单重信号控制环形交叉口通行能力计算方法的探讨

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[摘 要]随着交通工程理论和技术的发展以及日益严峻的交通形势，本文通过与传统的平面十字信号控制交叉口的对比针对环形交叉口改信控环交路口的通行能力计算进行探讨和分析，并着重探讨单重信号控制环形交叉口通行能力计算方法。

[关键词]信号控制；环形；交叉口；通行能力；计算方法

近年来，信号控制开始越来越多的出现在环形交叉口中，由于信控环形交叉口的交通组织方式和冲突点的不同，传统的平面十字信号控制交叉口的通行能力的计算方法已经不能再应用于信号控制下的环形交叉口通行能力的计算。首先我们对比分析一下二者的冲突特性。

一、信控环形交叉口的冲突特性分析

下面我们分析一下环形交叉口内各个流向车流的冲突点，以常规典型的环形交叉口为例。假设环形交叉口内的绕行车道有两条，并设有专用空间供右转车辆转弯，各入环和出环车道均为单向三车道，规定直行车辆入环后在外侧的绕环车道行驶，左转的车辆在内侧的绕环车道行驶。在实际的交通流运行中无信控环形交叉口的冲突共有四类，分别为直行与直行发生冲突，直行与入环左转发生冲突，直行与出环左转发生冲突，出环左转与入环左转发生冲突，每类冲突共有四个冲突点，共有十六个冲突点。

所谓的单重信号控制就是平常所说的为两相位信号控制，相位A ：控制南北进口左转与南北进口直行；相位B：控制东西进口左转和东西进口直行；各进口道右转车辆不受信号控制。这种情况下冲突有两类，即出口左转与直行冲突，出口左转与入口左转冲突，每个相位共有 四个冲突点。而两相位的十字平面交叉口共有两个冲突点。

从以上的比较来看，进入信号控制环形交叉口的车流冲突有以下几方面的不同：①进入环形交叉口的直行和左转车流在交叉口内行驶的路线较长；②环形交叉口在象限内如果不对左转车流做单独控制的话就会增加交叉口内的冲突点；③开始放行后，平面十字交叉口内的直行车流与左转车流几乎同时到达冲突点，而环形交叉口内的直行车流与左转车流到达冲突点的时间间隔就比较长；④车流的优先通行权不同，十字交叉口内的对向左转车辆与直行车辆发生冲突，直行车辆先行，而环形交叉口内入环车辆与出环车辆发生冲突，出环车辆具有优先通行权。由于以上几个方面的不同特性，所以信号控制的环形交叉口的通行能力的计算方法与信号控制十字交叉口的通行能力的计算方法有本质的不同，故不能直接照搬。

二、通行能力计算方法

在对单重信号控制的环形交叉口通行能力的计算中采用停车线法进行分析，也就是说，我们认定凡是进入环形交叉口绕行车道内的车辆就视为已经通过交叉口，这也符合环形交叉口的让行规则，所以单位时间内通过绕环车道的最大车辆数就是这个环形交叉口通行能力。设交叉口某进口方向的左转、直行、右转车道的通行能力分别为NL、NS、NR； 东南西北四个进口道的左转车辆到达率分别为qKl（k=1，2，3，4），和为qL；南北象限的有效绿灯时长为GAe，东西象限的有效绿灯时长为GBe，信号周期损失时间为L，周期为C0=L+GBe+GAe。 根据前文对冲突点的分析可知，单重信号控制的环形交叉口车辆入环的时间由没有对向左转车辆影响的无冲突时间和与对向左转车辆发生冲突的时间组成。下面以北进口道的左转车流对南进口道的直行车流和左转车流产生的影响为例，北进口左转车流第一辆车到达冲突点 PnL2和C1，SL2的时间比南进口直行车流和左转车流到达C1 ，SL2和 PnL2的时间要长，因此南进口道直行车流和左转车流进入绕环车道的时间分为两段，一个是没有受到冲突影响的时间t1，另外一个是与北进口道左转车辆发生冲突受影响的时间t2。由于进行计算前假定交叉口是对称的，所以南、北进口左转停车线到冲突点的距离是相等的，设为dAL。可得：

式中：υ0——交叉口内无交织情况时车辆的行驶速度；t0——通过交叉口的饱和车流的车头时距；nAL——tA1时间内通过冲突点的南进口左转车辆数。

交叉口的南进口道在tA2时间内通过冲突点的左转车辆数就是在北进口道左转车流冲突干扰下的穿越车流的车辆数。由相关研究的结论可知，允许左转车穿越车流的穿插间隙时间约等于被穿插车队中车头时距的两倍，在一个周期内，最多允许穿插通过的左转车辆数=（被穿插车流所在车道的通行能力-到达的车辆数）/2。由以上分析可得：

式中：nA2——一个周期内南进口穿插通过冲突点的左转车辆数；

n*A2——tA2时间内到达的车辆数。

一个周期内，南进口道穿越冲突车流的最大左转车辆数为：

所以，一个周期内四个进口道穿越冲突车流的最大左转车辆数为：

由此可推导出：

以下开始分析对南北进口道直行车道的通行能力，由于南进口道的直行车辆和对向的左转车辆的冲突点与北进口道的左转车辆和对向的左转车辆的冲突点相距较近，可以将两个冲突点视为一个，因此左转车辆数近似等于无冲突时间内通过的直行车辆数。在出现冲突的时间区间内，能进入环形车道的最大车辆数只能为N2，所以，在用冲突影响的时间内能进入环形车道的所有直行和左转车辆数为N2。所以：

式中：i——南、北两个方向进口道的直行和左转车道总数；j——东、西两个方向进口道的直行和左转车道总数。

所以，这个交叉口的通行能力为N1+N2，即：

三、结语

本文对信号控制的环形交叉通流的冲突特性进行了分析和探讨，并推导了单重信号控制下的环形交叉口的通行能力的计算方法，希望本文能对实际工程起到些许作用。

参考文献：

[1]陈宽民，严宝杰.道路通行能力分析[M].

北京：人民交通出版社，2003：158-185.