隨著城市化的進程，交通問題日益嚴峻，那么如何去緩解、解決這些問題呢？在第六屆中國智能交通市場年會的信號控制發展論壇上，同濟大學教授、博士生導師馬萬經打破常規，就非常規交叉口優化設計與控制進行了分享交流。

馬萬經首先通過土地資源緊張和人口聚集的形式展示了非常規交叉口優化設計與控制的研究背景，針對嚴峻的交通問題提出了沖突管理和挖掘潛力兩種對策思路，以此分享了實際案例中的解決方法。

馬萬經認為對策日趨尖銳的交通問題，從交叉口走向“交叉口+”具有重要意義。

以下為馬萬經演講全部內容

一、研究背景

城市交通問題日趨尖銳和復雜，城市化演變非常迅速，不僅是土地利用迅速緊張，也包括人口迅速聚集。當前和未來面臨快速城鎮化帶來的土地資源和人口聚集的特征，顯然是交通系統現在面臨很大挑戰的背景。

隨著經濟和機動化的發展，交通擁堵在很多城市成為一種常態，無論是單點還是由單點引申的一條干線甚至整個網絡的擁堵，是我們現在必須面對的問題?；蛟S可以考慮增加基礎設施，但中國機動車迅速增長，人均道路面積也在增加，如何高效利用有限的交通設施資源是世界共同面臨的重大課題。在這一背景下，非常規交叉口的設計與控制方法，變得非常具有價值和意義。 

二、對策思路

對于非常規交叉口的創新和發展，特別是交叉口的控制和設計層面，我認為有兩方面的主要思路。

第一是如何有效管理沖突。交通控制不是城市交通擁擠的原因，通行權的競爭才是最關鍵的，在有限的時空范圍內，我們怎么去處理那么多沖突，是進行非常規交叉口設計和優化的一個突破口。

第二是挖掘潛力。在很多情況下，交通設施沒有被充分利用。

比如這兩張圖，擁擠的設施和空閑的設施同時呈現。因此，在資源總量一定的情況下，如何提高設施在全是空范圍內的利用率，是非常規交叉口創新的另一個突破點。

三、典型案例

第一個很常見的管理沖突的辦法就是改變沖突交通流的通行規則，信號控制環形交叉口的產生就是一個經典的例子。最早的時候環島通行的規則叫無規則，既可以順時針轉也可以逆時針轉，大概從1906年開始，環島出現了逆時針繞行的規則，在1960年左右提出環島應該出環交通流優先通行。這其實就是一種通過通行規則的改變帶來對沖突管理思路的變化。 

很多研究說明環形交叉口的好處可以不停車，交通流可以平滑運行。但是問題在于如果環島出現上圖這種情況，這種死鎖是交織區內一進一出的沖突造成的，如何更有效管理交通流之間的沖突，成為解決這個問題的關鍵切入點。

進入環島和出環島的交織既然是擁堵的原因，于是我們考慮類比十字交叉口的沖突解決方案，通過設置信號燈來明確沖突交通流的通行權。由于每個入口\出口處都有沖突交通流，因此除了在進口道設置信號燈外，還要在環道上設置信號燈。設置信號燈之后，環島就變成了由四個關聯性極強的兩相位交叉口構成的交叉口群。

通過這個網絡圖能夠清楚的表達信號控制環形交叉口上所有的燈啟亮時間和綠燈時間長度的相互關系。在此基礎上，通過建模優化，就可以分別求出來每一個燈到底綠燈有多長。這個研究還進一步把進口道車道功能劃分納入優化過程，實現環形交叉口時空資源的集成優化。 

通過上圖我們可以看到，環島左轉待行區間可以類比成一個帶有預信號和短車道的交叉口進口道，在這個體系里面可以設計很多種策略。如果想讓左轉車在中央的地方不等待，就可以設計一個第一停車線和第二停車線的協調方案；如果不在乎它等待，只在乎通行能力的提升，就可以調整第一停車線和第二停車線的綠燈起步時距，讓左轉在環道重新排隊。上圖能看到環島在進口道上有只有一個左轉車道，在環島上有三個車道可以停車，通過協調優化，就可能會大幅度增加左轉通行能力。

