基于設(shè)置直行待行區(qū)的平面信號交叉口交通改善研究

陸振中

(無錫市政設(shè)計研究院有限公司，江蘇無錫 214072)

0 引言

平面交叉口是城市道路的“咽喉”，道路交通在平面交叉口進行合流、分流，交叉口的擁堵問題往往是由點發(fā)展到線，再由線發(fā)展到面，甚至有可能導(dǎo)致整個路網(wǎng)的癱瘓[1]。也就是說，整個城市的路網(wǎng)交通運行質(zhì)量與交叉口的通行能力有著不可分割的聯(lián)系[2]。因此，如何合理設(shè)計交叉口直行待行區(qū)，對減少交叉口延誤和交通事故，提高交叉口的通行能力，避免交通擁堵，都有重大的現(xiàn)實意義。

國內(nèi)外很多學者對平面交叉口直行待行區(qū)的設(shè)置問題進行了大量研究。Ousama[3]研究表明設(shè)置左轉(zhuǎn)專用車道的交叉口可以有效地組織進入交叉口的左轉(zhuǎn)車流。高樹曉[4]結(jié)合實例針對直行待行區(qū)二次啟動燃油消耗、尾氣排放增加以及對人體健康的影響等相關(guān)問題進行了研究。尚德申等[5]對直行待行區(qū)的設(shè)置方法進行了研究，并針對仿真輸出的交通運行參數(shù)進行分析，得出交叉口的運行效益。楊明[6]在靜態(tài)和動態(tài)的兩種研究方法的基礎(chǔ)上，首次提出了直行待行區(qū)信號交叉口增加的通行能力的計算公式，并針對典型交叉口通過模擬計算驗算了公式，為待行區(qū)的應(yīng)用提供了理論支撐。研究表明，設(shè)置左轉(zhuǎn)和直行待行區(qū)的路口，可以平均提高路口的通行能力8%～10%。

本文總結(jié)了平面交叉口直行待行區(qū)的設(shè)置條件，結(jié)合調(diào)研的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對平面交叉口直行待行區(qū)的設(shè)計過程進行了詳細闡述，并通過Vissim對比分析直行待行區(qū)設(shè)置前后的仿真效果。

1 直行待行區(qū)的設(shè)置原則和應(yīng)用條件

1.1 直行待行區(qū)定義

直行待行區(qū)是在直行機動車停車線前施劃一塊區(qū)域作為等待區(qū)，當相交道路左轉(zhuǎn)信號燈綠燈亮時，直行機動車隨著左轉(zhuǎn)彎車輛同時或延后一段時間進入交叉口，運行至路口內(nèi)的一條或多條待行區(qū)車道中，待直行綠燈亮時再通過交叉口。

直行待行區(qū)無需再對現(xiàn)狀路口進行改造，只需在現(xiàn)狀路口劃分待行區(qū)標線，并增加待行區(qū)信號。直行待行區(qū)既無需增加直行相位的有效綠燈時間和直行進口車道數(shù)，又充分利用交叉口的路口區(qū)域，減少直行信號的時間，使交叉口的整個待行周期縮短。這樣的放行過程可以看作是時間和空間相互轉(zhuǎn)換的結(jié)果，在利用平面交叉口時空資源增加一個相位內(nèi)車輛通過交叉口的數(shù)量的同時，又利用交叉口內(nèi)道路空間增加了路口蓄車能力，從而提高了通行能力，且無需信號燈管理和工程性改建。

1.2 直行待行區(qū)的設(shè)置條件

直行待行區(qū)設(shè)置的基本思想是充分利用交叉口的時空資源，讓下一相位的車輛在不影響上一相位的情況下，在紅燈末段提前進入交叉口等待，從而增大交叉口的通行能力。其設(shè)置應(yīng)具備以下幾個條件：

