环形交叉口通行能力与信号控制方法研究

郭政坤 沈笑秋

摘 要：对交叉口进行信号控制，是缓解交通拥堵、确保车辆有序行驶的有效方法。合理的信号设置可以提高交叉口的通行能力，减少车辆间交织和冲突行为，提高交叉口机动车与行人的安全性；环形交叉口由于其特殊的几何结构，车辆是以一定角度驶入环岛的，并且车辆间的冲突不同于十字交叉口的正面冲突，因此，常规交叉口的信号设置依据不适用于环形交叉口，制定适合环形交叉口的信号设置依据具有重要意义。环形交叉口内车辆的冲突主要可以分为两种情况：一是驶入环内的车辆在进口道处与环道上现有车辆间的冲突。驶入车辆需在进口道处等候可穿越临界间隙才能驶入环岛。二是驶出车辆在出口处与绕环车辆间的冲突。驶出车辆同样需要减速等候可穿越临界间隙来驶出环岛。但由于驾驶人员个体差异以及道路实际状况，在道路拥挤情况下车流很难做到有序的让行，环岛内车辆拥堵，车流密度大，难以找到临界间隙来进行车辆换道行为，导致部分车辆需二次绕环才能驶出，造成驾驶员时间的延误，浪费能源、污染环境。此时，信号灯的设置可以明确路权，强制驾驶人员的让行行为，控制环岛内车辆的拥挤程度，避免车辆驶入驶出情况混乱无序的现象。

关键词：环形交叉口；信号控制交叉口；临界间隙；跟车间距；通行能力；HCM2000

1.我国交叉口现状

早期，我国的交通流量比较小，因此有良好效益的环形交叉口被广泛运用在各交叉口，亦取得了比较良好的作用，比如减少延误，降低污染和交通事故等。但是经济突飞猛进的发展，使得环形交叉口通行能力不足与交通需求日益增大的矛盾日益突出，我国很多地区掀起了盲目改环形交叉口为信号控制交叉口的风潮，但是拆除中间环岛的方法并没有很好的解决交通拥堵的现象，以长春市工农广场为例，改环形交叉口为普通信号控制交叉口之后，每天早晚高峰车辆排队依然很长，另外，由于环形交叉口的景观性，对于部分大型环形交叉口或是已成为地标性质的环形交叉口，不能简单的采取拆除的方式来解决高峰交通不通畅的问题。

对环形交叉口的研究，国内外主要研究方向为车流运行特性、无信号控制环形交叉口通行能力和车均延误等角度进行研究。本文总结了这几个方面的研究内容和研究方法，对当前的研究成果和手段存在的问题或条件应用的局限性进行了总结。

2.信号控制环形交叉口通行能力分析

针对常规的十字对称的单环道环形交叉口，信号灯设置在环岛的四条支路上，控制方式采取对向两进口道同时放行，本向与对向的入环车辆同步获得通行权。环形交叉口采取信号控制后，车流的运行特性与无信号控制的环形交叉口有所不同。对环岛采取信号控制后，由于入口处的车流受到信号灯色的控制，在红灯期间，到达的车辆不能驶入环岛而是在停车线处排队。因此，在绿灯初期，车流是以饱和流率释放进入环岛内部的，而无信号控制的环岛车辆的驶入只需等待合适的临界间隙自行驶入，可以说此时的驶入情况取决于车辆的到达情况即上游信号交叉口的控制情况；在绿灯后期，由于环道上已经有车流在行驶，此时入口处的车辆需要等待合适的间隙来驶入环岛。为了分析不同参数对信号控制环岛通行能力的影响，本文分别取不同的临界间隙和跟车时距以及绿灯时长进行对比分析。其中临界间隙和跟车时距的取值范围参照 HCM2000 中给出的最大和最小值.

将不同的参数取值代入到模型当中，可以得到通行能力与环流量的关系。

其中，临界间隙的变化范围较小，因此对通行能力的影响较小，但总体上是临界间隙的选取越大相应的通行能力越小。也就是车辆能够汇入环岛所需要的临界间隙越大，其出现的概率越小，所以通行能力呈下降的趋势。

当跟车时距值的选取在小范围内变化时，相应的通行能力变化也不大，但总体上是跟车时距越大相应的通行能力越小。

而当绿灯时长相差 10s 时对通行能力的影响已经比较明显，绿灯时间选取的越长，相应的通行能力越大。但是，随着环道流量的增加，这种影响程度开始降低，也就是当流量超过一定范围时，单纯的延长绿灯时间已经不能增加环形交叉口的通行能力，此时需要采取其他的控制方式来使环岛流畅运行，如在环岛各个入口的上游对车辆的到达情况进行控制，交通管理者可以适当考虑信号控制后绿灯时长设置的影响。

3.未来展望

目前，关于环形交叉口的较为成熟的研究大都是基于无信号控制的，对于信号控制的研究还比较少，因此是否对环形交叉口采取信号控制、对环形交叉口采取怎样的控制方式、环形交叉口的信号配时方案的参考较少，本文的研究由于时间和精力能力等的限制内容还存在一些尚待解决的问题，主要包括：

（1）数据采集方面：由于环形交叉口一般都是大型的交叉口，难以获取全部车辆运行的数据，因而对模型的验证有一定的准确性，下一步还需要利用更多的实验资源来获取全面的数据。

（2）模型参数方面：本文提出的信号设置依据的通行能力模型中的信号配时参数，以及研究方法和理论分析都是基于假设或现有的具体数据以进行的分析，其配时方案的准确性尚有待验证。

参考文献：

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[7] 王殿海，马东方，陈永恒.主支路交叉口设置信号的临界流量[J].西南交通大学学报， 2009， 44（5）： 759-763.

作者简介：

郭政坤（1998.06.04）男，汉族，河南省安阳市，本科生，研究方向：道路桥梁与渡河工程

沈笑秋（1999.10.23）男，汉族，河南省滑县，本科生，研究方向：道路桥梁与渡河工程。