1905年，世界上第一個環形交叉口——哥倫布環島建成於紐約市。因其在交通安全和環保方面的優良效能，環形交叉口開始被廣泛應用於交通界，國外學者對環形交叉口的研究也從此開始。
最初的環形交叉口沒有對道路進行渠化，也沒有入環讓行的理念，隨著對交通安全和通行能力的重視，學者開始對環島進行渠化設計和訊號控制。
以下是我對環島的交通管理各方面的一些理解，整理出來供同行參考。
1、環島交通組織管理及訊號控制方法
常見的環島根據中心島不同的直徑可分為常規、小型和微型環島；根據有無訊號控制可分為無訊號控制環島和有訊號控制環島；根據車道數可分為單車道、雙車道和多車道環島。
環島交通組織管理也可在環島行駛規則、環島組織形式與環島設計引數方面展開研究。最初的環島交通組織規則為“入環優先”，直到二十世紀七八十年代，歐洲和北美各國將規則轉變為“入環讓行”，優先考慮環道車輛駛出環島。
環形交叉口訊號控制在這一時期得到應用，入環車輛受到控制，各國對於環形交叉口的研究與應用也從傳統環形交叉口時期進入現代環形交叉口時期，並陸續釋出了相應的建設指南。
1997年，渦輪形環形交叉口被荷蘭學者提出，並於2000年建成，其在提高安全性和通行能力方面取得了巨大成功。這個成功案例讓渦輪型環形交叉口在荷蘭境內得到廣泛應用，同時啟發了其他歐洲和北美國家，用渦輪形環形交叉口代替傳統的雙車道環島。
渦輪型適用於三支路與四支路環形交叉口，根據道路交通量不同有五種分類：基本形、蛋形、膝蓋形、螺旋形和轉子形，三支路渦輪形環形交叉口還有第六類：星形。
渦輪形環形交叉口要求車輛在環道上行駛過程中不變道，只能在規定的虛線處變道，使得不同方向的車流被分離，減少了交叉衝突。
後來，學者們受到其設計思路的影響，相繼提出了多種新型環形交叉口組織形式，如淚滴形環形交叉口、花環形環形交叉口、雙環形環形交叉口、衛星島式環形交叉口等。
通行能力計算結果直接影響著環島半徑、環道寬度、交叉口車道寬度等設計引數的選取。早期的環島通行能力計算大都基於交織區理論。
1989年，基於間隙接受理論的環形交叉口通行能力計算方法被提出；1980至2000年間，英國、瑞士、德國、法國和美國陸續提出了不同的經驗迴歸模型；二十一世紀初，出現了基於軟體模擬的計算方法。
目前有關環島設計引數的研究主要是對上述三種計算方法的創新，考慮了更多影響因素，使模型更趨近於真實情況。
環形交叉口的訊號控制方法在1971年被提出，於1974年被應用到倫敦Robin Hood環形交叉口。最初的訊號控制是間接控制，只對入環車輛進行控制，到了1980年，直接控制法被應用於英國諾丁漢市中心的一個三路環形交叉口，該方法是對入環車輛和繞環車輛都進行訊號控制。
1992年，環形交叉口訊號控制方法被分為定時控制和感應控制。上世紀90年代初，國內部分環形交叉口通行能力難以滿足日益增長的交通量，國內開始對其採用二相位控制法，此方法雖然提升了通行能力，但並未消除繞環車輛與入環車輛之前的交通衝突。
為了解決該問題，2003年楊曉光等人提出了3種適用於環形交叉口交通控制的基本模式，其中左轉二次控制方法透過增設環道燈和第二停止線對左轉車輛進行第二次控制，使左轉車輛收到兩次放行指令後經過環島，消除了左轉車輛與對向直行車輛的衝突，該方法在提出後不僅便被成功應用於廈門蓮坂環形交叉口。
（左轉二次控制方法幾何設計）
目前國內外學者在訊號控制方面的研究主要集中在：
（1）擴大控制範圍，在完成單點訊號控制的基礎上，向上遊拓展，擴大協調控制範圍；
（2）構建多目標最佳化模型，傳統的最佳化模型一般以最小平均延誤為最佳化目標，而多目標最佳化模型除了考慮最小平均延誤，還會將行人延誤、停車率、交通排放等因素作為最佳化目標，尋求各方面的平衡；
（3）考慮其他道路條件，如考慮公交優先或環島儲存區容量以及繞環交通量等其他道路條件，提出適應性模型。
2、環形交叉口最佳化設計的新做法
一般情況下，高峰時段的環島會達到飽和或過飽和狀態，我們對其進行最佳化主要考慮兩方面，一是提高環島通行能力，二是在飽和或過飽和狀態下，透過交通組織設計以及訊號控制方案維持交通秩序，保證環島穩定執行。
針對上述兩方面，筆者所在的團隊提出了一些新的設計方案。
