交通信号控制双向协调调试技术探讨

胡火勤 顾平太

摘要：随着城市交通信号控制路口的不断增多，如何确保主要干道的畅通，降低干道停车等待时间已经成为一个日益突出的问题。本文就交通信号控制双向协调调试技术进行探讨，以期提高路口的通行能力。

关键词：时段  阶段  阶段序列  周期  相位差  延误时间  协调控制  时距图

隨着城市交通信号控制路口的不断增多，如何确保主要干道的畅通，降低干道停车等待时间已经成为一个日益突出的问题。目前，基于信号控制，单个路口有效放行的主要手段是自适应控制（或称感应控制方式）和多时段定周期控制方式;而实现由若干个依次相邻路口构成的干道畅通的主要手段是绿波协调方式，在有潮汐特征的干道使用单向协调控制相对容易实现并且效果明显，但是如果要同时实现正反（来回）两个方向（即双向）的协调控制，相对而言，是比较困难的。

交通信号控制的历史演变过程和道路通行状况演变主要分为以下几个方面：

首先，单个路口的交通信号相位（国标称之为阶段）的设置，具体而言，就是根据车流的实际大小和流向（行驶方向），设计不同的信号相位，由其构成一个序列（简称相序），在一个相位序列循环之后，实现该路口的已经到达的车流能够放行完毕，但是，到达的车流存在停车等待的状况，比较好的结果是，等待一个周期就能够在获得通行权时，顺利通过路口。

其次，在一定的时间段内，将上述相位序列循环，实现具体时段内的路口车流有序放行。对于一些比较繁忙的交叉路口，不同时段内到达的车流的大小和流向等是不同的，最基本的就是早晚有高峰，其间是平峰，其外（夜间）可能是小流量，因此设置的相位序列及其配时都是不同的。

再次，上述两种情况，信号参数配置合理的话，能够在一个周期内将到达路口的车流放行完毕，无需二次等待绿灯信号;但是却经常出现，车辆到达路口之后需要等待一段时间的红灯才能获得通行的情况，实际通行效率不高。如果能够将到达路口的车辆及时放完，基本无需等待红灯，也就是随到随放，自然是比较好得多的放行策略。线协调控制可以实现上述目的，具体办法是，将相关联的若干路口的信号周期统一起来，对下游路口的干道车流延迟放行，达到的目的是让干道上游路口车辆到来即放，不到不放，避免车辆停车延误，尽量减少等待红灯情况的出现。

最后，由于相邻路口间距是客观存在的（历史延续下来的），而路口的车流量所需的放行周期在一定的时段内，也是经过时间的演变有自己的基本大小（虽然通过调整周围相邻路口的信号配时，能够疏导部分车辆），这是和人们的出行习惯密切相关。在此情况下，实现一条干线道路的单向协调控制是可以做到的，但是，一般难以实现整个路段的双向协调控制，往往有时候，单向协调的结果，反而导致反向的车辆等待红灯时间的增多。

下面以南京莱斯公司在浙江宁波下辖的象山市内的横贯东西的一条主干道象山港路的单向绿波放行时距图为例进行说明，同时附有信号控制参数列表，对时距图内的信号控制参数及其相应的控制效果进行了详细的分析。

莱斯出厂相位的编号和含义见下图：

图1  莱斯出厂相位放行图

路口时距图是用来表示路口之间相邻关系（含路口间距离）和路口信号控制的相位序列在一个周期内的放行时间长度和起始相位的放行时间差（相对相位差）最直观的图形表示法。其中，坐标原点在左上角，使用横坐标表示时间（单位：秒），方向从左到右;纵坐标表示路口间的相对距离（单位：米），方向从上到下;坐标系内每个路口的当前放行相位序列使用横向粗状色条（依次为：绿色、红色、黄色、蓝色等）表示一个周期内的不同相位及其长度，前面的红色数字是相对相位差（单位：秒），后面的红色数字是周期长度（单位：秒）。每个色带下方的数字是一个相位（绿灯、黄灯、清场红灯时间之和）的时间长度（单位：秒），但是其颜色和相位的含义因路口不同而不尽相同，具体每个路口的相位顺序参见下面所附的表1。从左上角往右下角方向的斜线上的‘V=51.4等表示车流在路口（从上面到下面）间的行驶速度（单位：千米/小时）。右侧是实际路口在控制区域内的编号和名称。从左下角到右上角的斜线表示反向（从下面到上面）路口间车流的行驶速度。各个路口在协调控制的时段内周期长度相同。时距图的最下面是每天24小时所划分的时段数（最大16个）。时段上面显示的是当前选择的时段内所配置的信号控制参数（主要有相位差、各个相位的编号名称和长度，最后是周期长度），路口间的距离可以通过左侧的纵坐标推算出来。

信号控制参数列表则详细地说明了路口时距图内已经再现和隐含的信号控制参数以及对应的控制效果。路口时距图内已经明确再现信息有：路口名称、路口间距（单位：米）、行驶速度（单位：千米/小时）、正向相位差和反向相位差、正向等待红灯时间和反向等待红灯时间、周期长度（单位：秒）、相位序列内的编号名称和长度、正向绿波带宽和反向绿波带宽等。

