單點信號控制交叉口相位相序優(yōu)化探討

王 亮，郝志國，董芊里，趙 磊

（1.華錄易云科技有限公司，江蘇 南京 211800； 2.北京易華錄信息技術(shù)股份有限公司，北京 100043；3.北京工業(yè)大學(xué) 城市交通學(xué)院，北京 100124）

1 引言

據(jù)“暢通工程”的調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，國內(nèi)目前的實現(xiàn)信號協(xié)調(diào)的交叉口數(shù)不到總數(shù)的1%，因此當(dāng)前的交叉口仍然是單點信號控制交叉口為主。單點交叉口的優(yōu)化是交通組織、交通管理、信號優(yōu)化等多項措施的綜合調(diào)優(yōu)結(jié)果，文章只針對信號優(yōu)化方面探討單點信號控制交叉口相位相序優(yōu)化效果。信號相位和配時是交叉口信號優(yōu)化的兩個重點，受到交叉口的形狀、交通渠化和交通流動態(tài)特征的影響。

文章通過分析單點信號控制交叉口信號相位相序的放行方案和放行效果，給出了單點信號控制交叉口的信號相位相序放行方案，對于單點信號控制交叉口的信號優(yōu)化具有一定的指導(dǎo)意義。

2 信號相位相序

2.1 相位

信號相位是指在一個信號周期內(nèi)，一股或幾股車流在任何時刻都獲得完全相同的信號燈色顯示，那么就把它們獲得不同燈色（綠燈、黃燈、全紅）的連續(xù)時序稱作一個信號相位。

由于交叉口中存在多個交通沖突點，如直行與左轉(zhuǎn)沖突、直行與右轉(zhuǎn)沖突、左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)的沖突等，因此在設(shè)置交叉口信號相位的時候，需要將沖突的方向的車流分離出來，相互沖突的交通流在不同相位階段放行，并給予對應(yīng)的燈色顯示時序，進而提高交叉口內(nèi)車輛通行效率與行駛安全性。

2.2 相序

相序指相位設(shè)置的先后順序，即不同相位綠燈點亮的先后順序。信號相序的放行方案可以有多種組合，以十字交叉口為例，常用的有輪放和對放兩種放行方式。合理的信號相序可以有效避免交叉口的交通沖突，提高路口的放行效率。

3 信號相位及配時的確定

交叉口的信號相位相序需根據(jù)交叉口的渠化、流量等條件確定，其放行方式可以選擇對向同放，也可以選擇進口道單放。以典型的十字交叉口為例，信號相位的確定可以按照如下步驟。

（1）流向飽和度分析。通過前期的現(xiàn)場調(diào)研，獲取交叉口的道路渠化現(xiàn)狀，將每個進口道方向的車道類型和車道數(shù)整理成表格。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研的信號配時方案（新配時路口可以直接用流量計算）、常用的車道流向飽和流量（單車道）計算不同放行相位下的有效綠燈時長、綠信比以及各流向車道飽和度。

（2）車道分析。根據(jù)步驟（1）中計算的綠信比和飽和度分析不同流向車道的飽和狀態(tài)，按照車道的飽和狀態(tài)分析車道利用率情況，對于利用率較低的車道考慮調(diào)整車道的渠化方式。

（3）流向相關(guān)性分析。根據(jù)交叉口的車道流向?qū)⒔徊婵诘牟煌较蜍嚨赖臎_突標(biāo)注成表格形式，而后按照相關(guān)性將流向車道的流量進行計算，公式如下：

將具有強相關(guān)性且不沖突的流向車道組合摘出，分析其組合放行的可行性。確定強相關(guān)組合后，其中的流向不再參與后續(xù)的組合。

強相關(guān)組合：相關(guān)性在[0.9，1）的非沖突流向組合。

較相關(guān)組合：較相關(guān)組合是指相關(guān)性在[0.6，0.9)的非沖突流向組合。

弱相關(guān)組合：若相關(guān)組合是指相關(guān)性在[0.3，0.6)的非沖突流向組合。

（4）優(yōu)化方案分析評價。根據(jù)上述車道利用率的情況，調(diào)整進口道車道的渠化。重新整理車道渠化表格，計算流向車道的流量以及飽和度，對優(yōu)化相序、配時后的交叉口進行效果評價。

4 案例分析

4.1 路口現(xiàn)狀概況

以北京市某路口為例，該交叉口是東西、南北方向的主干路的相交路口，車道較寬，交叉口周邊為商區(qū)、地鐵站和住宅區(qū)域，各方向交通流量大，路口過飽和。交叉口的早晚高峰、平峰交通流量和信號配時方案見表1～表2。

4.2 流量相關(guān)性分析

對交叉口的不同方向流量進行飽和度計算和分析（以早高峰為例），其中車道通行能力參考經(jīng)驗取值，計算所得各方向進口車道飽和度見表3～表4。

從表3～表4可以看出交叉口的西進口直行和東進口左轉(zhuǎn)處于過飽和，東進口直行處于飽和狀態(tài)，西進口和北進口的左轉(zhuǎn)均處于接近飽和狀態(tài)，而南北直行方向飽和度較低，有一定的空放。通過流量相關(guān)相關(guān)分析和流量調(diào)整，將交叉口的信號相位和配時方案調(diào)整如下。

新方案中增加了東西直行和左轉(zhuǎn)方向信號配時，減少了南北方向的綠燈時間，以高峰160s、平峰120s的周期進行輪換放行，提高了路口的放行效率。

表1 交叉口交通流量表 單位：s

表2 交叉口信號配時方案表 單位：s

表3 交叉口直行車道飽和度表

表4 交叉口左轉(zhuǎn)車道飽和度表

表5 交叉口信號控制新方案 單位：s

4.3 優(yōu)化效果對比

通過第三方互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)平臺對交叉口排隊長度、停車延誤時間、停車次數(shù)等各項數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析結(jié)果見圖1。從優(yōu)化前后的對比圖中可以看出，信號優(yōu)化后該交叉口的停車延誤時間降低了22.07%。由此可知，新的配時方案在現(xiàn)有渠化環(huán)境的基礎(chǔ)上較大程度地緩解了路口的擁堵問題。

5 結(jié)束語

本案例中路口東西直行和左轉(zhuǎn)相位過飽和，南北直行方向空放嚴(yán)重，信號配時方案不合理，與實際交通流量不符。通過多次現(xiàn)場勘查與調(diào)研，在認(rèn)真分析了路口存在的問題后，通過流量相關(guān)性分析、優(yōu)化配時方案等方法，實現(xiàn)了擁堵路口信號優(yōu)化，使路口擁堵情況得以緩解，提高了路口的通行效率。

圖1 優(yōu)化前后延誤對比