关于美国交通信号控制的若干术语解析

2018-11-20杨斐

智能城市 2018年20期

杨斐

美国在交通信号控制技术方面研究起步较早，目前已有较为完整而成熟的交通信号控制规范体系。其中，在交通信号控制技术方面，美国NEMA（National Electrical Manufacturers Association，美国电气制造商协会）标准独树一帜，引入了与世界其他国家不同的理念。本文对美国交通信号控制中的若干术语概念进行解析，为我国交通信号控制的标准化发展提供研究支撑。

1 美国交通信号控制术语

1.1 双环结构

NEMA标准的交通信号配时设计采取了一种独特的“环-隔断”式的相位结构，如图1所示，Φ1～Φ4（Φ表示相位）和Φ5～Φ8分别组成了两个环，即双环结构。其相位的组合设计符合常见的标准十字交叉口交通流放行需求，即先主路相位绿灯，再次路相位路灯。由于主路和次路放行之间由阻隔分开，主路和次路不会出现相位同时绿灯。阻隔同一侧的不同环之间的相位可以同时放行绿灯，而相同环内的相位只可以按相位顺序依次放行绿灯。

图1 “环-隔断”相位结构

1.2 术语解析

美国的交通信号控制器包括两种“引擎”，NEMA phasebased（NEMA相位型）和interval-based（时间间隔型），如图2所示。基于“NEMA相位型”的控制器，每个相位都具备独立配时参数，并且在环顺序和并发规则限制下，各相位可独立计时，相位时间以最小绿为基础，经过若干个可变步长的时间积累，直到最大绿。基于“时间间隔型”的控制器，相位自身不设独立配时参数，其运行受限于相位所属的时间间隔特性，这与我国部分品牌信号机特性相似。下文术语以NEMA相位型概念相关。

图2 美标两种“相位”定义

1.3 Phase相位

美标定义：A timing unit associated with the control of one or more movements.Phases are often assigned to vehicular and pedestrian movements[1].

国标定义：同时获得通行权的一股或多股交通流所对应信号组的显示状态。

美标和国标对“相位”的定义基本是一致的，相位与交通流向是“一对一”或“一对多”的关系。但美标相位具有“时间段”的概念，而国标相位则未说明。

1.4 Ring环

美标定义：A sequence structure consisting of two or more sequentially timed and individually selected conflicting movements,arranged to allow flexibility between compatible movements in different rings.

国标没有相应定义。

“环”属美标独有概念，如图1所示。美标定义的“环”与“隔断（Barrier）”机制，既体现了交通流中相位运行的相关性，同时又保证了相位运行的独立性。

1.5 Channel（负载）通道

美标定义：A Channel is an output driver used to switch AC power to a signal display.

国标没有相应定义，但相当于“外灯驱动的硬件通道”。相位与Channel是“一对一”或“一对多”的关系。

1.6 Signal Group/Display/Head灯组

美标定义：A combination of indications (e.g., red, yellow,green, green arrow, audible) grouped together for controlling one or more movements.

国标定义：一个完整的车辆红、黄、绿三单元灯或行人红、绿二单元灯的组合[2]。

美标和国标对“灯组”定义基本相同，一般理解为“交通信号灯”这一物理交通设施。国标另提出的“信号组”概念，可解释为多个信号灯组，美标无此术语。

1.7 Overlap搭接相位

美标定义：A timing process that provides a way to operate a particular movement with one or more phases. It is a separate output that can use special logic to improve operations.

国标没有相应定义。

“搭接相位”是在NEMA标准下，对相位实施的逻辑组合，并由信号机负载通道完成控制输出，常见于右转控制、保护/允许控制、菱形立交控制等。虽然我国交通信号控制逻辑一般基于“时间间隔”概念，不存在此术语及概念，但是从控制结果看，可实现与“搭接相位”相同效果，只是“搭接相位”在实现复杂信号逻辑的控制需求时，更加直观明了。

1.8 Conflicting Phases冲突相位

美标定义：Conflicting phases are two or more traffic phases which will cause interfering traffic movements if operated concurrently.

国标没有相应定义。类似的国标术语为“绿冲突”，描述为“不应同时启亮的绿灯信号同时启亮”。

交叉口相位冲突即是交通流向冲突，但交通流向冲突未必是相位冲突。某些交通流向冲突在一定条件下是可接受的，采用“允许式”放行控制，不是相位冲突。不存在任何与之冲突的交通流则采用“保护式”放行控制。美国采用“圆盘式信号灯”作为“允许式”放行指示，采用“箭头式信号灯”作为“保护式”放行指示。

相位冲突的发生可能是交通信号控制器的错误配置引起的，也可能是信号灯及线路问题造成的。为了保障交叉口交通信号安全，美标设计了独立于控制器的第三方硬件设备（MMU）负责外灯监测和故障响应，体现出了美国“分权制衡”的理念。

1.9 Gap Out/Max Out/Force Off间隙结束/最大绿结束/强制结束

美标定义的三种结束机动车相位绿灯的原因，分别为机动车空隙过大结束机动车绿、机动车最大绿灯时间计时到结束机动车绿和强制结束机动车绿。

虽然国标未显式地提出此三种概念，但是许多品牌信号机具备这三种结束机动车相位绿灯的方式。尽管如此，这与美标中结束相位的逻辑还是有较大区别的，尤其是“强制结束”，是美标的感应式协调控制中的重要概念。

1.10 Dual Entry双入

美标定义：The parameter used to call vehicle phases that can time concurrently,even if only one of the phases is receiving an active call.

国标没有相应定义。

“双入”是相位参数。在NEMA标准下跨越隔断时，若某个相位有需求，其并发相位中的“双入”相位则自动给出需求，除非“双入”相位已存在实际需求。例如，在双环配置中，“双入”配置会确保并发的直行相位同时运行，否则可能会出现仅一个直行相位运行。

1.11 Flashing Don't Walk行人红闪

美标定义：An indication warning pedestrians that the walk indication has ended and the don't walk indication is underway.

美标的行人红闪时间段是行人清空过程的一部分，其时间是基于行人过街长度和步速计算出的，其长短决定了在行人绿结束时刻已进入过街通道的行人能否安全到达另一侧。我国法律规定采用行人绿闪作为行人清空间隔指示。我国与美国标准的差异不仅是灯色指示，而是对于行人绿闪（行人清空）的理解，我国大多数城市的行人过街清空时间都无法满足行人安全过街。