基于两相位交通信号控制的四相位交通信号控制配时研究.doc

基于两相位交通信号控制的四相位交通信号控制配时研究刘柏平（江苏省交通运输厅运输管理局，南京 210009）摘要：本文在两相位交通信号控制的基础上探讨四相位交通信号控制的配时，计算信号交叉口的周期时间及各个方向的交叉口车行道数量，并给出算例做进一步的分析，得出四相位交通信号控制配时的算法。关键词：两相位；四相位；信号控制中图分类号：U491.51 Study signal control of Four-phase Signal Intersection based on Two-phase Signal IntersectionLiuBoping(Transportation Administration Bureau of Jiangsu Province, 210009, China)Abstract: This article investigates the signal control of Four-phase Signal Intersection based on Two-phase Signal Intersection，calculate the cycle time and the number of lanes in the entrance way. Then this paper analysis a case, and find the calculation method. Keywords: Two-phase; Four-phase; signal control 0 引言交叉口是城市道路的重要通行节点，是道路堵塞和事故的多发地，缓解城市交通压力的关键是对交叉口进行合理的组织优化，确保各个方向交通并行不悖。而信号控制则是控制交叉口交通通行的主要手段，一个合理的信号控制可以有效节约车辆在交叉口的延误时间，同时确保各个方向车辆的通行安全。随着交通流量的日益增大，四相位交通信号控制在国内得到了广泛的应用，然而对四相位交通信号的配时研究仍不能满足大多数实际工作中的应用。本文主要研究四相位交叉口交通信号的配时，提出一种简便计算方法，并给出案例加以说明。1 四相位交通信号控制配时的计算方法1.1四相位交通信号控制的定义相位的定义是：通行权的每一次更换就构成了一个信号相位。在80年代交通流量尚且不大的情况下，两相位信号控制是国内大部分信号交叉口普遍使用的信号控制方法，即使在现代，在城市交通流量不大的次干路与支路上，两相位信号控制仍旧是最常用的控制方式。（如图1） 图1 两相位交通信号控制然而在城市交通流量较大的情况下，左转车辆对交通流的干扰较大，因此许多地方专门为左转车分配通行权，保障道路的畅通，四相位信号控制便投入使用。（如图2）图2 四相位交通信号控制1.2交通信号周期时长的基本公式四相位交通控制是在两相位交通控制的基础上加以改进得出的控制方式，因此，四相位控制的周期长度及分配时间也需要以两相位信号配时公式为基础。根据文献1可以知道，两相位交通信号周期公式为 （1）式中 等效交通量（辆/h，直行）； 交叉口进口实际交通量（辆/h）； 公交车、货车车辆数（辆/h）; 左转车车辆数（辆/h） 进口有效车道数。周期长度、相位数、等效交通量之间有以下关系： （2）式中 周期时间（s）； 相位数； 等效交通量。在这里，四相位信号控制的信号周期时间仍然可以用两相位的信号控制公式来计算，但是在应用上需要加以变通。因此，需要对公式(1)进行一定的解释，以便于读者更好地理解：（1）等效交通量是以标准车辆为单位进行计算，即小型客车进行的换算（具体参见公路工程技术标准（JTG B012003）。公式（1）对大客车与大货车统一分配系数0.5，其中原因一方面是在城市道路中大型车以公交车与货车为主，另一方面为简化计算过程，更好地应用到实际当中，采用了这种计算方式。在此，为简便讨论，本文只论述小客车通行的情况。（2）在两相位信号控制过程中，左转车与直行车是混用一个车道的，由于左转车需要避让直行车，通行能力受到影响，根据实际观察可以发现影响系数为0.6，因此其有效通行能力为0.6。在四相位信号控制的过程中，由于左转车与直行车是分开的，因此认为的系数为1，即四相位信号控制是由两个两相位信号控制组合而成，且这两个两相位信号控制的的系数为1。（3）当某一方向的直行与左转车辆进行通行时，另一方向的车辆处于严格的静止状态。在这一点上，四相位控制与两相位控制是相同的，因此在分配东西向与南北向的时长分配时候是相同的。（4）交叉口有效交通量需要小于1333辆/h，否则周期时间为负值，这就意味着将会出现排队延误，并且不能通过信号控制有效解决，需要通过拓宽进口道车道数，或者道路限行、建立立交等方式进行缓解，本文仅讨论拓宽交叉口进口道车辆数方法解决该问题。