組合相位在K字形交叉口中的應用及仿真

摘要：本論文針對K字形交叉口的流量不均衡的情況，提出利用組合相位進行信號相位配時，并通過vissim仿真對組合相位和傳統四相位配時的評價指標進行對比，得出組合相位應用于K字形交叉口能更有效利用相位時間的結論，為K字形交叉口的信號優化提供了理論依據。

Abstract： This paper proposes to use the combined phase to signal phase timing of the K-shaped intersection， which is used to solve the problem that the flow is unbalanced，then compares the evaluation indexes of the combined phase and the traditional four-phase timing by vissim simulation，it is concluded that the combined phase is applied to the K-shaped intersection to make more efficient use of the phase time，which provides a theoretical basis for the signal optimization of the K-shaped intersection.

關鍵詞： K字形交叉口;組合相位;vissim仿真

Key words： K-shaped intersection;combined phase;vissim simulation

中圖分類號：U491.51? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）31-0194-03

0? 引言

K字形交叉口指的是兩條次要道路或同等級道路以較小的夾角交匯在主要道路的同側而形成的交叉區域，兩進口道之間的相交角度存在較大或較小的情況，相交角度較小的兩進口道之間往往存在面積較大的沖突帶[1]。K字形交叉口不僅路口面積較大，較難進行空間渠化，一般情況交通流量也不均勻，信號配時也是K字形交叉口渠化過程中的一大難點，本項目基于K字形交叉口已完成空間渠化的前提下引入組合相位，對K字形交叉口進行相位配時，并與傳統四相位配時利用vissim仿真對比。

1? 組合相位

組合相位，是指相位的“前啟”或“早斷”，也就是在某相位結束前提前啟動下一個相位中的一股或多股車流（或者說在某相位開始前提前結束其前期相位的一股或多股車流），也就是在原來的相位設計中增加了一個特別的小相位，作為原來相鄰相位的一個過渡階段[2]。組合相位將通行相位在時間上做了最有效的分配，根據交叉口流量的特點，充分利用時間資源，特別是對普通相位中存在不均衡（流量比相差大）的流量是最為行之有效的解決方法。利用組合相位可以將傳統的四相位在不增加沖突點的情況下調整為三相位，縮短周期時長和損失時間，針對不同的流量不均衡情況，可以采取不同的組合方案。

針對南北向左轉流量不均衡的情況，如北進口的左轉流量比南進口的左轉流量大很多，如果用傳統的四相位放行將造成南北向左轉放行時間較長，南進口的左轉流量不足，造成時間和空間上的浪費，可以采用以下組合相位方案，即在組合相位中的第一大相位中放行南北向的左轉和直行車流，具體放行過程分為三個小相位，第一小相位先放行南北向左轉，待南進口左轉流量放行完后提前中斷南進口的左轉的綠燈時間，同時啟動北進口直行放行的綠燈，待北進口的左轉放行完后再中斷其綠燈時間，同時啟動南進口直行方向的綠燈，即形成如圖1所示的組合信號方案。

2? 組合相位的配時方法

采用相位的配時計算要復雜得多其計算方法與傳統相位的計算模型相比，主要存在兩方面的不同。第一，信號周期總流量比Y以及相位綠信比ui的分配計算不同;第二，信號周期總損失時間L的計算方法不同，下面分別論述[3]。

2.1 周期總流量比Y的計算及相位綠信比ui的分配

首先對各組合相位分配綠燈時間，然后在有分相位的組合相位內部分配綠燈時間。這里對于有分相位的組合相位，必須提出一個“流向組”的概念。如圖1，在第一組合相位中，左轉流向和與其有沖突的對向直行流向 （如北向東左轉和南向北直行，以及南向西左轉和北向南直行）形成一對“流向組”，它們實際上共用了該組合相位的綠燈時間，其中流量比之和比較大的一對“流向組”為關鍵“流向組”，決定了該組合相位的綠燈配時。以圖1為例，配時計算過程如下：

