關于美國交通信號控制的若干術語解析

楊 斐

美國在交通信號控制技術方面研究起步較早，目前已有較為完整而成熟的交通信號控制規范體系。其中，在交通信號控制技術方面，美國NEMA（National Electrical Manufacturers Association，美國電氣制造商協會）標準獨樹一幟，引入了與世界其他國家不同的理念。本文對美國交通信號控制中的若干術語概念進行解析，為我國交通信號控制的標準化發展提供研究支撐。

1 美國交通信號控制術語

1.1 雙環結構

NEMA標準的交通信號配時設計采取了一種獨特的“環-隔斷”式的相位結構，如圖1所示，Φ1～Φ4（Φ表示相位）和Φ5～Φ8分別組成了兩個環，即雙環結構。其相位的組合設計符合常見的標準十字交叉口交通流放行需求，即先主路相位綠燈，再次路相位路燈。由于主路和次路放行之間由阻隔分開，主路和次路不會出現相位同時綠燈。阻隔同一側的不同環之間的相位可以同時放行綠燈，而相同環內的相位只可以按相位順序依次放行綠燈。

圖1 “環-隔斷”相位結構

1.2 術語解析

美國的交通信號控制器包括兩種“引擎”，NEMA phasebased（NEMA相位型）和interval-based（時間間隔型），如圖2所示。基于“NEMA相位型”的控制器，每個相位都具備獨立配時參數，并且在環順序和并發規則限制下，各相位可獨立計時，相位時間以最小綠為基礎，經過若干個可變步長的時間積累，直到最大綠。基于“時間間隔型”的控制器，相位自身不設獨立配時參數，其運行受限于相位所屬的時間間隔特性，這與我國部分品牌信號機特性相似。下文術語以NEMA相位型概念相關。

圖2 美標兩種“相位”定義

1.3 Phase相位

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

國標定義：同時獲得通行權的一股或多股交通流所對應信號組的顯示狀態。

美標和國標對“相位”的定義基本是一致的，相位與交通流向是“一對一”或“一對多”的關系。但美標相位具有“時間段”的概念，而國標相位則未說明。

1.4 Ring環

美標定義：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.

國標沒有相應定義。

“環”屬美標獨有概念，如圖1所示。美標定義的“環”與“隔斷（Barrier）”機制，既體現了交通流中相位運行的相關性，同時又保證了相位運行的獨立性。

1.5 Channel（負載）通道

美標定義：A Channel is an output driver used to switch AC power to a signal display.

國標沒有相應定義，但相當于“外燈驅動的硬件通道”。相位與Channel是“一對一”或“一對多”的關系。

1.6 Signal Group/Display/Head燈組

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

國標定義：一個完整的車輛紅、黃、綠三單元燈或行人紅、綠二單元燈的組合[2]。

美標和國標對“燈組”定義基本相同，一般理解為“交通信號燈”這一物理交通設施。國標另提出的“信號組”概念，可解釋為多個信號燈組，美標無此術語。

1.7 Overlap搭接相位

美標定義：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.

國標沒有相應定義。

“搭接相位”是在NEMA標準下，對相位實施的邏輯組合，并由信號機負載通道完成控制輸出，常見于右轉控制、保護/允許控制、菱形立交控制等。雖然我國交通信號控制邏輯一般基于“時間間隔”概念，不存在此術語及概念，但是從控制結果看，可實現與“搭接相位”相同效果，只是“搭接相位”在實現復雜信號邏輯的控制需求時，更加直觀明了。

1.8 Conflicting Phases沖突相位

美標定義：Conflicting phases are two or more traffic phases which will cause interfering traffic movements if operated concurrently.

國標沒有相應定義。類似的國標術語為“綠沖突”，描述為“不應同時啟亮的綠燈信號同時啟亮”。

交叉口相位沖突即是交通流向沖突，但交通流向沖突未必是相位沖突。某些交通流向沖突在一定條件下是可接受的，采用“允許式”放行控制，不是相位沖突。不存在任何與之沖突的交通流則采用“保護式”放行控制。美國采用“圓盤式信號燈”作為“允許式”放行指示，采用“箭頭式信號燈”作為“保護式”放行指示。

相位沖突的發生可能是交通信號控制器的錯誤配置引起的，也可能是信號燈及線路問題造成的。為了保障交叉口交通信號安全，美標設計了獨立于控制器的第三方硬件設備（MMU）負責外燈監測和故障響應，體現出了美國“分權制衡”的理念。

1.9 Gap Out/Max Out/Force Off間隙結束/最大綠結束/強制結束

美標定義的三種結束機動車相位綠燈的原因，分別為機動車空隙過大結束機動車綠、機動車最大綠燈時間計時到結束機動車綠和強制結束機動車綠。

雖然國標未顯式地提出此三種概念，但是許多品牌信號機具備這三種結束機動車相位綠燈的方式。盡管如此，這與美標中結束相位的邏輯還是有較大區別的，尤其是“強制結束”，是美標的感應式協調控制中的重要概念。

1.10 Dual Entry雙入

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

國標沒有相應定義。

“雙入”是相位參數。在NEMA標準下跨越隔斷時，若某個相位有需求，其并發相位中的“雙入”相位則自動給出需求，除非“雙入”相位已存在實際需求。例如，在雙環配置中，“雙入”配置會確保并發的直行相位同時運行，否則可能會出現僅一個直行相位運行。

1.11 Flashing Don't Walk行人紅閃

美標定義：An indication warning pedestrians that the walk indication has ended and the don't walk indication is underway.

美標的行人紅閃時間段是行人清空過程的一部分，其時間是基于行人過街長度和步速計算出的，其長短決定了在行人綠結束時刻已進入過街通道的行人能否安全到達另一側。我國法律規定采用行人綠閃作為行人清空間隔指示。我國與美國標準的差異不僅是燈色指示，而是對于行人綠閃（行人清空）的理解，我國大多數城市的行人過街清空時間都無法滿足行人安全過街。

2 結語

由于篇幅所限本文未能較完整地列舉美標交通信號控制術語。僅從有限的術語解析，相較于我國交通信號控制術語，美國交通信號控制術語的標準性更強，定義也更為準確嚴謹。