浅谈借对向出口车道左转交叉口交通控制方案优化

浅谈借对向出口车道左转交叉口交通控制方案优化

朱亮红 深圳职业技术学院 广东深圳 518055

摘要：在信号交叉口时常会发生拥堵情况，而导致拥堵情况出现的主要原因就是进入交叉口的车流量比交叉口的通行能力要大，从而削弱了交叉口通行力。交叉口通行能力一般是由信号配时方案有着直接关系，而在借用对向出口车道左转弯的时候，车流会往交叉口汇集，从而导致交叉口更加拥堵。本文就对借对向出口车道左转交叉口交通控制方案优化进行分析，供参考。

关键词：对向出口车道、左转、交叉口、交通控制方案

引言：在车流量过于密集的情况下，如果直行车道中的车辆比较多，那么左转的车辆就会形成比较严重的拥堵，但如果左转车道上的车辆比较多，那么直行车道则会形成拥堵现象。因此，为了对这种情况加以缓解，很多学者也对此展开了研究，提出了“钩形转弯”、“禁止左转”等方法，但和“借道左转”相关的研究还比较少，本文就以“借道左转”控制方案进行分析。

1.交通流的运行特征

如图1所示，在这样一个交叉口上，在借对向出口车道左转弯的时候，有着以下几种优化方案。N0、N1、N2…等表示的是车道，假设从南方的进口进入，在交通流当中有两条左转的车道和一条直行的车道，以及一条直行与右转共同的车道。^[1]和以往的交叉口相比较，图1所表示的交叉口左转车道更多一些，在每个车道的进口方向都多增加了一条左转车道，N0、N4、N8以及N12都属于借对向出口车道。

借对向车道左转交叉口信号相位相序如图2所示。在图所示的交叉口当中，有六个信号相位，而其中有四个是主信号的相位，分别是M1、2、3、4，P1和P2属于预信号相位。主信号相位主要对南面的车辆左转、北面的车辆左转，南北面的车辆直行、东西面的车辆左转以及东西面的车辆直行进行控制。而预信号相位则对南北车辆左转、东西车辆左转进行控制，为了可以减少南面进口车道中左转车辆和直行车辆产生冲突，所以，在南面进口处的黄实线上就需要设计预信号相位。当左转的车辆进入车道之后，预信号就会显示出绿色，如果预信号是红色的，那么就说明需左转的车辆不能进入车道N1当中。^[2]而当南北直行的相位M2或东西左转的相位M3显示出绿色时，南北面的入口预信号就应当显示出红色。并且，这个时候，东西面的入口预信号相位P2则显示出绿色，而当该方向需要则可以进入到N4车道和N12车道之中。当东西面的车辆直行相位和南北面的车辆左转相位都是绿色的时候，就说明南北面的预信号也是绿色，南北面的左转车辆可以行驶，但这个时候东西面的预信号则应是红色的。

图2 借对向车道左转交叉口信号相位相序

在主信号和预信号的绿灯亮起或不亮的时候，为了预防主信号相位的绿灯在停止之后左转车辆留在N0、N4或N8等车道当中，那么预信号相位的绿灯就应当提前几秒停止，从而给左转车辆提供足够的反应时间。^[3]并且，主信号相位M4的绿灯在开启两秒之后，预信号相位P1的绿灯才能亮起，也就是说，预信号绿灯要比主信号绿灯晚亮两秒钟。比如，当主信号M4当中的绿灯亮起的时候，东西面需左转的车辆才刚进入到交叉口当中，但还没有到达南北面的入口黄实线上，这个时候，若预信号P1是绿色的，那么南北面需左转的车辆在N0、和N8车道上，就极其容易和东西面需左转的车辆产生冲突。所以，预信号P1的绿灯应在主信号绿灯亮起后两秒开始启动。综上所述，经过相位相序设计能够在一定程度上减少借用左转车辆和其余的车辆产生冲突，如果需要左转的车流有很多，那么则可以借用对向出口的车道。

