（北-機-左轉(zhuǎn)）,N-F-Z（北-非機-左轉(zhuǎn)）,N-R-Y（北-人-右轉(zhuǎn)）；W-J-Y（西-機-右轉(zhuǎn)）,W-F-Y（西-非機-右轉(zhuǎn)）,W-R-Y（西-人-右轉(zhuǎn)）；S-J-Z（南-機-左轉(zhuǎn)）,S-F-Z（南-非機-左轉(zhuǎn)）,S-R-Y（南-人-右轉(zhuǎn)）。

在T2時段內(nèi)（見圖2），南進(jìn)口以及北進(jìn)口直行的機動車、非機動車有序通過交叉口；需要通過東西向道路的行人也有序通過交叉口。此時通過交叉口的交通參與者有：E-R-Y（東-人-右轉(zhuǎn)）,E-R-Z（東-人-左轉(zhuǎn)）；N-J-Q（北-機-直行）,N-F-Q（北-非機-直行）,N-R-Y（北-人-右轉(zhuǎn)）,N-R-Q（北-人-直行）；W-R-Y（西-人-右轉(zhuǎn)），W-R-Z（西-人-左轉(zhuǎn)）；S-J-Q（南-機-直行），S-F-Q（南-非機-直行），S-R-Y（南-人-右轉(zhuǎn)），S-R-Q（南-人-直行）。

圖2 信號周期T2

在T3時段內(nèi)（圖3），南進(jìn)口以及北進(jìn)口右轉(zhuǎn)的機動車、非機動車有序通過交叉口；東進(jìn)口以及西進(jìn)口左轉(zhuǎn)的機動車、非機動車也有序通過交叉口。此時通過交叉口的交通參與者有：E-J-Z（東-機-左轉(zhuǎn)），E-F-Z（東-非機-左轉(zhuǎn)），E-R-Y（東-人-右轉(zhuǎn)）；N-J-Y（北-機-右轉(zhuǎn)），N-F-Y（北-非機-右轉(zhuǎn)），N-R-Y（北-人-右轉(zhuǎn)）；W-J-Z（西-機-左轉(zhuǎn)），W-F-Z（西-非機-左轉(zhuǎn)），W-R-Y（西-人-右轉(zhuǎn)）；S-J-Y（南-機-右轉(zhuǎn)），S-F-Y（南-非機-右轉(zhuǎn)），S-R-Y（南-人-右轉(zhuǎn)）。

圖3 信號周期T3

在T4時段內(nèi)（圖4），南進(jìn)口以及北進(jìn)口直行的機動車、非機動車有序通過交叉口；需要通過南北向道路的行人也有序通過交叉口。此時通過交叉口的交通參與者有：E-J-Q（東-機-直行）,E-F-Q（東-非機-直行）,E-R-Y（東-人-右轉(zhuǎn)），E-R-Q（東-人-直行）；N-R-Y（北-人-右轉(zhuǎn)），N-R-Z（北-人-左轉(zhuǎn)）；W-J-Q（西-機-直行），W-F-Q（西-非機-直行），W-R-Y（西-人-右轉(zhuǎn)），W-R-Q（西-人-直行）；S-R-Y（南-人-右轉(zhuǎn)），S-R-Z（南-人-左轉(zhuǎn)）。

圖4 信號周期T4

分析十字交叉口同一信號周期不同相位交通參與者的通行情況，可以得出以下結(jié)論：

（1）對于平面十字交叉口，通過對交通參與者的協(xié)調(diào)和分配，可以消除交叉口內(nèi)所有的交織點。一旦十字交叉口范圍內(nèi)消除了所有的交織點，可以極大地避免因交織點造成的擁堵和交通事故。在某些城市，當(dāng)行人通行時允許車輛右轉(zhuǎn)，此時右轉(zhuǎn)的機動車與直行的行人及非機動車形成了交織點，易造成擁堵，也易釀成交通事故。這樣的做法不符合國家規(guī)范[1]中相關(guān)規(guī)定。

（2）對于平面十字交叉口，在消除所有交織點的前提下，一個信號周期（T）內(nèi)設(shè)置T1、T2、T3、T44個相位，就可以滿足所有交通參與者的通行需求。從而為十字交叉口設(shè)定最小信號周期，以期獲得最優(yōu)信號配時奠定了基礎(chǔ)。

2.3 信號配時研究

2.3.1 交通參與者的情況

在研究信號配時之前，有必要對交通參與者進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆治?。交通參與者主要由行人、非機動車、機動車組成，從發(fā)生交通事故的傷害程度可以認(rèn)定，行人在交通事故中處于最弱的一方，機動車屬于最強的一方。從以人為本和交通安全的角度考慮，在信號配時設(shè)定過程中，優(yōu)先的順序依次為行人、非機動車、機動車。

