林晓辉

（广东交通职业技术学院计算机工程学院 广州510650）

0 引 言

十字交叉口是城市道路中最典型的交叉口类型，其相位设计方法的优劣直接影响交通流运行的安全性和交叉口的服务水平高低［1］。对于流量均衡的十字交叉口通常采用对称放行方式，十字交叉口的时空资源能够充分利用，但对于交通流量不均衡的十字交叉口，对称放行方式就不大适应，针对这一情况，有学者提出单口放行方式，即同1个进口的所有车辆同时放行一段时间，然后再放行下1个进口。为验证十字交叉口的单口放行方式和对称放行方式适用性，笔者以广东东莞市虎门大道－连升路十字交叉口为例，通过Vissim仿真建模，分析2种方式的平均延误时间、排队长度、停车次数等交通信号控制性能指标。

1 2种放行方式简析

1.1 对称放行方式简析

对于典型的十字交叉口，为避免每个进口左转和直行车辆与其他进口车辆发生冲突，通常采用4相位对称放行方式，即放行某个进口某方向车流的同时，放行对向的同一流向车流，见图1。该放行方式的相关信号配时理论已相当成熟，通常采用Webster配时方法，根据各相位关键车流流量比对周期进行划分。在流量均衡的情况下，这种放行方式能够有效地提高交叉口的运行效率，但对于流量不均衡的情况，这种放行方式容易出现空放现象，即某方向车流在通行，但对向车流早就放完。

图1 4相位对称放行方式Fig.1 The four－phase symmetric phase

为避免空放现象，有学者提出利用搭接技术，即允许在多个相位内放行同1个车流，在4相位对称放行方式的基础上设计8相位放行方式，见图2。8相位放行方式能够提高交叉口时空资源的利用率，但在实际运用中，随着相位的增加，总损失时间也增加，搭接技术效果不尽人意。

图2 以对称放行为基础的8相位控制图Fig.2 The eight－phase control chart based on symmetric phase

1.2 单口放行方式简析

对于几何条件不对称或流量不均衡的交叉口，通常采用单口放行的信号控制方式，即将每个进口道作为1个单独相位，让其左转车辆和直行车辆同时放行，1个进口道放完再放下1个进口，并且将各进口最左边的那条直行车道改成直左合用车道，更有利于左转车辆顺利通过交叉口［2－3］。4相位单口放行方式见图3。

图3 4相位单口放行方式Fig.3 The four－phase of each phase for an entrance

1.3 2种相位放行方式对比分析

不同的相位放行方式将对交叉口运行效率产生不同的影响。下面选取交叉口总通行能力、饱和度、延误时间等指标对对称放行方式和单口放行方式进行比较。

1）交叉口总通行能力［4］。交叉口的通行能力为

式中：S为单车道的饱和流率；m为交叉口相位总数；ni为相位i所包含的各个流向的车道数之和；N为交叉口所有进口道的总车道数（不包括右转车道），针对某1个交叉口，将其设为定值；λi为相位i的绿信比，设定信号相位配时依据等饱和度原则，于是有λi∞qimax，其中：qimax为相位i中各个流向的单车道流量qi的最大值，即关键单车道流量；λ为各相位的绿信比之和，在相位数相同的前提下，忽略总相位损失的差异，将其设为定值。

2）饱和度。饱和度是指道路的实际流量与通行能力之比，用x表示。

由式（3）可知，饱和度的均衡性与交叉口通行能力密切相关。在进行相位设计时，不能一味追求交叉口总通行能力，而忽视通行能力的均衡分配。分析单口放行方式与对称放行方式可知：

（1）2种方式各相位间饱和度是均衡的。

（2）在对称放行方式中，每个相位内各交通流量大小不一定均衡，可能出现空放现象，易造成饱和度不均衡，未能充分利用路口通行能力资源，即其通行能力的有效性较低。

3）在单口放行方法中，同1相位（即同1个进口）内 ，各方向车流同时放行，直行车流可借用直左车道通行，可充分利用进口的通行能力资源，有效地提高通行效率。

2 算例分析

以虎门大道－连升路十字交叉口为例［5］，该交叉口各进口道车道布局如图4所示。该交叉口在高峰、平峰、低峰等3种交通需求如表1所示，东西主干道连接广深高速公路，在高峰时段，北进口左转到西出口的车流明显多于南进口左转车流。现分析在3种不同交通需求下单口放行方法与对称放行方法对该交叉口通行能力和饱和度产生的影响。

图4 各进口道车道布局图Fig.4 The layout of each entrance lane

采用Webster配时设计方法，分别计算出该交叉口3种不同交通需求下采用单口放行方式和对称放行方式的配时方案。对该交叉口的南北2个进口按照2种方法进行分析，分别得出该交叉口的通行能力和饱和度，见表1。