①周期總流量比Y

式中y為各進口道的流量比，y=q/s。

②無分相位的組合相位（如相位二、三）的綠燈配時為

③有分相位的組合相位（如相位一）按各流向在關鍵“流向組”流量比之和中的分配至來確定綠燈配時。

1）當即北向東左轉（流向NE）和南向北直行（流向S）為關鍵“流向組”，則北向東左轉的y值取yNE，南向北直行的y值取yS;而南向西左轉（流向SW）和北向南直行（流向N）的“分配流量比”y′按下式計算：（4）

這樣在組合相位一中，各流向的綠信比ui就可以按照下式計算：（6）

式中i為組合相位中的各個流向。

2）反之，當時，計算方法與1）類同，不再贅述。

2.2 周期信號總損失時間L的確定

如前所述，信號相位采用組合相位后，組合相位中的內部相位之間存在跨越相位階段的交通流向，但是在內部相位切換過程中，交叉口的通行時間并未損失。因此采用組合相位后，損失時間的相位只有3個組合相位，所以周期信號總損失時間L下降為：

3? 在K字形交叉口中的應用

由于K字形交叉口相對于普通十字交叉口其車流復雜，沖突點較多，因此除了在空間渠化上應明確各個方向的車流軌跡，還應通過信號控制從時間上消除沖突點，但是大部分K字形路口的流量都不均衡，如果用傳統的四相位進行配時，周期較長，而且肯定存在部分相位的綠燈時間使用率低，因此在K字形交叉口中也可以引入組合相位進行優化配時，最大限度地增加交叉口的通行能力，提高交叉口的安全性。下面本相位以廣安金安大道-五福西路交叉口為例對組合相位在K字形交叉口中的應用進行說明。

3.1 金安大道-五福西路交叉口流量統計

經過項目組的調研，該交叉口的晚高峰的流量情況如表1。

3.2 相位控制方案設計

根據表1該交叉口晚高峰小時的流量情況可以看出，從整個路口各方向來看，金安大道方向、金安大道上段及五福西路的流量較大，西溪路方向的流量偏少。金安大道方向的直行車流和左轉車流至西溪路方向的車流較大，左轉至五福西路的車流非常少，該方向不同車道的流量不均衡性很明顯，如果按照一般十字路口來看，與金安大道方向相對應的五福西路的流量與金安大道方向的流量相差較遠，因此本論文考慮通過組合相位的方式對該交叉口進行相位設計及配時如表2。

4? vissim仿真評價

因為K字形路口的車流軌跡復雜，因此采用四個進口道分別放行的四相位進行信號配時，配時結果如表3。

論文分別對四相位放行和組合相位的配時利用vissim進行仿真，仿真過程如圖2、圖3，仿真評價結果如表4。

通過表4可知，通過組合相位配時的仿真結果中，各評價指標均優于傳統四相位配時，組合相位配時方案更能有效利用相位時間，組合相位應用于K字形交叉口中是可行的。

5? 結論

論文首先對組合相位的優勢及配時方法進行介紹，通過實際案例對K字形交叉口利用組合相位和四相位分別配時，再利用vissim仿真軟件對兩種配時方案進行仿真模擬，通過對兩種方案的仿真結果對比，得出組合相位應用K字形交叉口中可行的結論。

參考文獻：

[1]方曉麗.K字形平面交叉口渠化方法研究 [J].交通節能與環保，2018（6）.

[2]溫保培，鄒志云，汪峰.組合相位在畸形交叉口信號配時中的應用 [J].道路交通于安全，2006（8）.

[3]衛東.信號相位的“遲啟早段”措施在交叉口交通分析中的運用 [J].城市道橋與防洪，2011（10）.

[4]秦煥美，關宏志，等.基于仿真的畸形交叉口交通組織優化研究 [J].交通信息與安全，2010（4）.

[5]姬利娜，張金偉，亢鳳林. 城市道路畸形交叉口的交通改善方法[J]. 重慶交通大學學報（自然科學版），2012（6）.

[6]張紅斌.城市道路交叉口組合相位信號控制研究與仿真實現[J].北京交通大學，2008（6）.

[7]任福田，劉小明，榮建.交通工程學[M].人民交通出版社，2005（4）.