現狀平面十字交叉口信號配時的改進

張忠橋

（無錫市政設計研究院有限公司，江蘇 無錫 214072）

1 概述

平面十字交叉口往往是道路通行的瓶頸以及交通事故的高發路段。其誘因大致可分為以下幾個方面：（1）交叉口道路線形和結構不合理；（2）交通設施設置不合理；（3）信號周期及信號配時不合理；（4）交通參與者未按照交通法規通行；（5）其他原因。

對于一個十字交叉口，在誘因（1）、（2）、（4）、（5）都已經得到解決或者改善的情況下，依然出現擁堵以及交通事故，那么就要考慮是否是誘因（3）出現了問題。

本文對誘因（3）進行了專項研究。

2 十字交叉口

2.1 交通參與者的代號

為了直觀有效地反映十字交叉口的通行情況，有必要對十字交叉口各個相位繪圖表達。圖中的代號解釋如下：

東進口、西進口、北進口、南進口，分別用字母E、W、N、S代表；機動車、非機動車、行人，分別用字母J、F、R代表；左轉、直行、右轉，分別用字母Z、Q、Y代表。

例如，東進口機動車道3個方向的交通需求，即左轉、直行、右轉，分別代號為E-J-Z（東-機-左轉）、E-J-Q（東-機-直行）、E-J-Y（東-機-右轉）；東進口非機動車道3個方向的交通需求，即左轉、直行、右轉，分別代號為E-F-Z（東-非機-左轉）、E-F-Q（東-非機-直行）、E-F-Y（東-非機-右轉）；東進口行人3個方向的交通需求，即左轉、直行、右轉，分別代號為E-R-Z（東-人-左轉）、E-R-Q（東-人-直行）、E-R-Y（東-人-右轉）。其他幾個進口的代號依此類推。

需要注明的是：當行人通過與直行的人行橫道相垂直的人行橫道時，在本文中用“行人左轉”來指代。

2.2 交叉口通行情況

十字燈控交叉口，同一個信號周期（T）內由T1、T2、T3、T4共4個相位組成，見圖1～圖4。

圖1 信號周期T1

在T1時段內（見圖1），南進口以及北進口左轉的機動車、非機動車有序通過交叉口；東進口以及西進口右轉的機動車、非機動車也有序通過交叉口。此時通過交叉口的交通參與者有：E-J-Y（東-機-右轉）,E-F-Y（東-非機-右轉）,E-R-Y（東-人-右轉）；N-J-Z（北-機-左轉）,N-F-Z（北-非機-左轉）,N-R-Y（北-人-右轉）；W-J-Y（西-機-右轉）,W-F-Y（西-非機-右轉）,W-R-Y（西-人-右轉）；S-J-Z（南-機-左轉）,S-F-Z（南-非機-左轉）,S-R-Y（南-人-右轉）。

在T2時段內（見圖2），南進口以及北進口直行的機動車、非機動車有序通過交叉口；需要通過東西向道路的行人也有序通過交叉口。此時通過交叉口的交通參與者有：E-R-Y（東-人-右轉）,E-R-Z（東-人-左轉）；N-J-Q（北-機-直行）,N-F-Q（北-非機-直行）,N-R-Y（北-人-右轉）,N-R-Q（北-人-直行）；W-R-Y（西-人-右轉），W-R-Z（西-人-左轉）；S-J-Q（南-機-直行），S-F-Q（南-非機-直行），S-R-Y（南-人-右轉），S-R-Q（南-人-直行）。

圖2 信號周期T2

在T3時段內（圖3），南進口以及北進口右轉的機動車、非機動車有序通過交叉口；東進口以及西進口左轉的機動車、非機動車也有序通過交叉口。此時通過交叉口的交通參與者有：E-J-Z（東-機-左轉），E-F-Z（東-非機-左轉），E-R-Y（東-人-右轉）；N-J-Y（北-機-右轉），N-F-Y（北-非機-右轉），N-R-Y（北-人-右轉）；W-J-Z（西-機-左轉），W-F-Z（西-非機-左轉），W-R-Y（西-人-右轉）；S-J-Y（南-機-右轉），S-F-Y（南-非機-右轉），S-R-Y（南-人-右轉）。

圖3 信號周期T3

在T4時段內（圖4），南進口以及北進口直行的機動車、非機動車有序通過交叉口；需要通過南北向道路的行人也有序通過交叉口。此時通過交叉口的交通參與者有：E-J-Q（東-機-直行）,E-F-Q（東-非機-直行）,E-R-Y（東-人-右轉），E-R-Q（東-人-直行）；N-R-Y（北-人-右轉），N-R-Z（北-人-左轉）；W-J-Q（西-機-直行），W-F-Q（西-非機-直行），W-R-Y（西-人-右轉），W-R-Q（西-人-直行）；S-R-Y（南-人-右轉），S-R-Z（南-人-左轉）。

