交通流量比不對稱路口信號配時方法的研究

□何烈云

（衢州市公安局，浙江衢州 324000）

交通流量比不對稱路口信號配時方法的研究

□何烈云

（衢州市公安局，浙江衢州 324000）

針對交叉路口相對方向交通流量比不對稱的情況，在韋伯斯特配時法的基礎(chǔ)上，應(yīng)用不對稱配時法優(yōu)化路口信號配時，可縮短信號周期，提高通行能力。應(yīng)用不對稱配時法應(yīng)重點注意路口選擇、相位先后順序設(shè)定、借相位（單向放行相位）流量比和損失相位數(shù)的確定等事項。

不對稱配時法；不對稱流量比；韋伯斯特配時法；信號燈控制路口

城市道路交通路網(wǎng)由大量平面交叉口及路段構(gòu)成，通行能力受控于平面交叉口，城市路網(wǎng)的總?cè)萘恳矝Q定于平面交叉口。目前，交叉路口已成為城市交通問題的主要病發(fā)地帶和城市交通“瓶頸”。優(yōu)化交叉路口的交通組織，是城市道路交通暢通與安全的決定性因素。為了提升城市交叉路口通行能力，可以對路口進行工程性改造，如拓寬道路寬度增加進出口道的車道數(shù)量、采用立體交通組織方式、優(yōu)化路口的靜態(tài)交通組織和優(yōu)化信號燈配時。其中對信號燈控制路口信號燈配時的優(yōu)化，往往會起到小投資大收益的效果，對提升城市道路通行能力、緩解交通擁堵現(xiàn)象有立竿見影的作用。

以衢州市區(qū)為例，46省道與衢化路路口、三衢路與衢化路路口、府東街與新橋街路口和西安路與衢江中路路口等一些主要路口近年來成為了市區(qū)高峰期主要擁堵堵點，成為市區(qū)的交通瓶頸路口，路口車流延誤時間長，市民反應(yīng)強烈。這些路口有共同的特征，即交通流量比嚴重不對稱造成配時難度大，這也是引發(fā)路口交通擁堵的重要原因之一。在2012年的11月，衢州交警部門把上述路口的排堵保暢提到了重要議程，筆者作為衢州交警支隊“交通組織優(yōu)化課題組”成員之一，參加并主要負責(zé)了上述多個路口的交通組織優(yōu)化工作，利用不對稱配時法對路口交通配時進行了優(yōu)化，均取得了很好的效果，基本上改變了以往交通擁堵的現(xiàn)象?，F(xiàn)結(jié)合工作實踐，對交通流量比不對稱路口的信號燈配時優(yōu)化工作進行總結(jié)，并提出相關(guān)注意事項。

一、韋伯斯特配時法對交通流量比不對稱路口的配時分析

當(dāng)前主要有兩種常用信號配時理論：停車線法和沖突點法。停車線法以車輛通過停車線就認為已通過了交叉口為前提，國外提出的信號配時和通行能力計算理論基本上是以停車線作為考察斷面。沖突點法基本特點是以模擬交叉口車流運動狀態(tài)為基礎(chǔ)，以左轉(zhuǎn)彎車與對向直行車的沖突點（直行車流與左轉(zhuǎn)車流在交叉口內(nèi)可能發(fā)生沖撞的位置）作為核算車輛通過量的基準斷面。按照這樣一種思路，車輛在進入交叉口前后的全過程中可能受到的阻滯均得到充分考慮。此種方法在使用過程中復(fù)雜，主要適用于兩相位配時法。

韋伯斯特配時法就是一種應(yīng)用最為廣泛的停車線法，此配時法使用簡單，且適用于兩相位和多相位的配時。具體計算原理簡單說明如下。

（一）信號周期。

l——車輛啟動時間一般設(shè)為3.1S；I——綠燈間隔時間，即黃燈時間加全紅燈清路口時間，一般黃燈為3S，全紅燈為2-4S；A——全黃燈時間。

3.Y——交通流量比。為各相位交通量最大的那條車道（臨界車道）的交通流量比之和。Y=Y1+Y2+……+Yi

（二）計算步驟。

1.計算各方向車流量，將實際車輛數(shù)換算成標準小型車數(shù)；

2.計算各車道流量比。Y=q/s，（S飽和交通流量，直行取1600Pub/h左右，左右轉(zhuǎn)彎取1500Pub/h，根據(jù)路口實際通行情況，存在修正系數(shù)）

