吉林大学交通学院交通工程
摘要：环形交叉口普遍存在于我国的各个城市，其中以十字型最为普遍，但是由于环形交叉口信号控制方式的不合理,导致车辆进入环岛内,产生大量冲突及交织现象。因此，针对环岛车流的特性，确定合适的信号控制方案显得尤为重要。本文以长春市卫星广场环形交叉口为例，基于视频利用车牌识别技术，开发环形交叉口的OD识别程序，并以此为根据进行环岛进口道渠化与信号配时计算，最终利用VISSIM仿真软件进行方案评价，对环形交叉口信号控制的工程设计具有指导意义。
关键词：环形交叉口 OD识别 VISSIM 信号控制
1、引言
环形交叉口是一种特殊形式的自组织、多支型交叉口，规定车辆沿其逆时针方向绕行。相较于常规交叉口，环形交叉口的设置在一定程度上减少了冲突点，对岛内车流起到了良好调控作用。然而，随着城市交通流量的增加，环形交叉口的劣势逐渐显现。当交通流达到过饱和时，在缺乏适当的信号控制条件下，司机仍盲目进入环形交叉口，使得拥堵情况愈加严重，并由支路结点向城市各个主干道蔓延，导致城市大面积交通网络受阻。因此，环形交叉口的拥堵问题逐渐成为我国交通领域研究的重点难点。本文以长春市卫星广场十字形环形交叉口为例，利用车牌识别技术对视频进行车牌数据导出，开发OD识别程序，建立OD流量矩阵，并以此为根据对各支路进口车道进行重新渠化，设置环岛信号配时方案，并优化相位差，以期缓解甚至解决环形交叉口拥堵问题。
本文研究思路如下图1所示：
2、OD识别程序开发
2.1环岛视频采集
利用录像机、三脚架等设备，对长春市卫星广场的四个进口道和四个出口道进行了早高峰一小时（07:00—08:00）的视频信息采集。
2.2车牌信息识别
利用现有的车牌识别系统，对录制视频进行了逐帧检测。尽管部分车辆由于视频录制时存在外侧大型车对内侧小型车的遮挡现象而无法获取车牌，绝大部分车辆的车牌信息均能被完整识别。且经验证，由遮挡造成的损失信息可忽略不计。最终，通过车牌信息识别系统可获得对应车辆的车牌实时照片、车牌种类、车牌颜色、车牌宽度、车牌号码和进出口道标码，并自动以进出口道标码和车牌号作为文件名进行了图像存储。
2.3 OD路径匹配
2.3.1匹配程序开发
车牌识别系统的导出结果不具有统计意义，难以获得OD特征，因此，进行了OD匹配的程序开发：根据已有的信息，定义了车牌的类，明确车牌种类，车牌号码，车牌出现的进口道与出口道和数据的更新确认，并对此进行了车牌识别结果的文件名读取。随后，将车牌号码信息进行顺序比较，直至发现相同信息，然后将车牌号同进出口道标码一起进行输出，并在此路径的流量中累加一后读取下一车牌，以上为一个循环。如是重复，直至所有车牌读取结束。OD匹配程序流程图如图2所示：
程序对车牌类的定义如下：
class vehicle{
private:
CHAR szPlateID[MAX_ID*2]; //车牌号
由上文所得OD矩阵可以发现，从总体上来看，卫星广场早高峰小时交通量为9230pcu/h，大于普通环形交叉口交通量的平均水平。其中，南人民大街进口道交通量最大。从岛内运行轨迹上来看，运行轨迹为环岛半周的车流量较为突出而其他轨迹车流量相对较少，进而证明环岛各支路车辆OD路径以直线为主。此时由于环岛的存在，会强迫原本直行的车辆绕行，产生不必要的延误。
从环岛各支路进口道渠化条件上来看，各进口道并没有根据车辆OD流量进行合理渠化。车辆自随车道进入环岛，由于各自目的地的不同，经常会发生换道的情况，即内环道上的车辆若要驶出环岛，必须等待合适的可插车间隙穿越进入外环岛后才能够继续正常行驶，增加岛内冲突点，极易引发交通事故，影响交通安全。
从岛内信号控制条件上来看，东西卫星路设有信号灯且其配时情况相对简单，为两相位控制，其中绿灯显示时长37s，红灯时长43s，黄灯时长2s，全红3s。南北人民大街进口道不设信号灯控制，车辆驶入环岛速度较快，而南人民大街进口道流量最为突出，致使南人民大街入岛车辆与其下一支路——东卫星路入岛车辆发生严重交织，使后续到达的车辆在岛内依次排队，通行能力降低，拥堵情况加剧。
综上所述，当交通流到达一定饱和程度时，在没有适当的信号控制与合理渠化的条件下，环形交叉不仅不能减少冲突点，反而将使岛内冲突环境加剧，增大车辆的排队长度，产生更多延误，使环形交叉口通行能力降低，甚至引发交通事故。因此，通过以上分析，我们将根据卫星广场环形交叉口的实际交通状况及其几何构造，对其采取四个支路都进行信号控制的方法来解决现有存在的问题，并在此基础上根据所得OD矩阵计算全新配时方案，优化相位差，进行细微调整，最终利用VISSIM仿真运行，进行优化前后对比分析，从而得出结论。