1、考慮交通排放的控制方法。選取濟南市萊蕪區文化路—魯中大街環形交叉口作為模擬驗證交叉口，在 VISSIM 中建立模擬路網，將實地調查資料作為模擬路網輸入資料。
（文化路—魯中大街交叉口）
將環形交叉口內的車輛執行速度和加速度作為輸入引數，基於VT-micro模型，建立單個車輛執行過程中的交通排放量模型，並根據測得的環形交叉口交通量資料，對交叉口內所有單個車輛的交通排放量進行累加，進而提出了環形交叉口相關交通排放指標的排放量計算模型。
採用單重二相位控制的車輛放行策略，對最簡訊號週期計算公式進行改進，得到環形交叉口的訊號週期計算公式。
藉助建立的環形交叉口交通排放量計算模型預測未來狀態下的交通排放量，建立不同權重的車輛延誤和交通排放量疊加的目標函式，對目標函式求解得到最優綠信比，並作用於當前時段，將時間軸向前推進以實現滾動最佳化，得到訊號控制在時間意義上的區域性最優解。
基於萊蕪市文化路—魯中大街環形交叉口真實資料進行交通模擬，對環形交叉口採用自適應交通訊號控制。並對模擬結果中的交叉口延誤及車輛的一氧化碳和氮氧化合物排放量進行測算，以驗證提出的控制方法對於環形交叉口的控制效果是否具備有效性。
（不同控制方案下的車輛延誤對比）
（不同控制方案下的排放量對比）
透過對比兩圖中權重為 0。5 的曲線可以發現，當給予兩種指標相同的權重時，其控制結果會出現一定的折衷現象，即將降低排放與減小延誤作為同等的目標追求程度時，控制結果會出現二者均降低的情況，得到降低排放和減少延誤之間的平衡。
2、環島與上游訊號交叉口協調控制。環形交叉口雖然是一個獨立的個體，但其承載的交通量與上下游交叉口之間有著密不可分的聯絡。
由於入環車流來源於上游交叉口的輸入，而出環的車流則會流向下游的交叉口，因此，如果能利用上下游交叉口與環島交叉口進行協調控制，適當調整流入環島的交通量和流出環島的車流暢通程度，則會大大降低環島擁堵的機率，從而有效提升環道的通行效率。
我們選取了濟南市萊蕪區文化路—魯中大街環形交叉口作為協調控制主體，與其相鄰的四個交叉口分別是文化路—汶陽大街交叉口、文化路—鵬泉南街交叉口、魯中大街——長勺西路交叉口和魯中大街—花園東路交叉口。
（協調控制研究範圍）
協調控制機制在環島未出現出、入環擁堵情況時，處於休眠狀態，一旦發生環島出、入環擁堵，則需要啟動協調控制模式。透過搭建模擬平臺，驗證多支路環形交叉口與上游交叉口之間的協調控制最佳化的效果，下表為經過模擬得到的環島以及上游各交叉口的實際通行車輛和延誤的對比結果。
（協調最佳化效果對比）
根據上面的結果對比可以發現，單從環島處來看，協調最佳化後，環島的通行流量有了提升，延誤水平也下降了；整體上看，上游交叉口的執行沒有受到影響，依然保持在原有水平附近。因此，多支路環形交叉口與上游交叉口的協調控制方法能在保證上游交叉口正常執行的同時，提升環島的執行效率。
3、漸次駛離。南湖廣場交叉口位於吉林省長春市，是一個五路環形交叉口，在早晚高峰時段處於過飽和狀態，交通擁堵嚴重。
（南湖廣場交叉口）
對其進行最佳化主要有三個角度：通行權分配及通行時間的最佳化以最大限度利用已有交通條件發揮最大交通效益，這裡主要是交通渠化和配時方案最佳化措施；進一步減少交通衝突點提升安全性，這裡主要指透過控制手段將主幹交通壓力車流與島內交通流隔離；利用上下游交叉口紅波控制限制進入環島的交通量，主要指幹線協調控制措施。
結合交叉口執行現狀，將最佳化配時方案作為方案1、各進口道聯動控制作為方案2、取各進口道輸入流量的90％作為紅波控制的交通需求輸入、將寬平大路與前進大街設定相鄰道路專用右轉車道作為方案3、增設延安訊號作為方案4、增設環道燈作為方案5以及各改進措施的組合作為其他方案。
我們根據實地調查獲取的資料建立了區域微觀交通模擬模型，透過多次執行VISSIM模擬，輸出幾種方案的效益引數（透過車輛數、平均延誤、平均排隊長度、平均停車次數）。
（交通組織各方案效益指標對比）
針對存在的問題分析改善措施，並以交通模擬的方式評價設計方案的有效性。發現：（1）南湖廣場交叉口交通問題根源在於交通供給與需求矛盾突出；現狀的交通管理與控制措施得當，較為充分地利用了現有的道路與交通資源。後續改善可針對該交叉口進行交通組織最佳化與設計。