行人的步行速度一般在5 km/h左右，老人和小孩的步行速度小于5 km/h。非機動車速度一般在15 km/h，在交叉口范圍考慮速度的折減，一般為5～15 km/h?？紤]速度的折減，機動車在交叉口范圍的速度一般為15～30 km/h。

交通參與者的速度見表1。

表1 交通參與者的速度

2.3.2 最小信號周期

信號周期T是由T1、T2、T3、T4構(gòu)成的，當(dāng)求得T1、T2、T3、T4的最小值時，即可獲得信號周期T的最小值。

（1）在信號周期T1段內(nèi)，從圖1可知，南進(jìn)口非機動車左轉(zhuǎn)（S-F-Z）、北進(jìn)口非機動車左轉(zhuǎn)（N-F-Z）行駛軌跡最長、速度最慢。假定此時的非機動車軌跡長度為L1，那么T1的最小值為L1/V非，其中的V非為非機動車速度。

（2）在信號周期T2段內(nèi)，從圖2可知，南北方向的行人通過道路的用時最多。假定此時的行人步行軌跡長度為L2，那么T2的最小值為L2/V人，其中的V人為行人步行速度。

（3）在信號周期T3段內(nèi)，從圖3可知，東西向非機動車的行駛軌跡最長、速度最慢。假定此時的非機動車軌跡長度為L3，那么T3的最小值為L3/V非，其中的V非為非機動車速度。

（4）在信號周期T4段內(nèi)，從圖4可知，東西方向的行人通過道路的用時最多。假定此時的行人步行軌跡長度為L4，那么T4的最小值為L4/V人，其中的V人為行人步行速度。

（5）十字交叉口一個信號周期的最小值：Tmin=T1min+T2min+T3min+T4min。

一旦信號周期小于最小信號周期，易造成行人和車輛滯留在交叉口范圍內(nèi)，導(dǎo)致交通擁堵，甚至造成交通事故。在某些城市，出現(xiàn)了信號周期小于最小信號周期的情況，造成行人無法正常通過交叉口，這是違反國家規(guī)范[1]中相關(guān)規(guī)定的。

2.3.3 最優(yōu)信號配時

對于一個平面十字交叉口，信號周期若采用最優(yōu)配時，必將有利于交通參與者安全、迅捷地通過。最優(yōu)配時的擬定，需要考慮的因素有：（1）最小信號周期；（2）不同時段交通參與者的數(shù)量；（3）與鄰近交叉口的聯(lián)動；（4）其他因素。

每個十字交叉口的通行條件以及交通參與者的數(shù)量會有很大不同，最優(yōu)配時是不易確定的。對于一個具體的十字交叉口，經(jīng)過實地調(diào)查研究，可以計算出接近最優(yōu)配時的信號周期，把這個接近最優(yōu)配時的信號配時暫定名為較優(yōu)配時。計算較優(yōu)配時的方法如下：

（1）計算最小信號周期。

（2）實地調(diào)查交通參與者的數(shù)量。需要調(diào)查3組數(shù)據(jù)：第1組數(shù)據(jù)為高峰時段（早晚高峰）的交通量；第2組數(shù)據(jù)為白天（不含高峰時段）的交通量；第3組數(shù)據(jù)為夜里（不含高峰時段）的交通量。

（3）依據(jù)調(diào)查的數(shù)據(jù)，在最小信號周期的基礎(chǔ)上進(jìn)行修正。高峰時段的交通量較大，各個相位的配時根據(jù)需要延長；白天的交通量比高峰時段少，可以采用最小信號周期，或在最小信號周期的基礎(chǔ)上適當(dāng)延長各個相位的配時；夜里的交通量一般較小，可以采用最小信號周期。

(4）高峰時段、白天、夜里，采用不同的信號配時，并在實踐中不斷改進(jìn)。

(5）交通信號周期不宜大于180 s[1]。

經(jīng)過以上步驟，可計算出高峰時段、白天和夜里的較優(yōu)配時。在實踐中不斷修正，可以獲得交叉口的最優(yōu)信號配時。

3 結(jié) 語

道路平面十字交叉口易產(chǎn)生擁堵甚至交通事故，其誘因有交叉口道路線形和結(jié)構(gòu)不合理、交通設(shè)施設(shè)置不合理、信號周期及信號配時不合理、交通參與者未按照交通法規(guī)通行和其他原因。本文重點介紹了平面十字交叉口信號周期內(nèi)的通行情況，從以人為本的角度探討了最小信號周期以及最優(yōu)信號配時的求解方法。