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组合相位在K字形交叉口中的应用及仿真

范文

摘要：本论文针对K字形交叉口的流量不均衡的情况，提出利用组合相位进行信号相位配时，并通过vissim仿真对组合相位和传统四相位配时的评价指标进行对比，得出组合相位应用于K字形交叉口能更有效利用相位时间的结论，为K字形交叉口的信号优化提供了理论依据。

Abstract： This paper proposes to use the combined phase to signal phase timing of the K-shaped intersection， which is used to solve the problem that the flow is unbalanced，then compares the evaluation indexes of the combined phase and the traditional four-phase timing by vissim simulation，it is concluded that the combined phase is applied to the K-shaped intersection to make more efficient use of the phase time，which provides a theoretical basis for the signal optimization of the K-shaped intersection.

关键词： K字形交叉口;组合相位;vissim仿真

Key words： K-shaped intersection;combined phase;vissim simulation

中图分类号：U491.51? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文献标识码：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章编号：1006-4311（2019）31-0194-03

0? 引言

K字形交叉口指的是两条次要道路或同等级道路以较小的夹角交汇在主要道路的同侧而形成的交叉区域，两进口道之间的相交角度存在较大或较小的情况，相交角度较小的两进口道之间往往存在面积较大的冲突带[1]。K字形交叉口不仅路口面积较大，较难进行空间渠化，一般情况交通流量也不均匀，信号配时也是K字形交叉口渠化过程中的一大难点，本项目基于K字形交叉口已完成空间渠化的前提下引入组合相位，对K字形交叉口进行相位配时，并与传统四相位配时利用vissim仿真对比。

1? 组合相位

組合相位，是指相位的“前启”或“早断”，也就是在某相位结束前提前启动下一个相位中的一股或多股车流（或者说在某相位开始前提前结束其前期相位的一股或多股车流），也就是在原来的相位设计中增加了一个特别的小相位，作为原来相邻相位的一个过渡阶段[2]。组合相位将通行相位在时间上做了最有效的分配，根据交叉口流量的特点，充分利用时间资源，特别是对普通相位中存在不均衡（流量比相差大）的流量是最为行之有效的解决方法。利用组合相位可以将传统的四相位在不增加冲突点的情况下调整为三相位，缩短周期时长和损失时间，针对不同的流量不均衡情况，可以采取不同的组合方案。

针对南北向左转流量不均衡的情况，如北进口的左转流量比南进口的左转流量大很多，如果用传统的四相位放行将造成南北向左转放行时间较长，南进口的左转流量不足，造成时间和空间上的浪费，可以采用以下组合相位方案，即在组合相位中的第一大相位中放行南北向的左转和直行车流，具体放行过程分为三个小相位，第一小相位先放行南北向左转，待南进口左转流量放行完后提前中断南进口的左转的绿灯时间，同时启动北进口直行放行的绿灯，待北进口的左转放行完后再中断其绿灯时间，同时启动南进口直行方向的绿灯，即形成如图1所示的组合信号方案。

2? 组合相位的配时方法

采用相位的配时计算要复杂得多其计算方法与传统相位的计算模型相比，主要存在两方面的不同。第一，信号周期总流量比Y以及相位绿信比ui的分配计算不同;第二，信号周期总损失时间L的计算方法不同，下面分别论述[3]。

2.1 周期总流量比Y的计算及相位绿信比ui的分配

首先对各组合相位分配绿灯时间，然后在有分相位的组合相位内部分配绿灯时间。这里对于有分相位的组合相位，必须提出一个“流向组”的概念。如图1，在第一组合相位中，左转流向和与其有冲突的对向直行流向（如北向东左转和南向北直行，以及南向西左转和北向南直行）形成一对“流向组”，它们实际上共用了该组合相位的绿灯时间，其中流量比之和比较大的一对“流向组”为关键“流向组”，决定了该组合相位的绿灯配时。以图1为例，配时计算过程如下：