5.計算綠燈時間。

有效綠燈時間：Ge=Co-L

6.計算各相位實際顯示綠燈時間。Gi=gei-A+l利用韋伯斯特配時法，對衢州市區(qū)擁堵嚴重的電信路口（見下圖）晚高峰進行配時計算如下：

電信路口交通渠化圖

從“電信路口早晚高峰期流量表”（見下表）中不難發(fā)現(xiàn)，高峰期間西側(cè)左轉(zhuǎn)車流量接近東側(cè)的3倍；北側(cè)路口由于實行禁左無車流，而南側(cè)左轉(zhuǎn)彎車流量是該進口道之最，在整個路口也占了很大一個比例。除左轉(zhuǎn)彎車流量存在對稱現(xiàn)象，該路口的東側(cè)直行車流量明顯小于西側(cè)車流量，且由于該路口受地理條件影響，西側(cè)進口道是直接與西安門大橋相連，進口道少，而東側(cè)連接相對寬闊的西安路，直行進口道有3個。該路口如果按四相位配時模式，晚高峰時，應(yīng)用韋伯斯特配時法計算如下：

電信路口早晚高峰期流量表

該路口信號燈黃燈時間為3秒，起步損失時間3秒，不設(shè)全紅時間。

車道流量比：

信號燈損失時間：L=24S

計算結(jié)果的周期512S顯然是不合理，且不能實施。主要原因在于韋伯斯特配時法相位時長確定依據(jù)為關(guān)鍵車道交通流量比，假如相對方交通流量比較為對稱，即非關(guān)鍵車道相對于關(guān)鍵車道流量比較為接近的情況下，利用該方法配時結(jié)果較為合理，在一個周期內(nèi)相對方向的車流基本上同時或相差不長時間清空。但是如果相對方向流量比不對稱，即相對方向的車輛與關(guān)鍵車道車流量相差較多，關(guān)鍵車道車流還在繼續(xù)，而相對方向車流早已結(jié)束，造成道路通行效率大大下降。

二、不對稱配時法在交通流量比不對稱交叉路口的應(yīng)用

所謂不對稱路口，即兩個相對方向車道中，其中某個方向直行、左轉(zhuǎn)彎流量比都大于其相對方向的直行、左轉(zhuǎn)彎流量比。這種路口在交通流量比較大情況下，如配時不合理，很有可能成為城市交通瓶頸。

要使交通流量比不對稱交叉路口有一個合理的配時方案，一般的處理方法有兩種：一是通過改變車道數(shù)，均衡相對方向的流量比，如自東向西直行車流量明顯高于自西向東車流量，可以通過增加自東向西直行進口車道數(shù)，即通過路口渠化使相對方向車流趨于相對均衡。二是對路口重新分配車道數(shù)，改變進出口道數(shù)及進口道導(dǎo)向車道不同方向的分配數(shù)，來最大限度平衡相對方向車流，然后通過優(yōu)化配時來提高路口通行效率，減少浪費時間。以上兩個方法受制于寸土寸金的城市土地及周邊環(huán)境，實施難度較大。對于類似此類型路口，需要找到一種更加合理的配時方法。

實踐中發(fā)現(xiàn)，對于交通流量嚴重不對稱路口的配時，可以在韋伯斯特配時法的基礎(chǔ)上，采用不對稱配時法，達到在不浪費時間的情況下大大縮短信號周期，提高路口通行效率的目的。不對稱配時法的主要計算過程如下。

（一）相位設(shè)置（以東西向車流為例）。

第一相位為東西直行為綠燈；第二相位為西側(cè)直行和左轉(zhuǎn)同為綠燈。（見上圖）假設(shè)Y1＜Y3當(dāng)東側(cè)直行車流基本清空時，東側(cè)直行信號燈變?yōu)榧t燈，由于西側(cè)直行車流與左轉(zhuǎn)車流相互之間不存在沖突，所以此時西側(cè)直行和左轉(zhuǎn)可同時放行，采用這種單向放行的相位稱為借相位放行；第三相位東西左轉(zhuǎn)綠燈。當(dāng)西側(cè)直行車道等待車輛清空后，東西左轉(zhuǎn)綠燈同時開啟。通過這種方法可以讓流量比更多的路口有更長的放行時間，南北向同樣方法不再重復(fù)。相位圖如下：

（二）相位流量比確定。

1.第一相位流量比。YT1=Y1，以東西直行流量比更小的為配時的依據(jù)。

2.第二相位流量比。YT2=［（Y3-Y1）M直＋（Y4-Y2）M左］/（M直＋M左），取東西方向流量比之差乘以應(yīng)車道數(shù)乘積，再與車道數(shù)和之比。M直為直行導(dǎo)向車道數(shù)，M左為左轉(zhuǎn)彎車道數(shù)。在近似計算過程中也可用YT2=［（Y3-Y1）＋（Y4-Y2）］/2，考慮實際情況，如果車流無法通過左轉(zhuǎn)或直行相互變化而到達目的地的情形，第二相位應(yīng)該取MAX［（Y3-Y1），（Y4-Y2）］。

