四路交叉口左轉(zhuǎn)專用信號配時(shí)改進(jìn)方法研究★

李 銳 曹 怡

(河海大學(xué)土木與交通學(xué)院，江蘇 南京 210098)

四路交叉口左轉(zhuǎn)專用信號配時(shí)改進(jìn)方法研究★

李 銳 曹 怡

(河海大學(xué)土木與交通學(xué)院，江蘇 南京 210098)

通過分析機(jī)動(dòng)車左轉(zhuǎn)車流在四路交叉口中的交通流特性，從交叉口左轉(zhuǎn)車流運(yùn)行特征出發(fā)，構(gòu)建了交叉口左轉(zhuǎn)專用相位信號配時(shí)模型，并在此基礎(chǔ)上提出改進(jìn)策略，結(jié)合紹興市交叉口實(shí)際案例，闡述了該方法的應(yīng)用情況。

四路交叉口，左轉(zhuǎn)專用相位，信號配時(shí)，優(yōu)化

在城市道路交通系統(tǒng)中，城市的交叉口是關(guān)鍵，交叉口不僅是道路網(wǎng)中通行能力的瓶頸，而且還是道路交通事故高發(fā)區(qū)域。日本大城市中的機(jī)動(dòng)車在市中心的行車時(shí)間約1/3花在平面交叉口上；美國交通事故約有一半以上發(fā)生在交叉口。我國城市道路交叉口處的交通延誤和交叉口范圍內(nèi)交通事故數(shù)量也呈逐年上升的趨勢，因此對城市交叉口的研究將大大改善交叉口范圍內(nèi)的交通運(yùn)行質(zhì)量及安全狀況。四路交叉口在城市交叉口中占有很大的比例，在四路交叉口中左轉(zhuǎn)車流對交叉口影響最大。左轉(zhuǎn)車流不僅是產(chǎn)生沖突點(diǎn)的主要因素，而且也給對向直行車流的通行造成極大的影響，因此如何減少左轉(zhuǎn)車流對交叉口的影響成為提高交叉口通行效率及安全狀況的主要問題。從20世紀(jì)60年代起，國內(nèi)外學(xué)者[1-3]就開始針對信號交叉口左轉(zhuǎn)車流特性進(jìn)行研究，并在左轉(zhuǎn)信號設(shè)置條件、左轉(zhuǎn)信號設(shè)置優(yōu)化方法、左轉(zhuǎn)信號協(xié)調(diào)控制等多個(gè)方面取得了一定的研究成果。本文將在充分參考前人研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合四路交叉口左轉(zhuǎn)車流特性，提出交叉口左轉(zhuǎn)專用車道信號配時(shí)的簡易方法，并對交叉口范圍內(nèi)左轉(zhuǎn)車流交通控制進(jìn)行優(yōu)化，最后結(jié)合工程實(shí)例進(jìn)行分析說明。

1 左轉(zhuǎn)專用相位綠燈時(shí)間設(shè)置方法

本文將重點(diǎn)研究交叉口左轉(zhuǎn)專用相位信號設(shè)置方法。左轉(zhuǎn)專用相位有前置和后置兩種，前置左轉(zhuǎn)相位指在交叉口對向沖突直行車輛前放行左轉(zhuǎn)車流；后置左轉(zhuǎn)相位指在交叉口對向沖突直行車輛后放行左轉(zhuǎn)車流。通常情況下，后置左轉(zhuǎn)車道的啟動(dòng)損失比前置左轉(zhuǎn)車道的啟動(dòng)約少1 s[4]。

現(xiàn)有信號燈相位設(shè)計(jì)公式[5]計(jì)算：即通過計(jì)算交叉口進(jìn)口道有效交通量來計(jì)算交叉口信號周期，進(jìn)而對各相位綠燈時(shí)間進(jìn)行分配。

(1)

(2)

其中，Ve為等效交通量；V為交叉口進(jìn)口實(shí)際交通量；H為公交車、貨車車輛數(shù)；L為左轉(zhuǎn)車輛數(shù)；n為進(jìn)口有效車道數(shù)；T為周期時(shí)間；P為相位數(shù)。

這種方法計(jì)算過程簡單，但是該方法沒有考慮專用轉(zhuǎn)向車道的交通情況，因此對有左轉(zhuǎn)專用相位的交叉口信號配時(shí)效果有待進(jìn)一步提升。在對交叉口信號配時(shí)原理進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，提出改進(jìn)方法，并構(gòu)建出一種更適合于左轉(zhuǎn)專用相位的信號配時(shí)計(jì)算模型。

