張柯宇,賈志絢,范英飛
(太原科技大學(xué) 交通與物流學(xué)院,太原 030024)
為了提高道路通行能力,實(shí)現(xiàn)對交叉口時(shí)空資源的有效利用,學(xué)者們進(jìn)行了諸多研究,其中,對左轉(zhuǎn)車輛進(jìn)行合理的控制是常用的方法之一:T Elazzony,H Talaa等[1],Esawey,Sayed Tarek[2]建立了遠(yuǎn)引掉頭的微觀仿真模型并取得了較好的成效;沈超群確定了遠(yuǎn)引掉頭的適用條件及范圍[3];翟京、孫海波[4]、林培群等[5]通過實(shí)例研究得出禁左設(shè)計(jì)在優(yōu)化左轉(zhuǎn)組織中效果明顯;蔡曉萌研究了左轉(zhuǎn)專用道右置的前提條件及相應(yīng)設(shè)施設(shè)置[6];Wu等提出信號交叉口左轉(zhuǎn)車流可借用對向出口道的交通組織方式來增加左轉(zhuǎn)車輛通行能力[7];朱騰洲等提出了移位左轉(zhuǎn)的放行方法,讓相對方向直行和左轉(zhuǎn)車輛可以同時(shí)放行[8]?,F(xiàn)階段對于禁左控制方式以及左轉(zhuǎn)車道位置設(shè)置的研究較多,而對于一些新型左轉(zhuǎn)控制方式還在進(jìn)一步探索中。
借道左轉(zhuǎn)作為一種新型的左轉(zhuǎn)控制方式被逐漸應(yīng)用到實(shí)際中,借道左轉(zhuǎn)是指通過臨時(shí)借用對向出口道內(nèi)側(cè)一條或多條車道作為本向左轉(zhuǎn)專用道,以提升本向左轉(zhuǎn)車流通行效率的一種信號控制方法[9]?,F(xiàn)階段對于借道左轉(zhuǎn)的研究主要涉及到借道左轉(zhuǎn)的設(shè)置條件[10]及特性分析[11],對配套的信號設(shè)置及安全性仿真研究較少,本文分析了借道左轉(zhuǎn)適用條件、提出了借道左轉(zhuǎn)預(yù)信號設(shè)置的點(diǎn)位、啟亮?xí)r間和綠燈時(shí)間的具體量化模型,并以實(shí)際交叉口作為案例,進(jìn)行交通安全仿真驗(yàn)證,為交叉口的規(guī)劃設(shè)計(jì)與運(yùn)營管理提供參考依據(jù)。
對于設(shè)置了專用左轉(zhuǎn)相位的交叉口,因左轉(zhuǎn)車道數(shù)有限,在左轉(zhuǎn)車流很大時(shí),專用左轉(zhuǎn)車道無法滿足左轉(zhuǎn)需求,會導(dǎo)致左轉(zhuǎn)車輛排隊(duì)溢出而導(dǎo)致交叉口乃至整個(gè)路段的擁堵。借道左轉(zhuǎn)控制方式為左轉(zhuǎn)車輛提供了一種“分流”方法,“借用”對向出口道作為臨時(shí)左轉(zhuǎn)車道,加以標(biāo)志、標(biāo)線及信號燈等的輔助,實(shí)現(xiàn)對左轉(zhuǎn)車輛的控制。借道左轉(zhuǎn)能夠在道路資源固定的前提下,充分利用交叉口時(shí)空資源,大大提高左轉(zhuǎn)車輛通行能力。
借道左轉(zhuǎn)實(shí)施過程中需要左轉(zhuǎn)車輛穿過中央分隔線駛?cè)雽ο虺隹诘?,若設(shè)置不合理,不僅無法達(dá)到預(yù)期效果,還可能導(dǎo)致交通事故的發(fā)生。因此,借道左轉(zhuǎn)的應(yīng)用需謹(jǐn)慎,其設(shè)置需要一定條件:第一,實(shí)施借道左轉(zhuǎn)的交叉口不能是短間距交叉口,且對向出口道應(yīng)至少有兩條以上,確保右轉(zhuǎn)車輛不與借道車輛發(fā)生沖突。第二,實(shí)施借道左轉(zhuǎn)的進(jìn)口道須有專用左轉(zhuǎn)相位或交叉口采用四進(jìn)口輪放的相序。