（2）從系統的角度出發，可考慮進行南湖廣場上下游交叉口綠波協調聯動控制；將附近區域考察進來進行交通組織微迴圈；以及根據南湖廣場交叉口交通壓力在快速路出入口匝道進行路徑誘導，施行控制與誘導協同。
（3）高峰期間，島內交通流執行秩序較為混亂，刮擦事故頻發，對島內交通正常行駛影響較大。建議加強駕駛人安全行車教育，強化島內違章、違法監控，保障駕駛人行車安全，減少不必要的人身傷亡和財產損失。
（4）建議將環島內的公交停靠站設定在路線的對應出口道位置，避免公交停靠、上下客等對於環島通行能力的損耗。
（5）建議完善行人訊號燈設定及維護工作，保障行人通行安全。
（6） 對於交叉口訊號控制應注意定期最佳化配時方案，以達到較優控制效果。
（7）經實際調研及模擬評價，可考慮對環島新增環道燈。
為了儘可能地保障交通流安全、有序通行，提升交通供給質量，採用漸次駛離的思想，從車道“一對一”角度進行渠化設計，明確每條車道的通行權；
為避免交織衝突減少交織段長度，進行交通流路徑螺旋離心式設計，明確規定進口道每條車道的行駛路徑，將交織衝突限於進口道與環島相交的較小區域內；
在前進大街、寬平大路、東南湖大路三處進口道設定環道燈，進一步將交通衝突空間分離，並對環道燈進行協調聯動控制，在衝突空間分離的基礎上精細化設計訊號控制方案。
具體做法是：將環道分為八車道，各進口道也為八車道。根據目標支路不同，將進口道兩兩一組共分為四組，且根據前往四個目標支路的繞行距離，由遠至近依次排列並進行標註。
根據上述方法對每個進口道進行標註，標註範圍是各進口道至下一個進口道前，至此，各進口道與五段環道上已有不同的目標支路標註。
車輛即將駛入環島時，根據目的地不同分流駛過四組進口道，走上四組環道，最右側一組車道上的車輛在下一個出口道駛出，其餘三組車道向右側平移兩個車道並在環道燈的控制下與該處入環車輛交匯。
車輛透過環島時只能按固定的的進口車道及島內車道行進，每經過一個進口道便向外側移動一個車道，距離目標出口道越近時，車輛佔道越靠近外側，直至駛出環島。
漸次駛離這種方法在車流量較大的情況下保證了環島的通行秩序和執行的穩定性，顯著提高了環島的執行效率和人們的出行體驗，但應用時須考慮該處環島通行車輛對下游交叉口執行造成的壓力，避免發生排隊溢位和鎖死現象。
（南湖廣場交叉口最佳化方案路線規則）
3、展望
從傳統環形交叉口轉變為現代環形交叉口，最後過渡至訊號控制環形交叉口，國外共經歷了幾十年，而國內的建設起步較晚，跳過了傳統環形交叉口的發展階段，直接進入現代環形交叉口階段。
這導致國內外對於環形交叉口控制模式的選擇存在一定的差異，國內出行者對於入環讓行的理念也比較陌生，少有人做到入環讓行。這需要廣大交通參與者共同努力，把這一規則記在心中落到實處，讓環島執行更加高效，減少發生擁堵的可能。
在環形交叉口最佳化過程中，不同的交通組織設計應搭配與其相適應的訊號控制方案，同時考慮環島通行能力改變對周邊路網和交叉口的影響，這樣才能最大限度提升通行能力，緩解交通擁堵問題。至於環形交叉口的未來研究，研究學者可以嘗試從以下方面進行考量：
（1）基礎設施創新如何與交通創新結合，選擇更好的設計方案。在環形交叉口的結構設計方面難有創新的情況下，可在交通渠化設計方面進行創新，結合導流島佈置嘗試提出新的設計方案。
（2）考慮與上下游聯動，進行協調最佳化，達到區域最優。如果只考慮環島的單點訊號控制，可能會對下游交叉口帶來過大的交通量，造成擁堵，排隊車輛溢位，同時會影響到環島及上游的交叉口的執行。可對上下游多路口進行協調控制，尋找使整體執行效率達到最優的控制方案。
（3）將環形交叉口看做多個T形交叉口結合形成的閉環，設定執行秩序，保證高峰時段車流量達到飽和後車輛能夠有序的通行。
（4）目前國內學者對自適應控制研究較多，但在應用方面難度較大。國內環島訊號控制方法以定時控制為主，少部分城市應用了感應控制，學者們可在感應控制的應用方面尋求新的突破。
作者簡介：於德新 現為集美大學交通運輸學科教授、領軍人才；信控中國俱樂部會員；曾任吉林大學ITS研發中心主任、吉林省智慧交通工程研究中心主任。
