基于NEMA相位方案的平面交叉口相位优化研究
2019-07-08李鸿粮刘圳岚王霞李永祥田恬邵丽颖
李鸿粮 刘圳岚 王霞 李永祥 田恬 邵丽颖
摘 要：由于交通流的潮汐特性，平面交叉口的交通流会产生分布不均的现象，目前国内大多数的交叉口相位控制方案是基于交通流对称这一条件进行设计的，这就导致了交叉口的相位控制方案和交叉口的交通流实际状况的不匹配，造成相位的绿灯利用率降低。该文依据美国电气制造商协会制定的TS-2标准中的规定，简化了标准中的对行人相位的规定，对交通流不对称的平面交叉口进行优化，并重点以人民大街与繁荣路交叉口为例进行优化设计。
关键词：优化设计 平面交叉口 相位 TS-2标准
中图分类号：U491.4 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）04（a）-0253-03
在传统的平面交叉口相位设计方案中，大多基于单环结构，单环相位结构要求一股或多股交通流同时获得通行权，但这种结构如果存在某一相位的交通流不对称，就会降低交叉口的通行效率。美国电气制造商协会（National Electrical Manufacturers Association，NEMA）制定的TS-2标准中的对相位的规定有效的解决了这种交通流不对称的情況，以下简称NEMA相位方案，NEMA相位方案主要采用双环结构，每一个方向就代表一个相位，相位较为灵活。该文以长春市人民大街与繁荣路交叉口（简称民荣交叉口）为例，用NEMA相位方案进行优化，并提出适合交通流不对称的改进措施。
1 非对称交通流交叉口问题分析
非对称交通流是指在同一相位相对流向交通量差值较大，并满足既定条件的交通流。以十字交叉口南北方向左转交通为例，假设北进口进口左转交通量为qN，南进口左转交通量为qS，且qN>qS，交通量相对差值a和饱和度b可表示为：
若0.5 以人民大街与繁荣路交叉口为例，通过前期调查，得到人民大街与繁荣路交叉口在一个小时的交通量，如表1所示。 该文利用美国HCM法计算饱和流量S，由表1得到左转车道1550pcu/h，经过校正计算得，求得S=1246，将得到的S值带入式（1）、（2），得到交通量相对差值和饱和度分别为a=0.62，b=0.21，满足非对称交通流的条件。 2 NEMA相位方案 相位方案分析如下。 如图1所示，一个传统的四相位交叉口改造后的NEMA相位交叉口，该结构中存在两个环结构，其中Φ1、Φ2、Φ3、Φ4和Φ5、Φ6、Φ7、Φ8分别构成一个环，两个环中的每个相位分别按顺序循环切换。从中可以看到纵向的有两个屏障（barriers），当两个环的相位到达屏障（barriers）时，必须同时切换到下一个相位。NEMA相位方案中，任意调整位于同环的两个相位的时长和顺序，完全不会对交叉口中其他相位的正常运行产生任何不良影响。例如交换相位Φ1、Φ2的顺序或改变相位Φ7、Φ8的时长，也不会产生任何冲突相位。 3 相位方案应用 根据NEMA相位方案相序设置可分为左转提前（Leading）、左转滞后（Lag ging）和提前-滞后（Lead-Lag）3种方案（见图2、图3），其中提前-滞后情况又可分为提前-滞后1 （Lead-Lag）和提前-滞后2（Lag-Lead）两种（见图4、图5）。 通过上述的NEMA相位调整可以发现，与传统相位相比，NEMA相位可以跟据交叉口的交通流状况，对交叉口相位的时长进行灵活的调整，从而减小了非对称交通流带来的交通延误。 在人民大街与繁荣路交叉口的应用如下。 该文在对民荣交叉口的基本渠化条件不做改变的条件下对民荣交叉口的相位进行优化，由于人民大街与繁荣路交叉口为一个三相位交叉口，而且人民大街与繁荣路交叉口存在东西方向的禁止左转的情况，在进行相位优化不考虑东西左转相位。 按照主路优先的原则，考虑左转提前（Leading）、左转滞后（Lagging）和提前-滞后（Lead-Lag）3种方案的选择，经过前期调查人民大街与繁荣路交叉口南进口左转车交通量较少，故缩短南进口左转相位的绿灯时长形成如图6的相位方案。 4 结语 该文以城市交叉口的不对称交通流为研究对象，以交叉口的交通量、信号配时为分析目标，将美国NEMA相位方案应用到交叉口的信号配时当中去，得到改善后的交叉口相位方案，较原有解决方案，交叉口的相位配时更为灵活，缓解了交叉口的交通流不对称现象。该文提出的优化方案并未涉及行人相位、非机动车相位，下一步的研究将加入行人相位进行研究，目前我国GB25280-2010标准的信号机与美国NEMA TS-2的交通信号控制器有着很大的差距，如果应用到交叉口还要对信号机进行改造。 参考文献 [1] 赵文涛.交通干线协调控制方法及仿真研究[D].华东交通大学，2012. [2] 卢顺达.基于相位相序的交叉口信号配时优化研究[A]. 中国城市规划学会城市交通规划学术委员会.2016年中国城市交通规划年会论文集[C].2016：6. [3] 乔建明，沈明，张本良.中美交通信号控制器的标准化差异性研究[J].交通与运输：学术版，2017（1）：1-4. ①基金项目：国家级大学生创新创业训练计划项目（项目名称：城市交叉口信号配时优化与安全改善，项目编号：20181 0205007）。 作者简介：李鸿粮（1997，1—），男，汉族，河北秦皇岛人，本科，研究方向：交通管理与控制。 通讯作者：邵丽颖（1979—），女，吉林长春人，硕士，讲师，研究方向：交通控制与交通安全，E-mail：493757026@qq.com。