（5）四相位控制与两相位控制中的不同点在于两相位信号控制的直行与左转是混行的，而四相位的直行与左转是分开的，因此四相位信号控制的交叉口左转与直行至少各占用一条车道，在一个周期的绿灯时间内内左转与直行车辆都必须通过交叉口，即左转与直行车都不允许出现二次排队的情况。（6）由于右转车辆可以随着第一相位或者第二相位进行右转，其时间非常充裕，在此不对其进行讨论。1.3四相位交通信号控制配时的绿灯时长根据文献2可以得知，在一个信号周期内，车辆到达的总数小于车辆在绿灯时间内疏散的车辆数时，该交叉口绿信比将视为合格，绿灯通行时间可以根据式 进行计算，在此通过这种方法对绿灯时间进行分配。 （3）式中 到达车辆交流量； 信号周期；一条车道的通行能力； 车道数；绿灯时长；1.4四相位交通信号控制配时的调整 有时东西向与南北向的车辆的交叉口通行能力较低，因此需要较长的绿灯时间才能保证交叉口车辆的通行效率，在计算时会出现东西向与南北向绿灯时间的总时长超过先前计算的周期时长。对此，需要增加交叉口的车道数以加强其通行能力，直到计算使得东西向绿灯时长与南北向绿灯时长的总和小于周期时间时，该信号灯调整才算结束。下面会通过案例进行的说明，以便于读者理解。2 应用案例已知南北向车道中：南北 1000辆/h，南西 900辆/h；北南 900辆/h，北东 700辆/h；西东 800辆/h，西北 600辆/h；东西 700辆/h，东南 800辆/h；一条车道饱和通行能力为1640辆/h，计算四相位交叉口信号配时。（1）为方便分析，首先在图2的基础上调整下相位的顺序，得到图3，这样，可以在不影响通行效率的前提下，分别计算直行相位与左转相位的周期时长。图3 变换的四相位交通信号控制假设南北向车道分配为一条左转与一条直行车道，东西向车道亦同。这时，可以计算得到=max（南北流量）+max(东西流量)=max(1000，900)+max(800,700)=1000+800=1800辆/h，信号周期长度为负值，因此需要增加车道数量。（2）当南北向直行车道数量为2条，东西向车道数为1条时， =700辆/h， =800辆/h， =1000/2=500辆/h， =900/2=450辆/h，=max（南北流量）+max(东西流量)=max(500，450)+max(800,700)=500+800=1300辆/h秒根据城市道路人行过街设施规划与设计规范第6.1.19条可以知道，行人过街最长等待时间为90秒，因此一个信号周期最长不超过180秒，故仍需进行调整。（3）当南北向直行车道数量为2条，东西向车道数为2条时， =700/2=350辆/h， =800/2=400辆/h， =1000/2=500辆/h， =900/2=450辆/h，=max（南北流量）+max(东西流量)=max(500，450)+max(400,350)=500+400=900辆/h秒同理，计算左转车交通流量时，可以得到当南北左转车道数为2条、东西向左转车道数为2条时， =800/2=400辆/h， =600/2=300辆/h， =900/2=450辆/h， =700/2=350辆/h，=max（南北流量）+max(东西流量)=max(450，350)+max(400,350)=450+400=950辆/h秒总周期=61+69=130秒。下面对各个交叉口绿灯时间进行分配。根据式 可以得出，对于南北向直行车道来说：秒对于南北向左转车辆来说：秒对于东西向直行车辆来说秒对于东西向左转车辆来说：秒然而这时绿灯时间总数秒，超过了总周期数=130秒，因此需要重新进行调整。（4）在此，本文选取交通量较大的南北向直行车流进行渠化，当南北向直行车道数为3条，东西向直行车道数位2条时，=max（南北流量）+max(东西流量)=max(333，300)+max(400,350)=333+400=730辆/h秒总周期=44+69=113秒，一般取周期长度为5的整数倍，故取=115秒。下面对各个交叉口绿灯时间进行分配。根据式 可以得出，对于南北向直行车道来说：秒对于南北向左转车辆来说：秒对于东西向直行车辆来说秒对于东西向左转车辆来说：秒绿灯时间总数为秒=115秒，因此该时间分配可以认为满足需求。由此，在该案例中，当南北向直行车道分配3条，左转车道分配2条；东西向直行车道分配2条，左转车道分配2条时，可以满足该信号交叉口通行，通行周期时长为115秒。3 结语交叉口作为城市的重要节点，起到承接路段，疏导交通的重要作用，本文通过对两相位信号控制进行研究，得出四相位信号控制的配时方法，并根据案例分析进一步加以研究，为确定四相位的信号配时提供依据。参考文献1王炜，过秀成.交通运输工程学M.南京：东南大学出版社，2000.2梁军，李旭宏，于洪军等.路边停车对路段交通流的影响研究J.公路交通科技，2003,20（2）：85-87.3王晓安，熊坚，郭凤香等. 典型四相位信号交叉口交通组织优化应用研究J.科学技术与工程，2