基于NEMA相位方案的平面交叉口相位優化研究

李鴻糧 劉圳嵐 王霞 李永祥 田恬 邵麗穎

摘? 要：由于交通流的潮汐特性，平面交叉口的交通流會產生分布不均的現象，目前國內大多數的交叉口相位控制方案是基于交通流對稱這一條件進行設計的，這就導致了交叉口的相位控制方案和交叉口的交通流實際狀況的不匹配，造成相位的綠燈利用率降低。該文依據美國電氣制造商協會制定的TS-2標準中的規定，簡化了標準中的對行人相位的規定，對交通流不對稱的平面交叉口進行優化，并重點以人民大街與繁榮路交叉口為例進行優化設計。

關鍵詞：優化設計? 平面交叉口? 相位? TS-2標準

中圖分類號：U491.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1672-3791（2019）04（a）-0253-03

在傳統的平面交叉口相位設計方案中，大多基于單環結構，單環相位結構要求一股或多股交通流同時獲得通行權，但這種結構如果存在某一相位的交通流不對稱，就會降低交叉口的通行效率。美國電氣制造商協會（National? Electrical? Manufacturers? Association，NEMA）制定的TS-2標準中的對相位的規定有效的解決了這種交通流不對稱的情況，以下簡稱NEMA相位方案，NEMA相位方案主要采用雙環結構，每一個方向就代表一個相位，相位較為靈活。該文以長春市人民大街與繁榮路交叉口（簡稱民榮交叉口）為例，用NEMA相位方案進行優化，并提出適合交通流不對稱的改進措施。

1? 非對稱交通流交叉口問題分析

非對稱交通流是指在同一相位相對流向交通量差值較大，并滿足既定條件的交通流。以十字交叉口南北方向左轉交通為例，假設北進口進口左轉交通量為qN，南進口左轉交通量為qS，且qN>qS，交通量相對差值a和飽和度b可表示為：

若0.5

以人民大街與繁榮路交叉口為例，通過前期調查，得到人民大街與繁榮路交叉口在一個小時的交通量，如表1所示。

該文利用美國HCM法計算飽和流量S，由表1得到左轉車道1550pcu/h，經過校正計算得，求得S=1246，將得到的S值帶入式（1）、（2），得到交通量相對差值和飽和度分別為a=0.62，b=0.21，滿足非對稱交通流的條件。

2? NEMA相位方案

相位方案分析如下。

如圖1所示，一個傳統的四相位交叉口改造后的NEMA相位交叉口，該結構中存在兩個環結構，其中Φ1、Φ2、Φ3、Φ4和Φ5、Φ6、Φ7、Φ8分別構成一個環，兩個環中的每個相位分別按順序循環切換。從中可以看到縱向的有兩個屏障（barriers），當兩個環的相位到達屏障（barriers）時，必須同時切換到下一個相位。NEMA相位方案中，任意調整位于同環的兩個相位的時長和順序，完全不會對交叉口中其他相位的正常運行產生任何不良影響。例如交換相位Φ1、Φ2的順序或改變相位Φ7、Φ8的時長，也不會產生任何沖突相位。

3? 相位方案應用

根據NEMA相位方案相序設置可分為左轉提前（Leading）、左轉滯后（Lag ging）和提前-滯后（Lead-Lag）3種方案（見圖2、圖3），其中提前-滯后情況又可分為提前-滯后1 （Lead-Lag）和提前-滯后2（Lag-Lead）兩種（見圖4、圖5）。

通過上述的NEMA相位調整可以發現，與傳統相位相比，NEMA相位可以跟據交叉口的交通流狀況，對交叉口相位的時長進行靈活的調整，從而減小了非對稱交通流帶來的交通延誤。

在人民大街與繁榮路交叉口的應用如下。

該文在對民榮交叉口的基本渠化條件不做改變的條件下對民榮交叉口的相位進行優化，由于人民大街與繁榮路交叉口為一個三相位交叉口，而且人民大街與繁榮路交叉口存在東西方向的禁止左轉的情況，在進行相位優化不考慮東西左轉相位。

按照主路優先的原則，考慮左轉提前（Leading）、左轉滯后（Lagging）和提前-滯后（Lead-Lag）3種方案的選擇，經過前期調查人民大街與繁榮路交叉口南進口左轉車交通量較少，故縮短南進口左轉相位的綠燈時長形成如圖6的相位方案。

4? 結語

該文以城市交叉口的不對稱交通流為研究對象，以交叉口的交通量、信號配時為分析目標，將美國NEMA相位方案應用到交叉口的信號配時當中去，得到改善后的交叉口相位方案，較原有解決方案，交叉口的相位配時更為靈活，緩解了交叉口的交通流不對稱現象。該文提出的優化方案并未涉及行人相位、非機動車相位，下一步的研究將加入行人相位進行研究，目前我國GB25280-2010標準的信號機與美國NEMA TS-2的交通信號控制器有著很大的差距，如果應用到交叉口還要對信號機進行改造。

參考文獻

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①基金項目：國家級大學生創新創業訓練計劃項目（項目名稱：城市交叉口信號配時優化與安全改善，項目編號：20181

0205007）。

作者簡介：李鴻糧（1997，1—），男，漢族，河北秦皇島人，本科，研究方向：交通管理與控制。

通訊作者：邵麗穎（1979—），女，吉林長春人，碩士，講師，研究方向：交通控制與交通安全，E-mail：493757026@qq.com。