图2  单向绿波时距图

上述单向绿波时距图内的主要信号控制参数详细列表如表1：

对于上述单向绿波时距图的进一步说明如图3所示，绿色箭头表示干道车流畅通，等待红灯时间可以忽略;红色箭头表示车流到达下游路口，将遇到红灯且等待时间很长，直到当前周期结束;此干道的绿波方向是从上面的路口往下面的路口，绿色箭头表示了其一路畅通的效果;而从下面的路口往上面的路口则是反向，红色箭头表示了大部分车流在到达下游路口时，都是遇上了红灯等待，通行效率非常地。

图3

由于反向延误时间的增多，反而使得整个道路的通行状况一喜一忧，这对于有潮汐现象的道路，由于其反向车流偏少，尚能适度容忍;但是，如果没有明显的潮汐现象，则道路通行能力将受到一些人的质疑。如何有效解决由此而引起的问题，便是本文需要探讨的主题。

根据本人的工作实践经验，摸索出相位拆分法，实现了双向协调控制的良好效果。具体而言，就是在确保正向车流顺利放行的基础上，从干道的末尾路口开始，依据车流在周期内的到达时机，调整相位组合关系（必要时，重新设计相位序列），使其既满足原来正向车流的放行，同时，也让反向车流在需要的时候获得信号（不需要的时候不提供放行信号，也就是说，反向车流未到达路口时，暂时先不提供放行相位），具体如何设计，需要根据不同路口的需要来确定，这里以时距图的方式，比较直观地再现了车流到达的时机（指在周期内的时间点），图中通过虚线表达反向车流到达相应路口的位置（在一个周期内的时间点的位置）;同时以图表的形式，展示了对应于不同路口，实际所设计的反向放行相位。有效地实现了大部分路口的双向绿波控制效果，大大地减少了反向车流的停车等待延误时间。

图4

图5

对于上述控制的效果，可以通过如下的图6进一步加以说明：从上到下的绿色箭头表示上游路口到达下游路口大部分路段都是畅通的，和单向放行效果相似;但是，由下往上的反向也出现了大部分的绿色箭头，这表示反向通行也基本出现了绿波效果，车流到达下游路口的等待时间大大减少了。其中的红色箭头表示，所在时间段内的放行车流到达下游路口时将需要等待红灯，但是只有几十秒钟（不是大半个周期，只是小半个周期），因为接下来就是绿色箭头和其平行，表示将有绿灯放行了，不像单向放行时，需要等到周期结束才能出现绿灯。

由此可见，通过上述相位拆分，在保持单向绿波效果的基础上，重新设计相位序列，有效实现了道路的双向绿波放行，是一种比较实用的信号控制参数配置技术，能够广泛应用于道路交通的信号控制相关联的系列路口，极大地提高干道的双向通行能力，缓解交通压力，而且是低成本的，方便实用，简单直观。

相位拆分法虽然有效解决了双向绿波的信号控制参数的配置问题，但是在现实应用中也存在需要注意的地方，主要有两点：一是左转待转区引起的与横向车流冲突;二是非机动车左转安全问题。具体说明如下：首先，设立左转待转区的目的是为了提高路口的通行能力，放行的原则是在直行车流通过停车线时，允许同向左转车流越过停车线进入待转区，在直行信号灯结束之后，可以增加左转车辆通过路口的数量。而拆分相位产生的结果是相向而行的左转车流将分先后放行，中间是直行车流放行;对于先放行的一方而言，由于左转车流和直行车流同时放行，然后结束左转信号，继续放行相向的直行车流;此时，对于刚才已经放行过左转车流的一方而言，后期到来的左转车流因为其直行车流仍在放行，因而会继续进入待转区内，然而，本周期内它已经没有通行权了，此时滞留在东西左转待转区（以红色虚线表示）内的车流将影响纵向车流（以绿色箭头表示）的通行;解决办法是取消先行左转和直行同时放行一方的左转待转区，左转车流只能以停车线为准，依据左转信号灯获得通行权。详情见图7的说明：

图7

其次，非机动车斜过马路的问题，同样由于上述相位拆分导致左转始终和同向直行车辆同时放行，这就导致左转的非机动车失去了（和纯粹左转机动车同时放行时的）安全通行权了（左转非机动车和直行机动车冲突）。解决办法有两个，要么提供一个单向左转机动车和非机动车同时放行的相位，并且在左转和直行同时放行的相位前或者后放行，左转先放则加在前，左轉后放则放在后（见图8），此时，需要明确设置非机动车信号灯。

要么禁止非机动车直接斜过马路（图9中红色轨迹所示），强制其经过斑马线随直行相位分二次通过（在对应的两个相位内分别经过标有1和2的箭头所在的入口），此时需要明确渠化，使得非机动车不能有机会斜穿马路。

图9

在解决了上述两个问题的情况下，可以根据需要灵活应用，使得道路的通行效率明显增加，大大缩短了整个道路双向的通行时间，给人明显的道路顺畅之感。

参考文献：

[1]《道路交通信号控制机》GB25280-2010.

[2]GB14887-2003道路交通信号灯.

[3]全美电气制造商协会标准NEMA TS2-2003《符合全美智能交通运输协议（NTCIP）要求的交通信号控制器》.

[4]澳大利亚国家标准AS2578.1-1998《交通信号控制机第1部分：机械结构和电气性能》.