實(shí)際應(yīng)用中,借道左轉(zhuǎn)車輛需要越過中心線駛?cè)雽ο蜍嚵鞯某隹诘?,相?dāng)于在某一時(shí)段逆行一段距離,為確保安全,需要設(shè)置輔助設(shè)施。
借道左轉(zhuǎn)是一個(gè)新生事物,需輔以相應(yīng)的指示標(biāo)志來引導(dǎo)。該標(biāo)志應(yīng)設(shè)置在左轉(zhuǎn)車道上游,內(nèi)容為借道左轉(zhuǎn)指示、左轉(zhuǎn)指示箭頭,也可采用主標(biāo)志與輔標(biāo)志相結(jié)合的方式。為使標(biāo)志含義更明確,建議借道左轉(zhuǎn)指示標(biāo)志采用LED可變標(biāo)志形式(如圖1所示),與借道左轉(zhuǎn)預(yù)信號相協(xié)調(diào)。實(shí)際應(yīng)用中,常用綠色表示通行,紅色表示禁行。圖1(a)中借道左轉(zhuǎn)指示標(biāo)志與文字說明為綠色,圖1(b)中借道左轉(zhuǎn)指示標(biāo)志與文字說明為紅色。
圖1 借道左轉(zhuǎn)可變指示標(biāo)志
對于滿足設(shè)置借道左轉(zhuǎn)條件的交叉口,其進(jìn)口道車道線需重新規(guī)劃:在借道起點(diǎn)應(yīng)施劃明顯的導(dǎo)流標(biāo)線,引導(dǎo)車輛駛?cè)胨柢嚨?,在所借車道?nèi)可施劃可變導(dǎo)向車道標(biāo)線,所借車道上方應(yīng)設(shè)有車道指示燈,提醒駕駛員需按照車道指示燈的指向行駛。所借車道一般為靠近中央分隔帶的內(nèi)側(cè)車道,外側(cè)車道則需要留給右轉(zhuǎn)車輛通行。為確保右轉(zhuǎn)車輛能按照要求駛?cè)搿耙?guī)定”車道,應(yīng)施劃右轉(zhuǎn)導(dǎo)向線。
預(yù)信號的設(shè)置要考慮三個(gè)方面,一是設(shè)置點(diǎn)位;二是預(yù)信號啟亮?xí)r機(jī),啟亮?xí)r應(yīng)保證上一相位車輛完全通過借道路段,確保預(yù)信號亮起時(shí)不予其他車輛發(fā)生沖突;三是預(yù)信號綠燈時(shí)間,預(yù)信號綠燈時(shí)間應(yīng)保證使駛?cè)虢璧雷筠D(zhuǎn)車道的車輛全部清空。
(1)預(yù)信號設(shè)置點(diǎn)位
預(yù)信號設(shè)置點(diǎn)位應(yīng)在借道左轉(zhuǎn)路段起點(diǎn)處,借道左轉(zhuǎn)路段長度L可按下式計(jì)算[8]:
L=10N
(1)
(2)
式中:L為借道左轉(zhuǎn)路段長度(m);N為高峰小時(shí)內(nèi)每一左轉(zhuǎn)車道的平均排隊(duì)車輛數(shù)(pcu);q為左轉(zhuǎn)交通量(pcu/h);C為信號周期(s);n為左轉(zhuǎn)車道數(shù)。
(2)預(yù)信號啟亮?xí)r間
為保證上一相位車輛全部通過借道路段,預(yù)信號的啟亮?xí)r間應(yīng)較正常左轉(zhuǎn)車道信號延遲一段時(shí)間。延遲時(shí)間t1計(jì)算公式如下:
(3)
式中:L為借道左轉(zhuǎn)路段長度(m);v1為車輛啟動后的速度,即交叉口限制速度(m/s).
(3)預(yù)信號綠燈時(shí)間
預(yù)信號綠燈時(shí)間應(yīng)保證使駛?cè)虢璧雷筠D(zhuǎn)車輛全部清空。因此,預(yù)信號應(yīng)較正常左轉(zhuǎn)車道信號提前一段時(shí)間變燈,將所借車道歸還。提前時(shí)間t2計(jì)算公式如下:
(4)
式中:L為借道左轉(zhuǎn)路段長度(m);v2為車輛路段行車速度(m/s).綜上,借道左轉(zhuǎn)預(yù)信號的綠燈時(shí)間為:
t=g-t1-t2
(5)
式中:g為左轉(zhuǎn)相位信號綠燈時(shí)間(s).
