城郊结合部丁字路口信号灯配时设置研究

周金，樊军

(解放军理工大学野战工程学院，江苏南京 210007)

城郊结合部丁字路口信号灯配时设置研究

周金，樊军

(解放军理工大学野战工程学院，江苏南京 210007)

随着城市化建设进程的加快，城郊结合部丁字路口的信号灯设置问题日益突出。以南京市仙林大道与太阳城路交叉口为例，分析总结城郊结合部丁字路口的特性和存在问题，采用TRRL法计算丁字路口信号灯的设置周期与有效绿灯时间，将得到的配时方案与其原配时方案相比较，提出了突出进出城交通主方向，城郊结合部丁字路口信号灯设置的优化配时方案。

城郊结合部;丁字路口;信号灯;TRRL

0 引言

随着我国城镇化建设的不断推进，城市周边地区发展增速，城郊之间的交通流量日趋增大。城郊结合部的各项配套设施及管理政策、措施迫切需要完善，城郊结合部的道路作为有效连接两者的纽带，其信号灯的设置问题更是一个需要充分考虑的问题。

城郊结合部位置的进出城道路常与环城路形成丁字形路口，这类随着交通流量的不断增大，常常形成拥堵，影响整个路网的有效进出。在道路不做调整的情况下，通过设置合理的路口信号灯，可以提高路口通行能力，使进出城车流更加顺畅、高效。本文主要选取城郊结合部常见的丁字路口为研究对象，以南京市仙林大道和太阳城路交叉口为例，讨论丁字路口信号灯配时设置的方法。

1 城郊结合部丁字路口特性调查与分析

1.1 调查及基本情况

本文所研究的交叉口位于南京市仙林大道与太阳城路的相交点，见图1。该交叉口为T型，东西方向(仙林大道)为双向6车道，南北方向(太阳城路)为双向4车道，道路中间均有绿化隔离带。

图1 研究对象位置示意图

经现地短期交通调查，统计数据如图2和图3所示。

图2 当量交通量折线图(2014)

图3 年当量交通量折线图(2013)

对比以后发现六个行车方向可以分为两个数量级，左转出仙林大道(进城方向)和右转入仙林大道(出城方向)车流量为第一数量级，其他行车方向为第二数量级，这主要是因为该交叉口位于宁洛高速、沪蓉高速马群枢纽西侧，是市中各区到仙林方向的重要枢纽，车辆去往仙林方向要从该处右转入仙林大道，从仙林方向到市区需要左转出仙林大道进入太阳城路。

2014年各个行车方向的车流量较2013年都有所增长，最小增长率为4.2%(仙林大道西向直行)，最大增长率为29.0%(仙林大道东向直行)，这说明该道路的交通量及道路使用率在逐渐增大; 2014年各行车方向不同时段的车辆数变化幅度比2013年大。

1.2 信号灯分析

调查路口为四相位的丁字交叉路口，是城郊结合部较常采用的，信号相位如图4所示。该路口的放行顺序为:东西直行(同时北向右转)，东向右转西向左转西向直行(同时北向右转)，东向右转北向左转(同时北向右转)。具体配时如图5所示。

图4 交叉口相位图(图中左-西、右-东、下-南)

图5 现有信号灯配置时间图(单位:s)

南向东为出城(至仙林)方向，路口灯一直长绿，在全信号周期都可通行;其次为西向南为70秒。

1.3 路口交通特性及问题

根据交通调查发现，城郊结合部随着城市的发展，交通增长较快，迫切需要完善优化其交通运营;城郊结合部往往是主城与周边的集散关键节点，周边房价较主城低，以居住为主，上班在主城区，因此，出行活动主要集中在上下班时间，交通工具以小型车和非机动车为主，驾驶年龄段主要为青年。

城郊结合部的连接形式一般为丁字路口;联结各个交通枢纽如绕城高速、城市快速路等，同时具有城市道路和郊区道路的一般特性;

交通组成以小客车为主，中客、小货次之，大货车和大客车较少;交通量在方向上有明显的侧重性，以进城和出城方向为主要的交通流向，主方向和次方向的交通量差异较大;交通量在时间上的变化存在高峰期，主要表现在上下班时间会大大增加，但是变化的幅度一般没有城市交通大。

信号灯的时间配置考虑车流的主要方向不足，增加了车辆的停车与延误，导致了运行成本的浪费;由于所在区域往往离市中心较远，各项配套设施和管理政策、措施并不完善，如调查的丁字路口没有设置非机动车的指示灯等。