由算例可见，采用单口放行方式时，其南、北2相位的车道数n3＝n4＝6，其交叉口总通行能力取得中间值qc0。在高峰时段时，采用对称流向放行方法，交叉口总通行能力qc＞qc0，其交叉口饱和度也相对较小（0.84＜0.86）。从通行能力、饱和度看，2种方法的差别不明显。因此，仅依据通行能力、饱和度来判断哪种放行方法优越是比较困难的，应该结合具体交通主体进行分析，比较两种方案在高峰、平峰、低峰等3种交通需求下的其它交通信号控制指标（如平均延误、平均停车次数、平均排队长度等），以确定最优方案。

表1 2种相位设计方式的配时方案对比表Tab.1 The comparison of timing scheme between of two phase design methods

3 仿真实验

仿真实验以广东省东莞市虎门大道－连升路十字交叉口为例，利用Vissim交通仿真软件来仿真分析该交叉口在分别采用各进口单独放行方法与对称流向放行方法条件下各种交通信号控制性能指标的差别。

虎门大道－连升路十字交叉口位于虎门镇2条主干道的交界处，东西主干道连接广深高速公路，上下高速公路的交通流量较多，在高峰时段，周期基本上在120s以上，西进口的车辆在通过交叉口时出现需排队等候2个信号周期的现象，南北进口对向左转交通量不均衡性较为明显。下面利用Vissim仿真软件对其进行分析。

1）建立交叉口模型。在Vissim交通仿真软件中建立交叉口模型，见图5。

图5 虎门大道－连升路交叉口仿真模型图Fig.5 The simulation model of Humen－Liansheng Road intersection

2）将表1中的3种交通流量数据分别输入到模型中，并设置转弯减速区。

3）依据表1中的配时方案，分别设置对称放行方式和单口放行相位。

通过模拟仿真，得出对该交叉口仿真模型在高峰、平峰、低峰等3种交通需求下分别采用各进口单独放行方法与对称流向放行方法的各种交通信号控制指标，见图6～9。

图6 平均行程时间Fig.6 The average of the travel time

图7 平均延误时间Fig.7 The average of the delay time

图8 平均停车次数Fig.8 The average of the stops

图9 平均排队长度Fig.9 The average of the queue length

由图6～9可见，随着车流量的增加，平均行程时间、平均延误时间、平均停车次数、平均排队长度也相应的增加。在高峰时段，与对称放行方式相比，单口放行的平均行程时间减少了1.4%，平均延误时间减少了4.8%，平均停车次数减少了3.1%，平均排队长度减少了4%；在平峰时段，与对称放行方式相比，单口放行的平均行程时间增加了8.6%，平均延误时间增加了5.5%，平均停车次数无变化，平均排队长度增加了2.3%；在低峰时段，与对称放行方式相比，单口放行的平均行程时间增加了19.5%，平均延误时间增加了21.8%，平均停车次数增加了11.9%，平均排队长度增加了17.6%。仿真结果表明：交通流量不均衡时，单口放行相位设计方法的各项交通信号控制指标优于对称放行相位设计方法；交通流量均衡时，对称放行相位设计方法的各项交通信号控制指标优于单口放行相位设计方法。

4 结束语

在设计交叉口信号控制方案过程中，充分利用交叉口通行能力资源，同时尽量均衡各流向车流之间的饱和度，尽可能避免空放现象。就十字交叉口而言，对于交通流量不均衡时，建议采用单口放行相位设计方法，对于交通流量均衡时，建议采用对称放行相位设计方法。笔者尚未考虑2种相位设计方法对其它类型交叉口的适用性，上述问题有待下一阶段继续研究。

［1］ 王力扬，周钰严.交叉口相位及信号配时优化［J］.西安工业大学学报，2012（12）：1026－1032.

［2］ 杨万三，曲大义，卞晓华，王海鹏.基于相位相序优化的道路交叉口设计方法［J］.青岛理工大学学报，2013（2）：81－85＋96.

［3］ 王静波.交通控制信号优化模型的仿真研究［J］.计算机仿真，2011（4）：353－357.

［4］ 张小宁，邓静媛.交叉口单口放行方法相位设计设置研究［J］.公路交通科技，2010，27（8）：87－90＋95.

［5］ 左俊中，徐良杰.基于单口放行的四路环交信号控制优化方法［J］.公路交通科技，2013，30（4）：88－93.

［6］ 张小宁，邓静媛.交叉口单口放行方法相位设计设置研究［J］.公路交通科技，2010（8）：87－90＋95.

［7］ 张亮，张存保.流量不对称“十”字交叉口信号相位设计方法研究［J］.交通信息与安全，2009（2）：77－80＋84.

［8］ 林晓辉，徐建闽等.虎门镇连升路干道协调控制系统的设计与实现［J］.交通信息与安全，2008，26（3）：14－18.