第二改變沖突管理的辦法就是轉移分離沖突。

這是一個典型的交叉口案例，學名叫做連續流交叉口，是上個世紀提出來的，并且認為它是交通領域很重要的發明。

它的基本思路很簡單，路口有很多沖突點，先不考慮外圍的行人自行車，只考慮機動車沖突，對于正交沖突，如東西和南北沖突很難把它消除。但能不能把直行和左轉的沖突想辦法消除，消除之后交叉口通行效率就會提升，這是一個基本思路。 

這事我們針對這倆交叉口做的分布解析，在路段上左轉跨越了中央的分割帶，進入出口道，然后通過專門車道到路口，直行和左轉可以同時放行并且沒有沖突。換言之，其實是把左轉和直行的沖突從路口轉移到了路段，如果每個口都這么做，相當于把一個四相位的交叉口轉變成5個兩相位的交叉口，這是問題的本質。

它同時也會帶來非常復雜的問題，一旦這樣做了之后，直行有兩個停車線，過了交叉口之后很有可能在出口的地方停，雖然有兩個停車線并不意味著要停兩次，但是總會有潛在的瓶頸和排隊的風險。左轉實際上會有三個停車線，要跨越中央分流帶，在入口和出口都可能會遇到紅燈。

這種將沖突分解的方法實際上是有代價的，它需要詳細的處理好這些問題，我們做了其中一個工作，就是協調這些信號燈，比如說左轉有三個停車線，我們盡可能讓它在一次停車的約束下通過交叉口，這是一個相對比較復雜的問題。這事沖突管理的兩個思路。

在挖掘潛力方面，也有兩個角度。

第一是討論是提高進口車道的利用率。

一般交叉口我們會劃分車道功能，直行通行，左轉排隊，反過來，左轉通行，直行停車，如果在一個瞬間看，交叉口的進口道只有一部分用于綠燈放行。為了解決這個問題，預信號的方法被提出，在上海、深圳都有應用。 

上圖能相對簡單的說明思路，在交叉口停車線有一個信號燈，在上游路段放一個信號燈，兩個信號燈共同完成控制。 

在某個恰當的時間，左轉燈變成綠燈，左轉車會通過這個地方進入前面的等待區域，當交叉口左轉放綠燈的時候，所有的車道都可以被用來放行左轉，這其實就是它的基本邏輯，直行也是一樣。

有些城市也在使用，這個問題也同樣沒那么簡單。

上圖是分析預信號交叉口，有幾個點是需要注意。路段的信號燈放在什么位置上，放近了基本上沒有作用，放遠了無法克服中間的隨機性，要想提高通行能力必須有綜合待行區內的重新排隊，在這種模式下每一個直行和左轉車都要停兩次，通行能力才可能是最大的。問題就在于你能否做好信號協調，直行和左轉輪流使用這個區域，萬一有一輛直行車沒有過去，怎么辦？這個問題我們國家有人申請專利，加州大學伯克利分校學者做過很好的研究，我們也做了一些分析，關于怎樣去協調這些信號燈，讓體系能夠運行的更好。

第二個挖掘潛力的角度是不僅僅看到了直行和左轉車道交替使用帶來的浪費，更看到進口道和出口道利用率的不同，我們能不能在恰當的時候利用一下出口道提升它的通行能力。對于四相位控制的交叉口，是可以找到一段時間讓左轉車輛進入出口道并且不會有沖突的，于是就可以利用這段時間和這個車道清空交叉口的左轉，從而實現資源利用率的提升。

還有更多的案例，都是一些非常規的方法，在一定程度上可以解決資源不足問題，排隊空間不足問題，進出交通和主線相干擾的問題。

四、結論與展望

對策日趨尖銳的交通問題，從交叉口走向“交叉口+”具有重要意義。如何有效管理沖突、如何挖掘潛力，優化交叉口設計和控制是兩個非常重要的切入點。同時我們說的“非常規”應該異于平常，它的因素不僅僅是通行效率，可能和人、法律等多方面有關。

通行能力的改善僅僅是緩解交通的一個環節，而且本質上來講這種類型的方法都是只能“緩解”而很難“解決”交通問題。

但這種方法，為提升設施利用率提供了一類思路，雖然其適應新還有待進一步研究，但目前結果已經表明，至少在一些特定場景和情況下能夠起到很好的效果。也希望在交通設計控制等領域，不斷有新的成果涌現出來，為對策交通問題提供更好的方案。