3.第三相位流量比。YT3=Y3，以東西左轉(zhuǎn)流量比更小的為配時的依據(jù)。

4.第四相位流量比。YT4=Y4，以南北直行流量比更小的為配時的依據(jù)。

5.第五相位流量比。YT5=［（Y7-Y5）M直＋（Y8-Y6）M左］/（M直＋M左），流量確定方法與第二相位相同。

6.第六相位流量比。YT6=Y6，以南北左轉(zhuǎn)流量比更小的為配時的依據(jù)。

交通流量比之和：Y=YT1＋YT2＋YT3＋YT4＋YT5＋YT6

（三）相位損失時間計算。

從相位圖可以看出，除第三相位到第四相位，通過路口交通流中斷，其余時間交通流總有一個方向是連續(xù)的，所以除第三相位到第四相位損失時間正常計算外，其余可折半考慮。

如：L=nl＋AR，為不連續(xù)相位加上車流連續(xù)相位的一半。如上面的六相位配置辦法：n=2＋（0.5＋0.5＋0.5＋0.5）/2=4

（四）計算周期長度。

（五）綠燈時間的計算及各相位綠燈時間。

有效綠燈時間：Ge=Co-L

用此方法，對西安門大橋晚高峰的配時進行重新計算，計算過程如下：

1.相位設(shè)置。北側(cè)路口禁左，所以無同時左轉(zhuǎn)彎信號，在計算時也可把北側(cè)左轉(zhuǎn)彎流量比為0。

2.各個路口直行和左轉(zhuǎn)流量比。

東側(cè) 西側(cè) 南側(cè) 北側(cè)直行 左轉(zhuǎn) 直行 左轉(zhuǎn) 直行 左轉(zhuǎn) 直行 左轉(zhuǎn)流量比 0.116 0.097 0.153 0.327 0.268 0.161 0.129 0

3.確定各相位流量比。第二相位可以按上面介紹的方法確定流量比，但考慮到第五相位，根據(jù)該路口為一條大橋?qū)嶋H情況，左轉(zhuǎn)彎車輛基本上不可能改走直行車道而到達目的地，所以第 五相位流量比為MAX［（Y南直-Y北直），（Y南左-Y北左）］

第一相位第二相位第三相位第四相位第五相位流量比 0.116 0.134 0.097 0.129 0.161

4.周期損失時間。黃燈時間為3秒，起步損失時間3秒，不設(shè)全紅時間。

5.信號周期。

6.各相位有效綠燈時間。

上述實例表明，利用借相位的配時方法，信號周期大大的縮短了，在實際配時過程中，考慮到該路口高峰期非機動車數(shù)量非常龐大、路口出口道偏少及東側(cè)和南側(cè)路口有正向坡度，起步損失時間相對較長，周期應(yīng)在20%左右范圍內(nèi)進行調(diào)整。

三、應(yīng)用不對稱配時法的注意事項

（一）路口選擇要合適。從理論上講，所有的路口相對方向流量比是不對稱的，但并非是所有的路口適用不對稱配時法，筆者認為只有相對車流清空時間相差6秒以上的路口才適用，對流量比基本對稱路口不建議采用此各配時法。

（二）相位先后順序設(shè)定要合理。由于不對稱配時法中存在某側(cè)路口直行和左轉(zhuǎn)彎車輛同時放行的相位，此時左轉(zhuǎn)彎的非機車和直行機動車存在沖突，所以對于直行非機車較多的路口，在一個周期內(nèi)相對方向同時直行相位早于相對方向左轉(zhuǎn)的相位，反之亦然。但是不管怎樣的相位順序，要讓流量比大的一側(cè)路口左轉(zhuǎn)，或直行車流其中之一車流保持連續(xù)，這樣才能夠起到增加流量比大的一側(cè)路口通行時間。以路口東西走向非機動車流量情況，相位先后順序按以下方法設(shè)置：

1.非機動車直行流量大于左轉(zhuǎn)彎流量：

2.非機動車左轉(zhuǎn)彎流量大于直行車流量：

（三）借相位（單向放行相位）流量比的確定要靈活。在新方案實行初期可考慮使用MAX［（Y3-Y1），（Y4-Y2）］確定流量比，實踐證明，只要通行條件允許，隨著時間推移，該相位的左轉(zhuǎn)和直行車輛會趨于均衡，最終可用YT借=［（Y直-Y對直）M直＋（Y左-Y對左）M左］/（M直+M左）法來確定流量比，從而進一步縮短信號周期。

（四）損失相位數(shù)要準確。在計算過程中，損失相位數(shù)確定方法，只要左轉(zhuǎn)或直行車流保持其中一個方向連續(xù)，損失時間以0.5個相位計算，但對一般的信號控制儀，相位變化過程中觀察不到黃燈，實際上中間還是有一個正常的黃燈時間存在，這對流量比大的方向車流，綠燈時間增加了一個黃燈時間，這對車流是有利的。

（責(zé)任編輯：田禾）

D631.5

A

1674-3040（2013）02-0093-04

2013-02-16

何烈云，浙江省衢州市公安局交警支隊柯城大隊民警；浙江警察學(xué)院治安系駐校教官。