摘要：交叉口布局型式是空间(车道数量及功能)和时间(相位组合及相位时长)两大资源的整合。为了定量描述城市道路信号控制交叉口布局型式的适应性，提出静态适应度和动态适应度的定义及计算方法。借助VISSIM 软件对南京市3个典型信号控制交叉口进行仿真，分析适应度指标与每车平均信控延误、饱和度（v/c 比）指标的相关性，得出适应度评价标准。以南京市北京东路—丹凤街交叉口为例，验证了利用适应度指标评价信号控制交叉口布局型式适应性是可行的，同时，在对交叉口时空资源进行优化设计时，适应性指标可为合理选择改善措施提供依据。
Abstract ：The geometric layout of an intersection is the integration of resources in terms of space (number of lanes and their functionality)and time (signal phasing and timing).In order to quantitatively evalu-ate the adaptability of various forms of urban signalized intersection layouts,this paper presents a definition of static-and dynamic-applica-bility of different layouts and their computational method.Based on a VISSIM simulation of 3typical signalized intersections in Nanjing,the paper analyzes the correlations of applicability indicator with aver-age delays per vehicle due to signal control,and v/c ratios,which yields a set of standard values of applicability indicator.A case study of an intersection at Beijing Donglu Rd.and Danfengjie Street in Nan-jing illustrates that these standard indicators are suitable to evaluate in-tersecti
on layouts.Meanwhile,these applicability indicators can be helpful as well in identifying improvement measures to make optimal use of time and spatial resources of an intersection.关键词：交通工程；信号控制交叉口布局型式；适应性
Keywords ：traffic engineering;signalized intersection layouts;applica-bility
中图分类号：U491.5+4文献标识码：A
城市道路信号控制交叉口布局型式是空间和时间资源的整合，合理的布局型式是交叉口时空资源高效利用的基础。为使交叉口的布局型式适应交通需求、达到资源高效利用的目的，须以交叉口空间设计为背景，不断进行空间与时间的交互优化设计[1－2]。以往对信号控制交叉口的评价主要有饱和度(v /c 比)、停车延误、排队长度等针对实际交通流运行状态的指标[3]，评价不同布局型式的交叉口时，由于评价背景及标准不一致，得出的指标可比性差，不能进行纵向比较。因此，本文提出静态和动态适应度指标以评价信号控制交叉口布局型式的适应性。
1评价指标
交通条件的动态变化对交叉口布局型式的适应性有很大影响，不同布局型式的平面交叉口对交通需求及周围环境只是一定程度的适应。因此，需要采用静态、动态适应度指标分别评价交叉口布局型式的普遍和相对适应性。由于交叉口时空资源的不可累积性，须在确定信号控制交叉口布局型式满足静态
收稿日期：2008－11－18
基金项目：“十一五”国家科技支撑计划（2006BAJ18B07）
作者简介：徐志红（1985—），女，江苏泰州人，硕士，主要研究方向：交通运输规划与管理。E-mail:spray147@163
7本布局徐志红，陈学武
（东南大学交通学院，江苏南京210096）
XU Zhi-hong,CHEN Xue-wu
(Transportation College of Southeast University,Nanjing Jiangsu 210096,China)
