浅谈有无信号控制Y形环形交叉口的通行能力

孙志敏 马晓虎

（兰州资源环境职业技术学院，甘肃 兰州 730021）

1 无信号控制Y形环形交叉口通行能力计算

假设Y形环形交叉口环道上的车道数是三条,每个入口道的车道也为三条,其中入口道三条车道的分别为一条右转车道,一条直行车道、一条左转车道。假设各交织段处车流的运行状况是均匀相同的。于是将Y形环形交叉口分为三分之一个Y形环形交叉口，再将三分之一Y形环形交叉口中所有车流渠化为3个流向的交通流，如图1所示。

图1

图2

在三个交通流中，一是将Y形环形交叉口两个环行车道的出环车流合并考虑为一个出环车流A；二是将Y形环形交叉口入口处两个车道中的入环车流合并考虑为一个人环车流 B；三是将Y形环形交叉口入口处两个车道中的右转车流合并考虑为一个右转车流C。

Y形环形交叉口的最终目的是各种车辆顺利通行从而达到减少出环时间，则以各方向出口交通量之和Y1+Y2+Y3来描述环形交叉口的通行能力，参见图2所示 。采用线性最优化方法可以得到如下优化方程计算了整个环形交叉口的通能力。

上式中：xij表示为从第i个入口,第j个出口出的车流量；Cw表示为交织段通行能力，一般取1700puc/h；Wi表示为第i个入口与第i+1个入口之间交织段的交通量；在这里 i≠j。

对（1）式利用单纯形法求解

求解如下

Bi X12 X13 X21 X23 X31 X32 X1 X2 X3 b(Bi)(1) 1 0 0 1 1 1 0 00 1 1 1 0 0 0 1 00 0 1 0 1 1 0 0 1 X12 S(B0)-1 -1 -1 -1 -1 -1 0 0 0 0(1) 1 0 0 1 1 1 0 00 1 1 1 0 0 0 1 00 0 1 0 1 1 0 0 1 CwCwCw表1表2 S(B0)0 0 -1 -1 -1 0 1 0 0 Cw CwCwCw表3 X12 X23(1) 1 0 0 1 1 1 0 00 1 1 1 0 0 0 1 00 0 1 0 1 1 0 0 1 X12 X23 X31 S(B0)0 1 0 0 -1 0 1 1 0 2Cw(1) 1 0 0 1 1 1 0 00 1 1 1 0 0 0 1 00 0 1 0 1 1 0 0 1表4 CwCwCw S(B0)0 1 1 0 0 1 1 1 1 3Cw CwCwCw

但这个解是一种理想状态，就是三个出口都只有右转的车流，没有左转的车流。而要考虑到一个路口既有左又有右转的车流，可得环形交叉口的通行能力表达式如下式。

当直行车流pT=50%、右转比例pR=30%、左转比例pL=20%时，则C=2684puc/h。

2 有信号控制Y形环形交叉口的通行能力计算

2.1 一条直行车道的设计通行能力

CT的大小与信号相位、周期、红绿灯时间等参数相关。设一两相位信号控制,信号周期为 T,红、绿、黄灯时间分别为 tr、tg、ty,则一条直行车道的通行能力为

式中:t0为绿灯亮后,第一辆车起动并通过停车线的时间,可据实际车流确定;ht为直行车连续通过停车线的最小车头时距;T为信号灯周期；φT为修正系数,根据车辆通行的不均匀性及非机动车、行人等对汽车的干扰程度确定，当环形交叉口的自行车、行人从空间上与机动车分离时,可近似取1.0[2]。

2.2 无道路标志车道的通行能力

无道路标志车道也就是混合行驶车道，它分为以下三种情况：一是直行、左转、右转车辆混合行驶；二是直行车、左转车混和行驶；三是直行车与右转车混合行驶。但由于此直行车与右转车流只在通过停车线后进行分道行驶，于是可按一条直行车道的通行能力计算。

2.3 左转专用车道的通行能力

在有信号控制Y形环形交叉口，当左转车流量小于左转最大车流量值时，左转车基本上不会影响对向直行车道的通行能力。只有当左转车超过左转最大车流量时，多通过一辆左转车，每条对向直行车道就少通过一辆直行车，于是应考虑增设左转专用车道，而且对向直行车道的通行能力应该作相应的减少，其减少公式为：

上式中：n表示为直行车道数；CL表示为每小时左转车辆总数；NLmax左转最大车流量。

2.4 右转专用车道的通行能力

在有信号控制Y形环形交叉口，当右行车与直行车使用同一车道时，该车道最多只能通过右转最大流量辆车，当右转交通量大于右转最大流量时，则需建设右转专用车道。右转专用车道的通行能力可按直行车道计算，只是右转流的车头时距比直行车头时距偏大。

2.5 Y形环形交叉口的通行能力

图3

Y形环形交叉口的通行能力等于组成交叉口的各个道路入口的通行能力之和。当Y形环形交叉口某方向的车道在三条以上，左转、直行、右转分道行驶，若已知左转车、直行车、右转车的车辆数所占的比例，可依据不同车道的行驶情况，利用公式（3）计算出直行车的通过量，然后再按以下公式计算出入口道的通行能力Ci。

以入口通行能力Ci为基础，再利用左、右转车车辆数所占比例，从而计算出左转车流量 CL＝Ci×pL和右转车流量 CR=Ci×pR， 式中 pL、pR的意义与（2）相同。

假设Y形环形交叉口环道上的车道为三条,每个入口的车道都有三条,入口道各车道的分工为一条右转车道、一条直行车道、一条左转车道，如图3为1号进口。

设 Y 形环形交叉口信号灯周期的常用时长为 T＝90s，tg＝50s，t0＝2.3s，φT＝0.95，pR＝30%，PL＝20%，ht[3]按下表确定。

将上述条件代入公式（3）后得:

当直行车与右转车混合在一条车道行驶就相当于一条直行车道的通行能力

假设Y形环形交叉口各环道中车流的运行状况是完全相同的

通过上面计算可知,当城市道路各路口进入Y形环形交叉口的流量达到或超过常规Y形环形交叉口的通行能力时,可通过设置信号灯控制来提高环形交叉口的通行能力。并且当Y形环形交叉口环道半径控制,更能体现这种采用信号灯控制来改善Y形环形交叉口通行能力的效果。

[1]工程数学教材编写组.工程数学[M].高等教育出版社，2007,3（重印）.

[2]弓副，李洋.信号控制环交叉口的通行能力的计算[J].黑龙江科技,2004,10：58－59.

[3]任福田，刘小明，荣建.交通工程学[M].人民交通出版社，2003，7.

[4]杨锦冬，杨晓光，彭国雄.环形交叉口交通控制模式研究[J].公路交通科技，2000，17（3）：47－51.

[5]刘智勇.智能交通控制理论及应用[M].科学出版社，2003，8.