现状平面十字交叉口信号配时的改进

张忠桥

（无锡市政设计研究院有限公司，江苏 无锡 214072）

1 概述

平面十字交叉口往往是道路通行的瓶颈以及交通事故的高发路段。其诱因大致可分为以下几个方面：（1）交叉口道路线形和结构不合理；（2）交通设施设置不合理；（3）信号周期及信号配时不合理；（4）交通参与者未按照交通法规通行；（5）其他原因。

对于一个十字交叉口，在诱因（1）、（2）、（4）、（5）都已经得到解决或者改善的情况下，依然出现拥堵以及交通事故，那么就要考虑是否是诱因（3）出现了问题。

本文对诱因（3）进行了专项研究。

2 十字交叉口

2.1 交通参与者的代号

为了直观有效地反映十字交叉口的通行情况，有必要对十字交叉口各个相位绘图表达。图中的代号解释如下：

东进口、西进口、北进口、南进口，分别用字母E、W、N、S代表；机动车、非机动车、行人，分别用字母J、F、R代表；左转、直行、右转，分别用字母Z、Q、Y代表。

例如，东进口机动车道3个方向的交通需求，即左转、直行、右转，分别代号为E-J-Z（东-机-左转）、E-J-Q（东-机-直行）、E-J-Y（东-机-右转）；东进口非机动车道3个方向的交通需求，即左转、直行、右转，分别代号为E-F-Z（东-非机-左转）、E-F-Q（东-非机-直行）、E-F-Y（东-非机-右转）；东进口行人3个方向的交通需求，即左转、直行、右转，分别代号为E-R-Z（东-人-左转）、E-R-Q（东-人-直行）、E-R-Y（东-人-右转）。其他几个进口的代号依此类推。

需要注明的是：当行人通过与直行的人行横道相垂直的人行横道时，在本文中用“行人左转”来指代。

2.2 交叉口通行情况

十字灯控交叉口，同一个信号周期（T）内由T1、T2、T3、T4共4个相位组成，见图1～图4。

图1 信号周期T1

在T1时段内（见图1），南进口以及北进口左转的机动车、非机动车有序通过交叉口；东进口以及西进口右转的机动车、非机动车也有序通过交叉口。此时通过交叉口的交通参与者有：E-J-Y（东-机-右转）,E-F-Y（东-非机-右转）,E-R-Y（东-人-右转）；N-J-Z（北-机-左转）,N-F-Z（北-非机-左转）,N-R-Y（北-人-右转）；W-J-Y（西-机-右转）,W-F-Y（西-非机-右转）,W-R-Y（西-人-右转）；S-J-Z（南-机-左转）,S-F-Z（南-非机-左转）,S-R-Y（南-人-右转）。

在T2时段内（见图2），南进口以及北进口直行的机动车、非机动车有序通过交叉口；需要通过东西向道路的行人也有序通过交叉口。此时通过交叉口的交通参与者有：E-R-Y（东-人-右转）,E-R-Z（东-人-左转）；N-J-Q（北-机-直行）,N-F-Q（北-非机-直行）,N-R-Y（北-人-右转）,N-R-Q（北-人-直行）；W-R-Y（西-人-右转），W-R-Z（西-人-左转）；S-J-Q（南-机-直行），S-F-Q（南-非机-直行），S-R-Y（南-人-右转），S-R-Q（南-人-直行）。

图2 信号周期T2

在T3时段内（图3），南进口以及北进口右转的机动车、非机动车有序通过交叉口；东进口以及西进口左转的机动车、非机动车也有序通过交叉口。此时通过交叉口的交通参与者有：E-J-Z（东-机-左转），E-F-Z（东-非机-左转），E-R-Y（东-人-右转）；N-J-Y（北-机-右转），N-F-Y（北-非机-右转），N-R-Y（北-人-右转）；W-J-Z（西-机-左转），W-F-Z（西-非机-左转），W-R-Y（西-人-右转）；S-J-Y（南-机-右转），S-F-Y（南-非机-右转），S-R-Y（南-人-右转）。

图3 信号周期T3

在T4时段内（图4），南进口以及北进口直行的机动车、非机动车有序通过交叉口；需要通过南北向道路的行人也有序通过交叉口。此时通过交叉口的交通参与者有：E-J-Q（东-机-直行）,E-F-Q（东-非机-直行）,E-R-Y（东-人-右转），E-R-Q（东-人-直行）；N-R-Y（北-人-右转），N-R-Z（北-人-左转）；W-J-Q（西-机-直行），W-F-Q（西-非机-直行），W-R-Y（西-人-右转），W-R-Q（西-人-直行）；S-R-Y（南-人-右转），S-R-Z（南-人-左转）。