借道左轉(zhuǎn)能提高左轉(zhuǎn)通行效率,但必須是在保證安全的前提下才能實(shí)施,因此對交叉口進(jìn)行安全仿真是很有必要的。以蚌埠市東海大道與曹山路交叉口為例,日常交通流量較大,南邊為大學(xué)城,高峰時(shí)期南進(jìn)口左轉(zhuǎn)車輛增多,擁堵情況嚴(yán)重。
圖2 東海大道與曹山路交叉口現(xiàn)狀圖
現(xiàn)狀交叉口高峰小時(shí)交通量和信號相位配時(shí)如表1、表2所示。
表1 高峰小時(shí)交通量(pcu/h)
表2 現(xiàn)狀信號相位配時(shí)(s)
因交叉口道路空間資源有限,為緩解南進(jìn)口左轉(zhuǎn)車輛造成的交通擁堵,對道路空間進(jìn)行充分利用成為突破口:將南出口內(nèi)側(cè)車道作為借道左轉(zhuǎn)車道,增加南進(jìn)口左轉(zhuǎn)車輛通行能力。由于該交叉口南北方向?yàn)榛旌戏判校瑹o法直接使用借道左轉(zhuǎn)控制方式,因此對該交叉口的信號配時(shí)重新進(jìn)行計(jì)算,根據(jù)Webster法[12]計(jì)算的信號配時(shí)如表3所示:
表3 信號相位配時(shí)(s)
對南進(jìn)口實(shí)施借道左轉(zhuǎn),需在南進(jìn)口道上游設(shè)置預(yù)信號,根據(jù)式(1)-式(5),v1取次干路曹山路的限制速度,為50 km/h,即13.89 m/s,v2取45 km/h,即12.5 m/s,得出預(yù)信號設(shè)置點(diǎn)位即路段長度L為:
L=10N=60 m
預(yù)信號的啟亮?xí)r間為:
預(yù)信號的綠燈時(shí)間為:
t=g-t1-t2=18 s
圖3 交叉口信號配時(shí)設(shè)置
通過VISSIM[13]對東海大道與曹山路交叉口現(xiàn)狀以及設(shè)置借道左轉(zhuǎn)后的情況進(jìn)行仿真,選擇追尾沖突、左轉(zhuǎn)沖突、側(cè)向沖突、正向沖突四種沖突類型為指標(biāo)驗(yàn)證其安全性,對比數(shù)據(jù)如表4所示:
表4 借道左轉(zhuǎn)設(shè)置前后交通仿真沖突風(fēng)險(xiǎn)占比(%)
從表4可以看出,采用借道左轉(zhuǎn)控制方式后,追尾沖突風(fēng)險(xiǎn)減小了1.8%,左轉(zhuǎn)沖突風(fēng)險(xiǎn)減小了5.4%,沖突風(fēng)險(xiǎn)總體降低了3.6%,安全性得到了提高。較為合理的解釋是:現(xiàn)狀交叉口南北方向?yàn)榛旌戏判校线M(jìn)口左轉(zhuǎn)與北進(jìn)口直行、北進(jìn)口左轉(zhuǎn)與南進(jìn)口直行車輛有很大的交織區(qū)域,導(dǎo)致交叉口左轉(zhuǎn)沖突較多,借道左轉(zhuǎn)后,北進(jìn)口與南進(jìn)口改為單獨(dú)放行,減少了左轉(zhuǎn)沖突發(fā)生的幾率;設(shè)置借道左轉(zhuǎn)后,部分左轉(zhuǎn)車輛需越過中心黃線駛?cè)雽ο虺隹诘?,換道次數(shù)增加,導(dǎo)致側(cè)向沖突風(fēng)險(xiǎn)的上升;在第三相位清尾時(shí)間,北進(jìn)口“闖行”直行車輛與南進(jìn)口借道左轉(zhuǎn)車輛存在一定正向沖突的風(fēng)險(xiǎn)。
對比交叉口延誤得到相關(guān)數(shù)據(jù)如表5所示:
表5 借道左轉(zhuǎn)設(shè)置前后延誤對比表(s)
由表5可以看出,在南進(jìn)口設(shè)置借道左轉(zhuǎn)后,南進(jìn)口左轉(zhuǎn)延誤值有所降低,但由于優(yōu)化后信號周期變長,北進(jìn)口直行、東進(jìn)口直行與西進(jìn)口左轉(zhuǎn)的延誤比現(xiàn)狀延誤略有上升,但總車均延誤降低,交叉口通行效率提高。
借道左轉(zhuǎn)作為一種新型的交通控制方式,在實(shí)際應(yīng)用中能降低左轉(zhuǎn)延誤,提高左轉(zhuǎn)通行效率,但在實(shí)施前需要保證其安全性。本文以實(shí)際交叉口為例,進(jìn)行借道左轉(zhuǎn)方案的設(shè)置,通過VISSIM對其安全性和延誤進(jìn)行了仿真對比,結(jié)果表明借道左轉(zhuǎn)能夠在保證安全的前提下提高交叉口的通行效率。借道左轉(zhuǎn)的實(shí)施有很大的局限性,并不是適合所有的交叉口,在實(shí)施之前還需要經(jīng)過嚴(yán)格的實(shí)地考察和分析。