Applicability Evaluation on Signalized Intersection Layouts
信号控制交叉口布局型式适应性评价
城市交通第7卷第4期2009年7月
适应性的基础上，再分析加载交通量后的动态适应性。
1.1静态适应度
信号控制交叉口静态适应度是指在一定的道路、交通条件下，为保证每相位下交叉口功能区畅通，某信号相位下交叉口进口车道断面的通行能力(需求)与出口车道断面的通行能力(供给)相协调的程度。静态适应度主要取决于空间(车道数量及功能划分)和时间(相位组合及相位时长)条件及其相互协调设置。
根据城市道路信号控制交叉口的通行规律，红灯时到达交叉口停车等待的机动车在绿灯初期会以饱和车流形式通过交叉口。因此，要求同一相位下相匹配的出口车道通行能力与进口车道通行能力相适应。若交叉口的相位数为α，则在相位β下进口车道通行能力C aβ与出口车道通行能力C eβ[4－6]之比即为β相位下交叉口布局型式的静态适应度B sβ，即
1.2动态适应度
信号控制交叉口动态适应度是指在一定的道路、交通条件下，各信号相位下交叉口进口车道组的交通量与出口车道通行能力相协调的程度。动态适应度主要取决于信号控制交叉口在相位变换过程中相位间及各相位内的进口车道组交通量与出口车道断面通行能力之间的协调。
若交叉口的相位数为α，在相位β下进口车道组的交通量为Vβ，出口车道通行能力为C eβ，设B dβ为β相位下的动态适应度，则
设高峰小时内观测周期数为i，交叉口相位数为α，在相位β下编号为j的进口车道所有周期中的最大交通量是V jβ，进口车道组的交通量为Vβ[7－9]，则
Vβ=∑
j
max{V ijβ，j=1，…，n}，(3)式中：V jβ为不同转向的各种车型换算后的当量交通量[7]；V ij表示第i个周期编号为j的进口道的当量交通量。
1.3适应性的定量分析
利用VISSIM软件对南京市3个典型十字信号控制交叉口(主次干路相交)进行仿真，模拟并观测高峰时段交叉口各相位下机动车的运行状态及流量，将计算得到的适应度指标值、每车平均信控延误(VISSIM仿真输出)及进口车道的饱和度进行对比分析，得出交叉口布局型式的适应性定量范围。
1)静态适应度分析。
分析信号交叉口是否满足静态布局型式时，对各车道输入相当于设计通行能力值的交通量参数，得到出口车道满足进口车道交通量的静态适应度B sβ∈[0.80，1.05]，此范围内交叉口的布局型式处于静态适
应状态，出口车道通行能力与进口车道通行能力相适应。具有这种布局型式的交叉口对交通量的动态变化有较强的适应性，甚至当进口车道交通量达到设计通行能力时，也能保证交叉口功能区顺畅。即获得通行权期间，进口车道的交通量不会因为出口车道的供给不足而滞留交叉口内部，影响下一相位放行的交通流。当B sβ<0.80时，β相位下的空间资源得不到有效利用，可优先考虑调整进口车道数设置。当B sβ>1.05时，β相位下的出口车道通行能力已不能满足进口车道通行能力，应增加出口车道数或者对信号相位进行优化。
2)动态适应度分析。
对3个典型十字信号控制交叉口进行分析时，城市道路平面交叉口的服务水平必须达到C 级以上，即饱和度必须小于等于0.75[10－11]，确定加载交通量参数的范围从0到C级上限交通量之间，得到动态适应度、每车平均信控延误及进口车道v/c比3个指标的相关性(见图1)：动态适应度与每车平均信控延误的相关系数R2=0.941，与v/c 的相关系数R2=0.917。当B dβ∈[0.70，0.90]时，每车平均信控延误为20~35s，v/c比为0.55~0.70，信号控制交叉口的布局型式达到C级以上服务水平，且车流处于稳定状态，交叉口的时空资源得到有效利用，满足交通需求；当B dβ<0.70时，每
B sβ=
C aβ
C eβ
β=1，…，α．(1)
B dβ=Vβ
C eβ
β=1，…，α．(2)
74
徐志红，等：信号控制交叉口布局型式适应性评价车平均信控延误<20s ，v /c 比<0.55，交叉口的布局型式能较好地适应交通需求，但交叉口时空资
源的利用率低；当B d β
>0.90时，每车平均信控延
误>35s ，v /c 比>0.70，交叉口的布局型式具有较弱的适应性，交叉口的时空资源利用率高，但已不能满足交通需求，亟需优化。
2实例分析
以南京市北京东路—丹凤街交叉口为例，应用静态和动态适应度指标评价其布局型式。2008年5月23—25日早高峰时段(7:30—8:30)，对该交叉口的具体空间布局、信号控制方案及交通量进行调查。
2.1交叉口的交通条件
北京东路—丹凤街交叉口是南京市非常典型的由主干路与次干路相交的十字型信号控制交叉口。北京东路与丹凤街均是三幅路横断面型式，西、东、南进口方向车道均为4进2出，北进口为5进2出，左、直、右分道行驶，见图2。交叉口信号相位示意见图3，南、北和东、西两个主相均采用左转保护相位，而所有右转则在直行后采用早启相位，并在左转相位中继续放行。