有左轉(zhuǎn)專用相位的四路信號交叉口，一般分為兩類：一類是交叉口有專用右轉(zhuǎn)車道；另外一類是交叉口沒有專用右轉(zhuǎn)車道，僅僅有左轉(zhuǎn)專用車道。對于這兩類交叉口應(yīng)該分別考慮。

對于有右轉(zhuǎn)專用車道的交叉口，其等效交通量為：

(3)

對于沒有右轉(zhuǎn)專用車道的交叉口，其等效交通量為：

(4)

其中，V東s，V東r，V東l分別為交叉口東進(jìn)口機(jī)動(dòng)車直行、右轉(zhuǎn)、左轉(zhuǎn)的當(dāng)量交通量(其他方向當(dāng)量交通量同此)；V東sr為交叉口東進(jìn)口機(jī)動(dòng)車直行與右轉(zhuǎn)當(dāng)量交通量(其他方向當(dāng)量交通量同此)；al為左轉(zhuǎn)車輛等效交通量修正系數(shù)，它與左轉(zhuǎn)車輛通過交叉口的距離和速度有關(guān)，對于交叉口范圍內(nèi)4個(gè)方向?qū)挾炔顒e不大的情況下，al一般取1.1；對于交叉口范圍內(nèi)4個(gè)方向?qū)挾炔顒e很大的交叉口，al的取值需要重新確定。

接下來，利用式(2)來計(jì)算交叉口信號周期，對于4相位，隨著等效交通量的增大，周期增加速度很快，對于周期大于120 s的計(jì)算結(jié)果，應(yīng)該進(jìn)行修正。最后，根據(jù)每個(gè)相位的不同等效交通量(左轉(zhuǎn)專用相位的等效交通量為alVl/nl)分配綠燈時(shí)間。對于周期內(nèi)黃燈時(shí)間的選取，一般可以取2 s～4 s。

與傳統(tǒng)方法相比，本文將更加關(guān)注交叉口等效交通量中左轉(zhuǎn)車流等效流量的研究過程。因此，將通過分析左轉(zhuǎn)車輛對直行車輛之間的影響，確定交叉口左轉(zhuǎn)車輛等效流量的影響修正系數(shù)，并考慮左轉(zhuǎn)車流通過交叉口時(shí)各時(shí)間因素的影響修正。

2 左轉(zhuǎn)專用信號相位設(shè)置優(yōu)化策略

在之前研究的綠燈時(shí)間設(shè)置方法的基礎(chǔ)上，還可以從以下三個(gè)方面對交叉口左轉(zhuǎn)專用相位的信號控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化：

1)增設(shè)左轉(zhuǎn)專用車道。對于左轉(zhuǎn)車流量較大的交叉口，在道路條件和經(jīng)濟(jì)條件允許的情況下，可以通過增加左轉(zhuǎn)專用車道的數(shù)量來達(dá)到快速、高效分流左轉(zhuǎn)車輛的目的。

2)設(shè)置左轉(zhuǎn)車輛等待區(qū)。通過設(shè)置左轉(zhuǎn)車輛等待區(qū)，可以增加交叉口處左轉(zhuǎn)專用車道的長度，故可以使更多的左轉(zhuǎn)車輛進(jìn)入左轉(zhuǎn)車道等待通過交叉口；另一方面，左轉(zhuǎn)等待區(qū)的設(shè)置可以減少左轉(zhuǎn)車輛通過交叉口的距離，從而減小左轉(zhuǎn)車輛修正系數(shù)，縮短交叉口信號周期，使得整個(gè)交叉口的運(yùn)行效率提高。

3)合理選擇設(shè)置前、后置左轉(zhuǎn)專用信號相位。在機(jī)動(dòng)車流高峰時(shí)段，較大的左轉(zhuǎn)與直行車輛到達(dá)車流將會(huì)對交叉口通行造成較大壓力，如果在一個(gè)周期內(nèi)僅有一個(gè)左轉(zhuǎn)綠燈相位，往往會(huì)造成左轉(zhuǎn)車道被直行車道阻塞或者左轉(zhuǎn)車輛排隊(duì)溢出，阻塞相鄰直行車道的情況。對此，可以考慮增加左轉(zhuǎn)專用相位在整個(gè)信號周期中出現(xiàn)的次數(shù)來解決，即在一個(gè)信號周期內(nèi)設(shè)置前置和后置2個(gè)左轉(zhuǎn)專用相位來滿足左轉(zhuǎn)車輛的交通需求。

