单点信号控制交叉口相位相序优化探讨

王 亮，郝志国，董芊里，赵 磊

（1.华录易云科技有限公司，江苏 南京 211800； 2.北京易华录信息技术股份有限公司，北京 100043；3.北京工业大学 城市交通学院，北京 100124）

1 引言

据“畅通工程”的调研数据显示，国内目前的实现信号协调的交叉口数不到总数的1%，因此当前的交叉口仍然是单点信号控制交叉口为主。单点交叉口的优化是交通组织、交通管理、信号优化等多项措施的综合调优结果，文章只针对信号优化方面探讨单点信号控制交叉口相位相序优化效果。信号相位和配时是交叉口信号优化的两个重点，受到交叉口的形状、交通渠化和交通流动态特征的影响。

文章通过分析单点信号控制交叉口信号相位相序的放行方案和放行效果，给出了单点信号控制交叉口的信号相位相序放行方案，对于单点信号控制交叉口的信号优化具有一定的指导意义。

2 信号相位相序

2.1 相位

信号相位是指在一个信号周期内，一股或几股车流在任何时刻都获得完全相同的信号灯色显示，那么就把它们获得不同灯色（绿灯、黄灯、全红）的连续时序称作一个信号相位。

由于交叉口中存在多个交通冲突点，如直行与左转冲突、直行与右转冲突、左转和右转的冲突等，因此在设置交叉口信号相位的时候，需要将冲突的方向的车流分离出来，相互冲突的交通流在不同相位阶段放行，并给予对应的灯色显示时序，进而提高交叉口内车辆通行效率与行驶安全性。

2.2 相序

相序指相位设置的先后顺序，即不同相位绿灯点亮的先后顺序。信号相序的放行方案可以有多种组合，以十字交叉口为例，常用的有轮放和对放两种放行方式。合理的信号相序可以有效避免交叉口的交通冲突，提高路口的放行效率。

3 信号相位及配时的确定

交叉口的信号相位相序需根据交叉口的渠化、流量等条件确定，其放行方式可以选择对向同放，也可以选择进口道单放。以典型的十字交叉口为例，信号相位的确定可以按照如下步骤。

（1）流向饱和度分析。通过前期的现场调研，获取交叉口的道路渠化现状，将每个进口道方向的车道类型和车道数整理成表格。根据现场调研的信号配时方案（新配时路口可以直接用流量计算）、常用的车道流向饱和流量（单车道）计算不同放行相位下的有效绿灯时长、绿信比以及各流向车道饱和度。

（2）车道分析。根据步骤（1）中计算的绿信比和饱和度分析不同流向车道的饱和状态，按照车道的饱和状态分析车道利用率情况，对于利用率较低的车道考虑调整车道的渠化方式。

（3）流向相关性分析。根据交叉口的车道流向将交叉口的不同方向车道的冲突标注成表格形式，而后按照相关性将流向车道的流量进行计算，公式如下：

将具有强相关性且不冲突的流向车道组合摘出，分析其组合放行的可行性。确定强相关组合后，其中的流向不再参与后续的组合。

强相关组合：相关性在[0.9，1）的非冲突流向组合。

较相关组合：较相关组合是指相关性在[0.6，0.9)的非冲突流向组合。

弱相关组合：若相关组合是指相关性在[0.3，0.6)的非冲突流向组合。

（4）优化方案分析评价。根据上述车道利用率的情况，调整进口道车道的渠化。重新整理车道渠化表格，计算流向车道的流量以及饱和度，对优化相序、配时后的交叉口进行效果评价。

4 案例分析

4.1 路口现状概况

以北京市某路口为例，该交叉口是东西、南北方向的主干路的相交路口，车道较宽，交叉口周边为商区、地铁站和住宅区域，各方向交通流量大，路口过饱和。交叉口的早晚高峰、平峰交通流量和信号配时方案见表1～表2。

4.2 流量相关性分析

对交叉口的不同方向流量进行饱和度计算和分析（以早高峰为例），其中车道通行能力参考经验取值，计算所得各方向进口车道饱和度见表3～表4。

从表3～表4可以看出交叉口的西进口直行和东进口左转处于过饱和，东进口直行处于饱和状态，西进口和北进口的左转均处于接近饱和状态，而南北直行方向饱和度较低，有一定的空放。通过流量相关相关分析和流量调整，将交叉口的信号相位和配时方案调整如下。

新方案中增加了东西直行和左转方向信号配时，减少了南北方向的绿灯时间，以高峰160s、平峰120s的周期进行轮换放行，提高了路口的放行效率。

表1 交叉口交通流量表 单位：s

表2 交叉口信号配时方案表 单位：s

表3 交叉口直行车道饱和度表

表4 交叉口左转车道饱和度表

表5 交叉口信号控制新方案 单位：s

4.3 优化效果对比

通过第三方互联网数据平台对交叉口排队长度、停车延误时间、停车次数等各项数据的统计分析结果见图1。从优化前后的对比图中可以看出，信号优化后该交叉口的停车延误时间降低了22.07%。由此可知，新的配时方案在现有渠化环境的基础上较大程度地缓解了路口的拥堵问题。

5 结束语

本案例中路口东西直行和左转相位过饱和，南北直行方向空放严重，信号配时方案不合理，与实际交通流量不符。通过多次现场勘查与调研，在认真分析了路口存在的问题后，通过流量相关性分析、优化配时方案等方法，实现了拥堵路口信号优化，使路口拥堵情况得以缓解，提高了路口的通行效率。

图1 优化前后延误对比