2.借对向出口车道左转交叉口交通控制方案的优化策略

2.1交叉口各个相位车均延误的计算

本文建立在车辆平均延误最小值目标优化基础上加以分析，假设，主信号相位的周期单位为C，每一个相位绿灯的时间是g^mi、g^pi，而借对向出口左转的车道长度分别是L_N0、L_N4、L_N8、L_N12。^[4]那么主信号的直行相位Mi，从而得出以下公式：

（1）

在公式（1）当中， 代表的是主信号的直行相位；mi代表的是车道的车辆平均延误； 表示的是相位mi的绿信比；xmi表示的是车道的车流量大小； 表示的是各大相位mi车道的通行能力；而T则表示的是分析时间段的长度，本文将其设置为0.25小时。主信号的直行相位mi车道车辆的总车延误公式如下：

（2）

在公式（2）当中， 表示的是直行车辆的多少，单位为pcu/s，假设，在M2相位当中，qm2表示的是四个车道车辆数量最高值，即N2、N3、N10、N11。对于M1和M3相位来说，其交通情况直接会受到预信号和左转车辆的影响，需要使用新的公式来计算。如果从南面进入的左转车辆，车道的长度是LN0，其可以接受的车辆数量为 ，在预信号P1是红色的时候，进入到车道N1当中。^[5]但不管P1呈现绿色的时候，假设N1中的左转车辆数量比可接受的左转车辆小，那么N1车道中的左转车辆就需要继续排队，且整个过程不能更换车道，只能在N1中。而之后再到达的左转车辆，在需在N0车道当中排队，等N0车道中的车辆和N1中的车辆一样多时，后续到达的车辆才能自主选择车道排队，从而确保N0和N1两条车道的长度一致。但是，在两种情况下，后续车辆是不可以继续驶入的，一种是N0车道中的车辆已经超过了车道的可接受能力，另一种是M1绿灯亮起的时候，N1车道上的排队车辆在明显减少，之后到达的车辆只能驶入N0车道之中。因此，这些车辆就可以选择在N1车道上离开交叉口，避免再次变道和停车。

2.2仿真模拟结果

在软件当中输入具体的优化方案和传统方案数据，最终结果显示，优化方案的周期时间是92秒，g^m1为15秒，g^m2为25秒，g^m3为15秒，g^m4为25秒，g^pi为31秒，L_Nj为21米。而传统方案所对应的参数分别为142秒、20秒、45秒、20秒、45秒、56秒及56米。^[6]从中可看出，每一个参数数据，优化方案的时间都要比传统方案更快，传统方案的周期时间是142秒，还处于非饱和状态下，因为优化方案是借用对向出口车道左转，因此，增加了一条新的左转车道，提升了交叉口通行能力，而绿灯时间也会减少一些，降低整个交叉口的周期时间，减少了50秒。

结束语：在出口车道左转时，为了减少交叉口的拥堵情况，就可以采用借用对向车道左转的方法，由于直行车道中的车辆比较多，左转的车辆会形成比较严重的拥堵，而采用借用对向车道左转方法增加了一条新的左转车道，也减少了绿灯亮起时间，从而降低整个交叉口的周期时间，提升了交叉口通行能力，在我国交通实践中有着很好的应用价值。

参考文献：

[1]陈松,李显生,王运豪,任园园.借对向出口车道左转交叉口交通控制方案优化[J].哈尔滨工业大学学报,2018,50(03):74-82.

[2]陈小红. 混合交通环境下城市道路交通信号控制优化模型研究[D].北京交通大学,2012.

[3]首艳芳. 基于群决策理论的交通区域协调控制理论与方法研究[D].华南理工大学,2011.

[4]刘亮. 混合交通流信号交叉口交通控制优化研究[D].长安大学,2008.

[5]董友才. 双交叉口交通流实时优化控制方案的研究[D].上海交通大学,2007.

[6]张文峰. 平面交叉口信号控制优化算法研究[D].昆明理工大学,2006.

作者简介：朱亮红（1983-10-），男，籍贯：湖南双峰，民族：汉族，学历：研究生，职称：讲师，研究的方向：职业教育、创新创业、交通控制、自动控制、新能源电池技术。