（1）為了確保有足夠的車道數(shù)和直行待行區(qū)長度，盡可能選擇干道與干道相交的平面交叉口，且優(yōu)先將待行區(qū)設(shè)于次干道上；

（2）設(shè)置直行待行區(qū)的進口處必須有專用的左轉(zhuǎn)車道；

（3）進口車輛直行交通量較大，直行占整個交叉口流向流量的比例足夠大；

（4）與相鄰交叉口間距足夠，且相鄰交叉口具有相應(yīng)的消化能力，防止拖尾與待行形成堵塞；

（5）十字平面交叉口在無禁令措施條件下的信號配時至少為四相位；

（6）待行區(qū)設(shè)置時不得封閉交叉口內(nèi)任一方向的進、出口，應(yīng)為特種車輛在交叉口內(nèi)的通行預(yù)留空間。

2 直行待行區(qū)的交通組織

2.1 渠化設(shè)計

渠化是通過導(dǎo)流島與路面標線相結(jié)合的方式，以分隔或控制沖突的車流，使之進入一定的路線，從而滿足平面交叉的基本要求。目的是通過渠化來減少沖突或明確分開沖突，控制交通流，調(diào)整沖突角度，減少不必要的路面鋪裝。經(jīng)過渠化設(shè)計的平面交叉在時間、空間上得到了充分利用，提高了交叉口的通行能力，并增加了其安全性[7]。

常用的渠化方法有拓寬進口道、在交叉口內(nèi)部設(shè)置左轉(zhuǎn)導(dǎo)流線、設(shè)置渠化島及在人行道拐角處作無障礙處理等等。

2.2 信號控制設(shè)計

交叉口信號控制中，最大的問題是左轉(zhuǎn)與對向直行的沖突，因此，可以通過優(yōu)化直行待行區(qū)信號相位來解決直行進口車道利用率以及周期過長等一系列問題。通常，直行待行區(qū)信號相位設(shè)置主要有兩種：一是先直行后左轉(zhuǎn)時的直行待行區(qū)設(shè)置，二是先左轉(zhuǎn)后直行的直行待行區(qū)設(shè)置。前者信號相位通常是“直左直左”布局，左轉(zhuǎn)相位時，相交道路直行車輛進入待行區(qū)，待直行相位開啟時離開交叉口；后者信號相位通常是“左直左直”布局，左轉(zhuǎn)相位時，該方向直行車輛進入待行區(qū)，待直行相位開啟時離開交叉口。

設(shè)置直行待行區(qū)的進口道設(shè)有直行相位，與其相鄰的進口道有專左相位。信號控制為相鄰進口道先左轉(zhuǎn)，而后該進口進入直行待行，待相鄰進口左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束后，該進口綠燈亮起。

3 實例分析

3.1 交叉口基礎(chǔ)概況

以重慶市某典型的十字交叉口為例，該交叉口為四相位交叉口，第一相位為西進口直行25 s，左轉(zhuǎn)17 s，第二相位東進口直行23 s，左轉(zhuǎn)15 s，第三相位為南進口直行30 s，左轉(zhuǎn)15 s，第四相位為直行30 s，左轉(zhuǎn)15 s。高峰小時流量及相位示意如圖1所示，未設(shè)置直行待行區(qū)前路口的一些仿真參數(shù)如表1所示。

圖1 交叉口交通流量及相位示意圖

表1 設(shè)置直行待行區(qū)前路口仿真數(shù)據(jù)

3.2 交叉口直行待行區(qū)的交通組織

3.2.1 直行待行區(qū)設(shè)計

直行待行區(qū)的設(shè)置是建立在相鄰進口道有左轉(zhuǎn)專用相位的基礎(chǔ)上，設(shè)在直行專用車道前端，伸入交叉口內(nèi)部，伸入長度應(yīng)保證在此范圍內(nèi)待行的直行車輛不與相鄰進口左轉(zhuǎn)車輛發(fā)生沖突。