2 丁字路口信号灯配置模型

用以下公式[1]进行计算交叉口直行车道的通行能力。

式中: Cs——1条直行车道的通行能力，pcu/h;

Tc—— 信号周期，s;

tg—— 对应相位的绿灯时间，s;

t1—— 绿灯亮后，第一辆车启动，通过停车线的时间(s)，可采用2.3 s;

t2——直行或右转车辆通过停车线的平均时间(s/pcu)，小型车组成的车队，取2.5 s，大型车组成的车队，取3.5 s，混和车组成的车队，按表1选用。

φ——折减系数，可用0.9。

表1 混合车队ti取值

求得东进口的一条直行车道通行能力为684 pcu/h>137 pcu/h(即2条直行车道中的1条车道通行能力大于1/2小时即半小时交通量)，西进口的一条直行车道的通行能力为344 pcu/h>161 pcu/h(即2条直行车道中的1条车道通行能力大于1/2小时即半小时交通量)。太阳城路进口只有专左与专右车道，为丁字口次要道路，按照规范，该进口通行能力等效于1条直行车道的通行能力。根据加权平均，1条直行车道的通行能力为1 100 pcu/h。

计算交叉口专左车道通行能力:

式中: CsL——专左车道通行能力;

β'1—— 专左车道左转车占本进口车辆的比例。

计算得417(pcu/h)，小于467×2=934(pcu/h)。计算交叉口专右车道通行能力为344(pcu/h)。

采用TRRL法(由F.V.Webster和B.M.Cobbe在1958年创立，以车辆平均延误最小为目标的信号配时模型及计算方法，也叫Webster法)为依据，计算丁字路口信号灯的设置周期与有效绿灯时间。其基本出发点是:车辆通过交叉口时，以其受阻延误时间作为唯一的衡量指标，然后对信号配时方案进行优化计算。

根据Webster的研究结果[2]，对于饱和流量影响大的因素是车道宽度。不同车道所对应的饱和流量建议值，计算得出车道饱和流量为1892pcu/h。

根据实际调查数据，设计各相位车道流量比的组合情况见表2和表3所示:

表2 不同流量比下车道的交通流量

表3 各相位车道流量比

根据公式[3]:

式中:l——起动损失时间，等于前损失时间和后损失时间之和(s);

I——绿灯间隔时间或交叉口清零时间(s);

A——黄灯时间(s)。

计算得信号总损失时间为16 s，流量比总和为0.8，最佳信号周期时长为100 s，总有效绿灯时间为84 s，各相位有效绿灯时间为第一相位与第三相位都为17 s，第二相位25 s，第四相位8 s。计算所得的信号灯最佳周期表如图6所示。

图6 计算所得信号灯最佳周期表(单位:s)

与之前的信号灯配置时间相比，该信号灯的配置解决了该丁字路口存在的大部分问题，主要有以下几个方面:

(1)将周期长调整为100 s，相比于原来的95 s有所增长，调整幅度不大，但为后续的交通流量增加提供了余地，适用时间更久;

(2)确定了车流量的主次方向，显著地解决了原配置时间下从仙林大道左转进入太阳城路的车辆拥堵问题，大大缩短行车延误，节约了行车成本;

(3)与原方案相比，新的信号灯配置时间对主次方向的信号配时进行优化，红绿灯的时间分配更加合理，保障了各相位顺利通行;

(4)该模型考虑城郊结合部的出行特征，确定了主要的交通流向为进城和出城方向，充分利用丁字路口的特性，比原模型更好地适用于实际情况。

3 结论

本文用国内外常采用的TRRL算法对仙林大道和太阳城路的丁字路口进行了分析研究，得到了优化以后的的信号灯最佳周期表，与原红绿灯周期表相比解决了大部分问题，具有显著的优势，可以为解决城郊结合部丁字路口信号灯的设置问题提供参考。

[1] 闫瑞雪. 信号灯最佳周期的确定方法及其仿真研究[D].哈尔滨:东北林业大学硕士学位论文.2010

[2] 蒲文静，龙亮，杨晓光. 停车标志交叉口交通信号灯设置依据研究[J].城市交通.2004(3):7-9.

[3] 过秀成. 道路交通运行分析基础[M].南京:东南大学出版社. 2010.

U126

文章编号:1009-7716(2015)11-0037-03

2015-07-01

周金(1991-)，女，浙江诸暨人，硕士生，主要从事桥梁结构分析与设计研究。