①周期总流量比Y

式中y为各进口道的流量比，y=q/s。

②无分相位的组合相位（如相位二、三）的绿灯配时为

③有分相位的组合相位（如相位一）按各流向在关键“流向组”流量比之和中的分配至来确定绿灯配时。

1）当即北向东左转（流向NE）和南向北直行（流向S）为关键“流向组”，则北向东左转的y值取yNE，南向北直行的y值取yS;而南向西左转（流向SW）和北向南直行（流向N）的“分配流量比”y′按下式计算：（4）

这样在组合相位一中，各流向的绿信比ui就可以按照下式计算：（6）

式中i为组合相位中的各个流向。

2）反之，当时，计算方法与1）类同，不再赘述。

2.2 周期信号总损失时间L的确定

如前所述，信号相位采用组合相位后，组合相位中的内部相位之间存在跨越相位阶段的交通流向，但是在内部相位切换过程中，交叉口的通行时间并未损失。因此采用组合相位后，损失时间的相位只有3个组合相位，所以周期信号总损失时间L下降为：

3? 在K字形交叉口中的应用

由于K字形交叉口相对于普通十字交叉口其车流复杂，冲突点较多，因此除了在空间渠化上应明确各个方向的车流轨迹，还应通过信号控制从时间上消除冲突点，但是大部分K字形路口的流量都不均衡，如果用传统的四相位进行配时，周期较长，而且肯定存在部分相位的绿灯时间使用率低，因此在K字形交叉口中也可以引入组合相位进行优化配时，最大限度地增加交叉口的通行能力，提高交叉口的安全性。下面本相位以广安金安大道-五福西路交叉口为例对组合相位在K字形交叉口中的应用进行说明。

3.1 金安大道-五福西路交叉口流量统计

经过项目组的调研，该交叉口的晚高峰的流量情况如表1。

3.2 相位控制方案设计

根据表1该交叉口晚高峰小时的流量情况可以看出，从整个路口各方向来看，金安大道方向、金安大道上段及五福西路的流量较大，西溪路方向的流量偏少。金安大道方向的直行车流和左转车流至西溪路方向的车流较大，左转至五福西路的车流非常少，该方向不同车道的流量不均衡性很明显，如果按照一般十字路口来看，与金安大道方向相对应的五福西路的流量与金安大道方向的流量相差较远，因此本论文考虑通过组合相位的方式对该交叉口进行相位设计及配时如表2。

4? vissim仿真评价

因为K字形路口的车流轨迹复杂，因此采用四个进口道分别放行的四相位进行信号配时，配时结果如表3。

论文分别对四相位放行和组合相位的配时利用vissim进行仿真，仿真过程如图2、图3，仿真评价结果如表4。

通过表4可知，通过组合相位配时的仿真结果中，各评价指标均优于传统四相位配时，组合相位配时方案更能有效利用相位时间，组合相位应用于K字形交叉口中是可行的。

5? 结论

论文首先对组合相位的优势及配时方法进行介绍，通过实际案例对K字形交叉口利用组合相位和四相位分别配时，再利用vissim仿真软件对两种配时方案进行仿真模拟，通过对两种方案的仿真结果对比，得出组合相位应用K字形交叉口中可行的结论。

参考文献：

[1]方晓丽.K字形平面交叉口渠化方法研究 [J].交通节能与环保，2018（6）.

[2]温保培，邹志云，汪峰.组合相位在畸形交叉口信号配时中的应用 [J].道路交通于安全，2006（8）.

[3]卫东.信号相位的“迟启早段”措施在交叉口交通分析中的运用 [J].城市道桥与防洪，2011（10）.

[4]秦焕美，关宏志，等.基于仿真的畸形交叉口交通组织优化研究 [J].交通信息与安全，2010（4）.

[5]姬利娜，張金伟，亢凤林. 城市道路畸形交叉口的交通改善方法[J]. 重庆交通大学学报（自然科学版），2012（6）.

[6]张红斌.城市道路交叉口组合相位信号控制研究与仿真实现[J].北京交通大学，2008（6）.

[7]任福田，刘小明，荣建.交通工程学[M].人民交通出版社，2005（4）.

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