交叉口的進口道面積為38×48（m2）區(qū)域，東西向進口道間距為48 m,南北向進口道的間距是38 m。根據(jù)調(diào)查的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，交叉口東西向直行交通量較大，直行出現(xiàn)了二次排隊情況，而且交叉口的空間較大，可以設(shè)置直行待行區(qū)。依據(jù)交叉口直行待行區(qū)的設(shè)置條件，在東西方向進口道處設(shè)置直行待行區(qū)。

3.2.2 渠化設(shè)計與信號控制

根據(jù)交叉口的調(diào)查現(xiàn)狀：西進口直行交通量為780 pcu/h，占整個西進口斷面流量的85.5%；東進口直行交通量為648 pcu/h，占整個東進口斷面流量的67.5%；南北進口的直行交通量為306 pcu/h、294 pcu/h。事實上南北進口的直行時間比東西向長?？紤]其它轉(zhuǎn)向的流量比例，優(yōu)化后的相位變?yōu)椋旱谝幌辔荒媳毕蜃筠D(zhuǎn)18 s，第二相位為東西向直行32 s，第三相位為東西向左轉(zhuǎn)25 s，第四相位為南北向直行24 s。

東西向直行流量比例較大，且右轉(zhuǎn)的交通量較小，因此將右轉(zhuǎn)車道改成直右混行車道，同時將安全島進行相應(yīng)變更。由于在東西進口道設(shè)置了直行待行區(qū)，故增加了東西直行次相位，紅燈結(jié)束時間與南北左轉(zhuǎn)結(jié)束時間一致，綠燈結(jié)束時間與東西直行綠燈結(jié)束時間一致，實現(xiàn)南北左轉(zhuǎn)時東西直行車輛進入直行待行區(qū)。

3.3 基于Vissim的交叉口仿真

針對設(shè)置直行待行區(qū)及渠化后的交叉口,以交叉口地形、實地調(diào)查流量數(shù)據(jù)、信號配時等作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行建模，并用Vissim進行仿真。仿真建模時，東西進口道處設(shè)置了直行待行區(qū)，東西直行右轉(zhuǎn)變?yōu)橹庇一煨?，同時增加了東西直行次信號控制器，如圖2所示。

圖2 直行待行區(qū)仿真圖

在該交叉口設(shè)置直行待行區(qū)，并進行渠化設(shè)計和交通信號優(yōu)化控制，如圖3所示。

圖3 優(yōu)化后的交叉口示意圖

對優(yōu)化后交叉口的仿真結(jié)果見表2。

將表1和表2進行對比，交叉口東西進口處設(shè)置直行待行區(qū)后，飽和度有所降低，除了延誤指標以外，延誤、排隊長度、停車次數(shù)等幾個指標都較未設(shè)置直行待行區(qū)時有所改善，尤其是東西進口道設(shè)置直行待行區(qū)后，東西進口道的延誤明顯減少很多。

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4 結(jié)語

交叉口是城市路網(wǎng)擁堵的關(guān)鍵，改善交叉口運行質(zhì)量有利于提高交叉口的通行能力，減少交通事故。設(shè)置平面交叉口直行待行區(qū)可以從時間和空間上來提高交叉口通行能力。文章首先介紹了交叉口直行待行區(qū)的含義及設(shè)置的條件，結(jié)合實例對直行待行區(qū)的渠化設(shè)計和信號控制設(shè)計進行了研究，最后采用Vissim進行了仿真，并結(jié)合Vissim仿真分析得到的交通參數(shù)進行分析。仿真分析結(jié)果表明，在交叉口設(shè)置直行待行區(qū)后，交叉口的延誤和通行能力等都有明顯的改善，優(yōu)化結(jié)果比較顯著。平面交叉口設(shè)置直行待行區(qū)，可從時間和空間上提高交叉口通行能力，減少交叉口信號周期，解決交叉口擁堵問題。

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[3]Shebeeb,Ousana Safety and efficiency for exclusive Left-turn lanes at signalized intersections[J].Institute of Transportation Engineers,1995,65(7):50-56.

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[6]楊明.直行待行區(qū)平面交叉口交通組織及通行能力研究[D].武漢：武漢工業(yè)學院，2009.

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