导言

考虑其安全性优势，现代环形交叉口被广泛应用在车流量较小的交叉口处。但当各入口流量不均衡时，亦会导致较大的延误。本研究基于截断信号的设置方式，考虑周期时长、绿信比等信号控制参数作为约束条件，提出以平均入口延误最小为优化目标构建数学模型，并基于VISSIM仿真提出相应的求解算法。研究结果表明，所提出的策略可有效提高运行效率，对于不均衡车流下的环形交叉口具有很好的适用性。

（文献来源：Yuzhou, D., Xiaobo, Q., Said, E. & Yadan, Y. (2019). Optimising total entry delay at roundabouts with unbalanced flow: a dynamic strategy for smart metering. IET Intelligent Transport Systems, 13(3): 485–494. DOI: 10.1049/iet-its.2018.5180）

引言: 环形交叉口与信号灯

因具有较高的安全性，现代环形交叉口在欧美地区日益受到工程设计人员的青睐，数量呈递增趋势。但当某一入口的车流量较大，且明显高于其他入口流量时，可能会导致环形交叉口产生较大的延误。若对其进行改建，一方面，需要耗费较高的建设费用；另一方面，亦会破坏环形交叉口的美观。本研究将考虑在保持交叉口几何特征的前提下，采用信号控制的方式，来缓解不均衡车流所带来的影响。

信号控制在环形交叉口中的应用

按照控制入口的个数，可分为全入口控制和部分入口控制两种方式。考虑本案例中流量呈现的不均衡特性，若采用全入口控制可能会产生额外延误。澳大利亚的著名交通学者Akcelik曾提出了截断控制方法，属于部分入口控制，是一种经济有效的措施。故本文在此基础上，采用截断控制的方式对环形交叉口处的不均衡车流进行优化控制。

研究方法

1 研究对象

选择一四路单车道环形交叉口作为研究对象，考虑流量分布等实际情况，在需进行流量控制的入口道上设置截断信号灯。注：此处以靠左侧行车为例。

2 构建优化模型

以环形交叉口的平均入口延误为优化目标，考虑周期时长、绿信比等约束条件，构建数学模型如下：

3 模型求解

考虑到延误和通行能力计算的复杂度，提出以VISSIM仿真软件为平台，将不同的信号控制方案进行编码计算，最后输出最优方案。

3.1 结果与分析

为了验证模型的有效性，本文在实际场景的基础上，进行了实例应用。基于一个实地的四路单车道环形交叉口，对截断信号灯设置前后的运行状况进行对比分析。计算结果表明，合适的截断信号可以有效提高环形交叉口整体的运行性能。根据测算优化结果的平均值，西进口的入口延误降低了49.6%，整个环形交叉口的延误值降低了18.6%。此外，考虑到截断信号所处的进口道流量较高，优化结果对应的绿信比也较高，这种趋势随着信号周期的增加愈加明显。

3.2 方案测试

为了测量不同流量和右转条件下（针对“左侧行车”）有无截断信号对整体效益的影响，进行了案例扩展。

（1）南进口不同流量的影响

保持其它入口处的流量值不变，通过改变南进口流量，分析设置截断信号前后其对整体运行结果的影响。结果表明，当南进口流量处于一定区间时，截断信号对效益有较大提升。

（2）不同流量组合的影响

以南进口V1和其他三个入口流量V2进行组合，假设V1＞V2，无信号控制时的延误分布情况见下图。分析可知，当流量较小时，截断信号的设置效果并不明显；随着流量的增加，截断信号的正效益逐渐呈现。

（3）南进口右转车的影响

总流量保持一致，通过改变南进口右转车的比例，探讨截断信号设置前后的变化。结果表明，设置截断信号的可以提高整个环形交叉口的运行效益。

总结

本研究针对不均衡车流对环形交叉口所导致的问题进行了分析，在此基础上，构建了优化目标、约束条件，构建了配时优化模型。考虑到延误和通行能力计算的复杂性，提出了基于VISSIM仿真的求解流程，有效输出了最优方案。所提策略为单车道环形交叉口信号控制的设置提供了参考依据。

但本研究存在一些局限性。例如，未考虑行人和非机动车对环形交叉口的影响。此外，主要研究了单车道环形交叉口，对于多车道的情况仍需进行后续研究。

主要参考文献

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