3.2配时方案确定
3.2.1岛内车流冲突点分析
（1）北人民大街与从东卫星路入环且要进入西卫星路的车流冲突严重；
（2）南人民大街与从北人民大街入环且要进入东卫星路的车流及从西卫星路入环且要进入东卫星路的车流冲突严重；
（3）东卫星路与从南人民大街入环且要进入北人民大街的车流冲突严重；
（4）西卫星路与从北人民大街入环且要进入南人民大街的车流及从东卫星路入环且要进入南人民大街的车流冲突严重。
因此岛内车流的释放顺序需要遵循以下条件：
（1）对从北人民大街入环且进入南人民大街的车流和从东卫星路入环且要进入西卫星路的车流进行时间上的分离；
（2）对从南人民大街入环且要进入北人民大街的车流和从北人民大街入环且要进入东卫星路的车流及从西卫星路入环且要进入东卫星路的车流进行时间上的分离；
（3）对从东卫星路入环且要进入西卫星路的车流和从南人民大街入环且要进入北人民大街的车流进行时间上的分离；
（4）对从西卫星路入环且要进入东卫星路的车流和从北人民大街入环且要进入南人民大街的车流及从东卫星路入环且要进入南人民大街的车流进行时间上的分离。
3.2.2 岛内信号阶段确定
（1）第一阶段存在的车流为：南人民大街进口道入环车流、北人民大街至南人民大街车流
（2）第二阶段存在的车流为：东卫星路至西卫星路车流、西卫星路进口道入环车流
（3）第三阶段存在的车流为：北人民大街至东卫星路车流、东卫星路至南人民大街车流
阶段相位图如下图6所示：
可采用常规的Webster配时法确定配时方案。
交叉口周期确定模型为：
C0=
其中：C0——最佳周期（s）；
L——周期损失时间，等于各相位损失之和（s）；
Y——各相位最大流量比之和。
根据等饱和度原则，各股车流的绿灯时间确定模型为：
gei= (C-L)
根据各阶段车流流量比的计算，调整进口道渠化方案如图7所示，并于各进口道分别设置车道指示牌，如图8所示：
由于北人民大街与东卫星路进口道各股车流设有专属相位，因此还应在其进口道分别设置新型信号灯，如图9、10所示：
具体配时计算过程如表2所示：
根据上述分析冲突情况与环形交叉口的几何条件计算调整一二阶段相位差为7s（不算全红时间），三一阶段相位差为21s（不算全红时间）。又由于所增加的相位差时长会增大信号周期长度，造成车辆排队长度增加，通行能力降低，延误加剧，因此我们考虑采用搭接相位的方式。由于北人民大街与西卫星路具有一定的地理距离，因此可将第三阶段绿灯提前启亮，使西卫星路尾车正好能与北人民大街头车相接，最大限度利用绿灯时间，尽可能缩短信号周期，使车辆在有限的时间内提高运行效率，减少排队长度。进一步信号调整计算过程如下表3：
由上图对比显然可见，在原始方案运行环境下，环形交叉口内部车流已经达到过饱和，车辆无法自由进出环岛，并在岛内车道产生滞留现象，同时进口道排队长度不断增加，岛内车辆运行效率极其低下，而进行第一次方案调整后的岛内车流运行效率显著提高，通行能力增加，排队长度减少，岛内交通组织情况得以改善。
4.2 第一次调整方案与第二次调整方案对比分析
经过第一次调整方案后我们发现，阶段一与阶段二、阶段三与阶段一之间存在合流冲突，因此进行了第二次调整方案，进行相位差的优化与搭接相位的设置。经过综合考量，我们选用延误作为评价指标来对环形交叉口的整体运行效率进行评价。通过相位差调整前后的仿真运行，我们发现岛内车均延误时间由调整前的170.57s降为168.39s，车均延误时间有效减少，环形交叉口运行效率得以提升，得证进一步对方案的调整优化有助于环岛通行能力的提高。
5、结语
本文以长春市卫星广场环形交叉口为例，利用车牌识别技术，辨识得到车牌信息，并以此开发了环形交叉口的OD识别程序。根据建立的OD矩阵进行了环岛进口道渠化与信号配时计算，最终利用vissim仿真软件进行方案评价，验证得方案能有效改善岛内行车环境和减小车均延误，极大地提高了环形交叉口的运行效率，对信号控制的工程设计具有指导意义。
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论文作者:高赫遥,夏钰,胡煜,杜文瑾
论文发表刊物:《基层建设》2017年6期
论文发表时间:2017/6/15
标签：交叉口论文; 环形论文; 车流论文; 车牌论文; 民大论文; 环岛论文; 岛内论文; 《基层建设》2017年6期论文;