图4 信号周期T4

分析十字交叉口同一信号周期不同相位交通参与者的通行情况，可以得出以下结论：

（1）对于平面十字交叉口，通过对交通参与者的协调和分配，可以消除交叉口内所有的交织点。一旦十字交叉口范围内消除了所有的交织点，可以极大地避免因交织点造成的拥堵和交通事故。在某些城市，当行人通行时允许车辆右转，此时右转的机动车与直行的行人及非机动车形成了交织点，易造成拥堵，也易酿成交通事故。这样的做法不符合国家规范[1]中相关规定。

（2）对于平面十字交叉口，在消除所有交织点的前提下，一个信号周期（T）内设置T1、T2、T3、T44个相位，就可以满足所有交通参与者的通行需求。从而为十字交叉口设定最小信号周期，以期获得最优信号配时奠定了基础。

2.3 信号配时研究

2.3.1 交通参与者的情况

在研究信号配时之前，有必要对交通参与者进行适当的分析。交通参与者主要由行人、非机动车、机动车组成，从发生交通事故的伤害程度可以认定，行人在交通事故中处于最弱的一方，机动车属于最强的一方。从以人为本和交通安全的角度考虑，在信号配时设定过程中，优先的顺序依次为行人、非机动车、机动车。

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。非机动车速度一般在15 km/h，在交叉口范围考虑速度的折减，一般为5～15 km/h。考虑速度的折减，机动车在交叉口范围的速度一般为15～30 km/h。

交通参与者的速度见表1。

表1 交通参与者的速度

2.3.2 最小信号周期

信号周期T是由T1、T2、T3、T4构成的，当求得T1、T2、T3、T4的最小值时，即可获得信号周期T的最小值。

（1）在信号周期T1段内，从图1可知，南进口非机动车左转（S-F-Z）、北进口非机动车左转（N-F-Z）行驶轨迹最长、速度最慢。假定此时的非机动车轨迹长度为L1，那么T1的最小值为L1/V非，其中的V非为非机动车速度。

（2）在信号周期T2段内，从图2可知，南北方向的行人通过道路的用时最多。假定此时的行人步行轨迹长度为L2，那么T2的最小值为L2/V人，其中的V人为行人步行速度。

（3）在信号周期T3段内，从图3可知，东西向非机动车的行驶轨迹最长、速度最慢。假定此时的非机动车轨迹长度为L3，那么T3的最小值为L3/V非，其中的V非为非机动车速度。

（4）在信号周期T4段内，从图4可知，东西方向的行人通过道路的用时最多。假定此时的行人步行轨迹长度为L4，那么T4的最小值为L4/V人，其中的V人为行人步行速度。

（5）十字交叉口一个信号周期的最小值：Tmin=T1min+T2min+T3min+T4min。

一旦信号周期小于最小信号周期，易造成行人和车辆滞留在交叉口范围内，导致交通拥堵，甚至造成交通事故。在某些城市，出现了信号周期小于最小信号周期的情况，造成行人无法正常通过交叉口，这是违反国家规范[1]中相关规定的。

2.3.3 最优信号配时

对于一个平面十字交叉口，信号周期若采用最优配时，必将有利于交通参与者安全、迅捷地通过。最优配时的拟定，需要考虑的因素有：（1）最小信号周期；（2）不同时段交通参与者的数量；（3）与邻近交叉口的联动；（4）其他因素。

每个十字交叉口的通行条件以及交通参与者的数量会有很大不同，最优配时是不易确定的。对于一个具体的十字交叉口，经过实地调查研究，可以计算出接近最优配时的信号周期，把这个接近最优配时的信号配时暂定名为较优配时。计算较优配时的方法如下：

（1）计算最小信号周期。

（2）实地调查交通参与者的数量。需要调查3组数据：第1组数据为高峰时段（早晚高峰）的交通量；第2组数据为白天（不含高峰时段）的交通量；第3组数据为夜里（不含高峰时段）的交通量。

（3）依据调查的数据，在最小信号周期的基础上进行修正。高峰时段的交通量较大，各个相位的配时根据需要延长；白天的交通量比高峰时段少，可以采用最小信号周期，或在最小信号周期的基础上适当延长各个相位的配时；夜里的交通量一般较小，可以采用最小信号周期。

(4）高峰时段、白天、夜里，采用不同的信号配时，并在实践中不断改进。

(5）交通信号周期不宜大于180 s[1]。

经过以上步骤，可计算出高峰时段、白天和夜里的较优配时。在实践中不断修正，可以获得交叉口的最优信号配时。

3 结 语

道路平面十字交叉口易产生拥堵甚至交通事故，其诱因有交叉口道路线形和结构不合理、交通设施设置不合理、信号周期及信号配时不合理、交通参与者未按照交通法规通行和其他原因。本文重点介绍了平面十字交叉口信号周期内的通行情况，从以人为本的角度探讨了最小信号周期以及最优信号配时的求解方法。