2.2适应性评价
根据交叉口实地调查资料及适应性评价方
法，计算得到静态和动态适应度指标，见表1。分析各相位下静态适应度可知：1，4，5相位下进口车道组与出口车道组在空间布局上是相互适应的，有效利用了时空资源；2，3，6相位下出口车道组的时空资源不仅满足进口车道相当于设计通行能力的交通需求，还有一定富余。分析各相位下的动态适应度、每车平均信控延误及v /c 比可知：1相位下交叉口布局型式完全能满足动态交通需求，但时空资源未得到
有效利用；2，4，5相位下交叉口布局型式处于临界适应状态，时空资源得到高效利用；3，6相位下交叉口布局型式在高峰时段对于交通需求具有较弱适应性，冗余交通量影响相位间交叉口的清空。综合静态和动态适应度指标分析结果可知，进口车道已处于饱和状态，需进行信号相位优化，重新分配相位时间，并考虑采取拓宽交叉口、增加转向车道等措施。
3结论
信号控制交叉口布局型式的适应度指标，可以改善以往运用延误和饱和度指标评价不同布局型式交叉口的局限性，计算过程简洁明了，所需数据收集方便，且与以往指标有较好的关联性，可以反映实际交通流的运行状态，衡量交叉口的时空资源与交通需求之间的协调性。主要结论如下：
1)城市道路交叉口时空资源的不可累积性及
60
554045403530252015每车平均信控延误/(s ·辆-1)
0.6
0.7
0.80.9  1.0
1.1
1.2
动态适应度B d
β
1.00.90.80.70.60.5
0.4v /c 比
0.6
0.7
0.80.9  1.0
1.1
1.2
动态适应度B d
β
图1动态适应度、每车平均信控延误与v /c 比相关性分析图
Fig.1Analysis on correlations of dynamic-applicability with average delays per vehicle due to signal control,and v /c ratio
75
城市交通第7卷第4期2009年7月
交通需求的动态变化特性，决定了信号控制交叉口的布局型式只有满足静态适应性才能在此基础上分析加载交通需求的动态适应性。
2)通过对信号控制交叉口布局型式的适应度指标与延误、饱和度指标的相关性分析可知，应用适应度指标评价信号控制交叉口的服务水平具有可行性和有效性。
3)对信号控制交叉口的布局型式评价应综合静、动态指标进行分析，以便全面了解各相位下交叉口布局型式的适应性。静态适应度反映交叉口空间布局的适应性，动态适应度反映交叉口对交通需求的适应性。
4)交叉口的布局型式不能满足交通需求时，应从静态和动态两方面分析原因。
5)定量分析了主次干路相交的信号控制交叉口的适应度指标标值，其他等级道路相交的信号控制交叉口适应度指标值可根据本方法进行后续研究。
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相位2相位1相序绿灯时间/s 进出口车道通行能力/(pcu ·绿灯时间-1)
静态适应度B s β进口车道交通量及出口车道通行能力/(pcu ·绿灯时间-1)动态适应度B d β每车平均信控延误/s
v /c 比
C a β13V β11
C e β16
C e β16
C a β16V β17
C e β21
C e β21
C a β32V β45
C e β41
C e β41
C a β24V β24
C e β28
C e β28
C a β59V β90
C e β67
C e β67
C a β23V β28
C e β30
C e β30
130.688190.47
0.813100.7620.810270.62
180.7801.098420.79
230.8570.857290.65
350.8810.900310.72
120.7670.933350.82
相位3相位4相位5相位6表1北京东路—丹凤街交叉口布局型式适应度
Tab.1The applicability of intersection layouts at Beijing Donglu Rd.and Danfengjie street
安仁街(北)
丹凤街(南)
北京东路(西)
北京东路(东)
图2交叉口机动车车道分布情况示意图Fig.2Layout of traffic lanes at an intersection
123
456
图3交叉口信号相位示意图
Fig.3Signal phasing
76
徐志红，等：信号控制交叉口布局型式适应性评价
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