3 實(shí)例應(yīng)用

以紹興市中興路—?jiǎng)倮麞|路交叉口改善設(shè)計(jì)為例，研究四路交叉口左轉(zhuǎn)車道設(shè)置及專有信號相位優(yōu)化措施。

結(jié)合紹興市中興路—?jiǎng)倮麞|路交叉口現(xiàn)狀交通特征情況(如圖1所示)，將從交叉口組織設(shè)計(jì)和信號配時(shí)兩個(gè)方面對交叉口進(jìn)行改造。在交叉口組織設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)方案對東西方向車道進(jìn)口進(jìn)行拓寬，增加了一條左轉(zhuǎn)專用車道，并且對交叉口進(jìn)行了合理的交通渠化，此外，方案還對交叉口范圍內(nèi)交通標(biāo)志、標(biāo)線進(jìn)行了完善，方案設(shè)計(jì)參見圖2。

對于該交叉口信號配時(shí)設(shè)計(jì)優(yōu)化，將利用中興路—?jiǎng)倮麞|路交叉口機(jī)動(dòng)車交通流量實(shí)際觀察數(shù)據(jù)(如表1所示)，結(jié)合上述信號燈配時(shí)方法對交叉口進(jìn)行信號配時(shí)，配時(shí)方案如圖3所示。

表1 中興中路—?jiǎng)倮麞|路交叉口高峰小時(shí)交通流量流向表

借助VISSIM軟件對交叉口進(jìn)行模擬仿真分析，本方案在車均通行效率、左轉(zhuǎn)車輛通行效率方面均比交叉口原配時(shí)方案有所提升。

4 結(jié)語

通過對四路交叉口左轉(zhuǎn)專用相位信號配時(shí)方案及改進(jìn)措施的研究，形成了以下一些研究成果：

1)通過對交叉口左轉(zhuǎn)車流特性的研究，簡要提出了設(shè)置左轉(zhuǎn)專用車道和左轉(zhuǎn)專用信號相位的基本要求，并對其進(jìn)行評價(jià)。

2)在對左轉(zhuǎn)車流特征及現(xiàn)行信號配時(shí)方法研究的基礎(chǔ)上，重新調(diào)整了配時(shí)方法中左轉(zhuǎn)車流量修正系數(shù)al的取值，提出了更加符合有左轉(zhuǎn)專用相位的信號交叉口的信號配時(shí)公式。

3)以紹興市中興路—?jiǎng)倮麞|路交叉口設(shè)計(jì)改造為例，從交通組織設(shè)計(jì)和信號配時(shí)優(yōu)化兩方面對四路交叉口左轉(zhuǎn)車道配時(shí)及其優(yōu)化應(yīng)用過程進(jìn)行了說明。

[1] Kell J H,Fullerton I J.Manual of signal design[M].Washington D C:Prentice-Hall,Inc,1982.

[2] LI Zhenyang.Dynamic left-turn phase optimization using fuzzy logic control[D].Knoxville:The University of Tennessee,2004.

[3] 馬萬經(jīng)，楊曉光.信號控制交叉口群左轉(zhuǎn)交通協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)方法[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2008，36(11)：1507-1511.

[4] David A.Novcy,Daniel B.Fambro,Kent C.Kacir.Traffic Characteristics of Protected/Permitted Left-Turn Signal Displays.79th Annual Meeting of the Transportation Research Board,Washington DC:2000.

[5] 王 煒，過秀成.交通工程學(xué)[M].南京：東南大學(xué)出版社，2000.

Traffic signal improvement for left-turn phase at 4-lagged intersection★

Li Rui Cao Yi

(CollegeofCivilandTransportationEngineering,HohaiUniversity,Nanjing210098,China)

According to analyze the characteristic of left-turn traffic volume at 4-lagged intersection, construct the traffic signal model with left-turn phase for 4-lagged intersection, then optimal improvements strategy is introduced, at last, traffic signal improvement for left-turn phase at 4-lagged intersection is used with the tested intersection of Shaoxing city.

4-lagged intersection， left-turn phase， signal timing， optimization

2015-04-03

李 銳(1984- )，男，博士，講師

1009-6825(2015)17-0110-03

U412.35

A

★：江蘇省自然科學(xué)基金(項(xiàng)目編號：BK20140851);河海大學(xué)中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目(項(xiàng)目編號：2013B01314)