环形交叉口信号控制方式研究

(重庆交通大学交通运输学院 重庆 400074)

一、前言

国内外研究现状：国内外对环形交叉口的控制方式不一样，国内采用定时信号控制方式，而国外则优先采用感应信号控制方式。2012年，董爱妹优先提出感应控制优化模型。感应信号控制环形交叉口能够根据实时检测到的流量调整控制策略，这既发挥了无信号控制环形交叉口在平峰时低延误的优势，又避免了环形交叉口在高峰时出现通拥堵。定时信号控制模式不能根据实时流量进行调节，只适用于流量变化情况较为稳定的交叉口，如果交通流变化情况不稳定，则会造成一些不必要的延误的产生。

国内对环形交叉口一般采用直接的控制方式，对左转车辆进行二次停车控制。2010年，刘泽对左转车辆二次控制提出一种改进的方法。而国外则优先选用间接的控制方式，对入环车辆进行信号控制，为使绕环车辆享有优先通行权，对绕环车辆不采取信号控制。其原因主要是国外环形交叉口的尺寸一般比国内的小，无法为左转车辆提供足够的二次停车空间。

二、环形交叉口交通特性分析

(一)冲突特性分析

早期的环形交叉口一般无信号控制。其交通运行特点是，不同方向的车辆直接进入环道，按照一定的速度和转向绕中心岛单向行驶，进行连续的合流、交织与分流。环形交叉口的出口与入口处车辆换道行为频繁是环形交叉口拥堵的常发地点。

环形交叉口的几何参数是构成环形交叉口的关键尺寸，环形交叉口与其他形式交叉口的主要区别是中心岛及环道。由于中心岛的存在使得车辆在进入交叉口后绕中心岛在环道逆时针行驶，不同的行驶规则使车辆在环形交叉口的运行行为具有特殊性，影响了交叉口的服务水平与运行效率，对新建或改建交叉口的型式选择具有一定的影响。

(二)运行特性分析

在环形交叉口入口处，入环车辆排队等待可利用间隙依次驶入交叉口;出口处车辆依据优先权迅速换道驶出交叉口。出入口处车辆运行特征大致如下:

①当交叉口内车辆饱和度较高时，出入口处的运行车辆会与交织区和环流区的车辆发生交织冲突。环内运行的车辆对入口处车辆具有一定优先权，入口车辆需要等待可利用间隙的出现而进入交叉口。

②在入口处，左转车辆一般进入内侧车道进入交织区，直行车辆由外侧车道进入交织区，但当交通流量较大时，左转车辆由外侧车道进入，在交织区内完成换道行为;右转车辆沿环道与路缘间隙完成转向驶出交叉口，并不与左转和直行车辆交织。

③在出口处，出环车辆一般由交织区外侧车道驶离交叉口，然而某些未能在交织区内成功换道到外侧车道的车辆只能在出口处由内侧车道与环岛车辆或沿外侧入环车辆交织驶出交叉口。

左转的车流和对向直行车流产生了冲突点，但是在划分车道功能时间，不可能为了避开这种冲突点，都设立保护型车道和相位。信号设计只是对此进行协调，目的是提高通行效率，提高交叉口的通行能力。

三、优化控制研究

(一)交叉口渠化

为了解决环形交叉口交通量大于通行能力而引起的交通拥堵问题，同时减少交叉口内的冲突点，提出了一种左转车辆二次停车的方法。但这种方法下行驶的车辆仍存在绕行距离较远的问题。在交通流分布不均匀的交叉口内，可以采用剖口和偏环信号控制的方式来解决此问题。

针对于主次道路相交的四路环形交叉口，敖谷昌提出了一种信号控制剖口环形交叉口的方式，主干道上的直行车辆直接经过剖口通过交叉口，减少了主干道上直行车辆的绕行距离，以及与支路上车辆的冲突，充分保证了主干道上车流优先通行性。

对于主要车流方向位于环形交叉口相邻的两条道路时，信号控制剖口的方式则不适用，无法保证主要车流方向的优先通行权。所以，提出了一种偏环信号控制的方式。针对于四路环形交叉口，其相邻的两条道路为主要车流方向。结合信号控制的方式，主要车流采用信号控制通行，支路上的车辆采用合流以及交织的形式通过交叉口，保证了主干道上车辆优先通行，提高交叉口的通行能力。

(二)交叉口信号控制

为了解决城市交通拥堵问题，使环形交叉口的通行能力满足城市交通发展的需求，适应城市经济的发展，采用信号控制的方法提高环形交叉口的通行能力，对信号控制的方法进行优化，结合环形交叉口的几何特点，分析环形交叉口的交通特性。提出相应的控制方法，建立模型在VISSIM环境下模拟并得出结论。对环形交叉口内的车流特性和运行规律进行准确的认识。深入地研究通行能力，采取有效的控制与管理措施。并通过单点控制和协调控制思想，对环形交叉口控制进行研究。

在比较大的交叉口内，车辆通过交叉口的时间比较长，影响了车辆的通行效率，所以提出了停车线前置法，车辆降低通过交叉口的距离。将各进口道停车线前置一段距离，使车辆在入环前完成启动加速过程，以较稳定的车速通过环岛。根据停车线前置的环形交义口车流运行特点，设计重叠相位。通过计算相位重叠的时间，将冲突车流在时空上进行分离，提高环形交义口的通行能力和安全系数。

信号控制方式分为单重和双重两种模式，针对这两种模式如何进行选择，提出了各自的设置条件。双重信号控制在满足通行能力的条件下，同时还应满足两个条件：第一，环岛上至少为2条车道，以满足左转车辆在环道上停车等候二次放行的空间停放需求；第二，各进口道需要设置左转专用进口道，以满足对左转车辆单独进行信号控制的需求。同时，通过对通行能力特性的分析，提出一种单重最佳周期的控制方法。

四、总结

由于环形交叉口的通行能力有限，以及汽车保有量的增加，常规的环形交叉口跨到了信号控制环形交叉口。国内外对于信号控制的方式均做了相应的研究，从宏观的层面看，只要满足延误最小就能确定信号周期。但这并不能有效的解决拥堵问题，提高运行效率，所以，需要从微观的角度进行分析。首先，主要是对环形交叉口的交通特性进行分析，了解交叉口的冲突特性以及车辆运行特性，由此找到冲突点，针对主要冲突点寻找相应的解决方案。其次，从微观的层面，结合交叉口的具体情况，分析其交通流的分布，交叉口大小及几何情况，交叉口渠化，信号周期的长短、绿信比以及适用性，提出环形交叉口特殊的信号控制方法。并通过仿真软件VISSIM进行验证分析。