圖4 信號周期T4

分析十字交叉口同一信號周期不同相位交通參與者的通行情況，可以得出以下結論：

（1）對于平面十字交叉口，通過對交通參與者的協調和分配，可以消除交叉口內所有的交織點。一旦十字交叉口范圍內消除了所有的交織點，可以極大地避免因交織點造成的擁堵和交通事故。在某些城市，當行人通行時允許車輛右轉，此時右轉的機動車與直行的行人及非機動車形成了交織點，易造成擁堵，也易釀成交通事故。這樣的做法不符合國家規范[1]中相關規定。

（2）對于平面十字交叉口，在消除所有交織點的前提下，一個信號周期（T）內設置T1、T2、T3、T44個相位，就可以滿足所有交通參與者的通行需求。從而為十字交叉口設定最小信號周期，以期獲得最優信號配時奠定了基礎。

2.3 信號配時研究

2.3.1 交通參與者的情況

在研究信號配時之前，有必要對交通參與者進行適當的分析。交通參與者主要由行人、非機動車、機動車組成，從發生交通事故的傷害程度可以認定，行人在交通事故中處于最弱的一方，機動車屬于最強的一方。從以人為本和交通安全的角度考慮，在信號配時設定過程中，優先的順序依次為行人、非機動車、機動車。

行人的步行速度一般在5 km/h左右，老人和小孩的步行速度小于5 km/h。非機動車速度一般在15 km/h，在交叉口范圍考慮速度的折減，一般為5～15 km/h。考慮速度的折減，機動車在交叉口范圍的速度一般為15～30 km/h。

交通參與者的速度見表1。

表1 交通參與者的速度

2.3.2 最小信號周期

信號周期T是由T1、T2、T3、T4構成的，當求得T1、T2、T3、T4的最小值時，即可獲得信號周期T的最小值。

（1）在信號周期T1段內，從圖1可知，南進口非機動車左轉（S-F-Z）、北進口非機動車左轉（N-F-Z）行駛軌跡最長、速度最慢。假定此時的非機動車軌跡長度為L1，那么T1的最小值為L1/V非，其中的V非為非機動車速度。

（2）在信號周期T2段內，從圖2可知，南北方向的行人通過道路的用時最多。假定此時的行人步行軌跡長度為L2，那么T2的最小值為L2/V人，其中的V人為行人步行速度。

（3）在信號周期T3段內，從圖3可知，東西向非機動車的行駛軌跡最長、速度最慢。假定此時的非機動車軌跡長度為L3，那么T3的最小值為L3/V非，其中的V非為非機動車速度。

（4）在信號周期T4段內，從圖4可知，東西方向的行人通過道路的用時最多。假定此時的行人步行軌跡長度為L4，那么T4的最小值為L4/V人，其中的V人為行人步行速度。

（5）十字交叉口一個信號周期的最小值：Tmin=T1min+T2min+T3min+T4min。

一旦信號周期小于最小信號周期，易造成行人和車輛滯留在交叉口范圍內，導致交通擁堵，甚至造成交通事故。在某些城市，出現了信號周期小于最小信號周期的情況，造成行人無法正常通過交叉口，這是違反國家規范[1]中相關規定的。

2.3.3 最優信號配時

對于一個平面十字交叉口，信號周期若采用最優配時，必將有利于交通參與者安全、迅捷地通過。最優配時的擬定，需要考慮的因素有：（1）最小信號周期；（2）不同時段交通參與者的數量；（3）與鄰近交叉口的聯動；（4）其他因素。

每個十字交叉口的通行條件以及交通參與者的數量會有很大不同，最優配時是不易確定的。對于一個具體的十字交叉口，經過實地調查研究，可以計算出接近最優配時的信號周期，把這個接近最優配時的信號配時暫定名為較優配時。計算較優配時的方法如下：

（1）計算最小信號周期。

（2）實地調查交通參與者的數量。需要調查3組數據：第1組數據為高峰時段（早晚高峰）的交通量；第2組數據為白天（不含高峰時段）的交通量；第3組數據為夜里（不含高峰時段）的交通量。

（3）依據調查的數據，在最小信號周期的基礎上進行修正。高峰時段的交通量較大，各個相位的配時根據需要延長；白天的交通量比高峰時段少，可以采用最小信號周期，或在最小信號周期的基礎上適當延長各個相位的配時；夜里的交通量一般較小，可以采用最小信號周期。

(4）高峰時段、白天、夜里，采用不同的信號配時，并在實踐中不斷改進。

(5）交通信號周期不宜大于180 s[1]。

經過以上步驟，可計算出高峰時段、白天和夜里的較優配時。在實踐中不斷修正，可以獲得交叉口的最優信號配時。

3 結 語

道路平面十字交叉口易產生擁堵甚至交通事故，其誘因有交叉口道路線形和結構不合理、交通設施設置不合理、信號周期及信號配時不合理、交通參與者未按照交通法規通行和其他原因。本文重點介紹了平面十字交叉口信號周期內的通行情況，從以人為本的角度探討了最小信號周期以及最優信號配時的求解方法。