梁鳴璋，孫鳳英

(東北林業(yè)大學(xué) 交通學(xué)院，哈爾濱 150040)

隨著城市機(jī)動(dòng)車數(shù)量迅猛增加、路網(wǎng)中交通流的日益復(fù)雜，調(diào)頭交通愈發(fā)成為城市道路轉(zhuǎn)向交通中的重要部分。而調(diào)頭交通一般采用路段開口和交叉口調(diào)頭處理模式。以VISSIM仿真實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，分析交叉口交通流量與調(diào)頭點(diǎn)方式設(shè)置的關(guān)系，得到以交叉口延誤、排隊(duì)長度為指標(biāo)的交叉口調(diào)頭點(diǎn)設(shè)置模型，可以找出交叉口在不同的交通流量下調(diào)頭點(diǎn)的合理設(shè)置方式，從而降低掉頭交通對所在交通流的負(fù)面影響，以提高道路的通行效率[1]。

1 交叉口調(diào)頭設(shè)置方式

根據(jù)調(diào)頭交通的運(yùn)行特征，交叉口進(jìn)口道調(diào)頭點(diǎn)的設(shè)置方式[2]主要有如下四種。

方式一：交叉口內(nèi)部調(diào)頭。掉頭車輛與左轉(zhuǎn)彎車輛排隊(duì)路徑吻合，等待同一信號控制，信號放行后掉頭車流與左轉(zhuǎn)車流分離，掉頭路徑經(jīng)由交叉口內(nèi)部兩次穿越人行橫道，轉(zhuǎn)彎半徑的選擇性較大，但會(huì)增加交叉口內(nèi)部的分流點(diǎn)與沖突點(diǎn)。如圖1所示。

圖1 方式一

方式二：在進(jìn)口道停車線處調(diào)頭。掉頭車輛與左轉(zhuǎn)車輛排隊(duì)路徑基本吻合，通常等待同一信號控制，也可在對向車流的間隙靈活組織。掉頭路徑經(jīng)由停車線處，在減少了交叉口內(nèi)部沖突的同時(shí)，避免了人車沖突。如圖2所示。

圖2 方式二

方式三：進(jìn)口道停車線前展寬段內(nèi)一定距離處(30 m)調(diào)頭。掉頭路徑駛?cè)胝箤挾魏笠欢ň嚯x即與左轉(zhuǎn)路徑分離實(shí)現(xiàn)掉頭交通，一般不受信號控制。車輛在展寬段內(nèi)實(shí)現(xiàn)掉頭，掉頭路徑所引發(fā)的分流點(diǎn)與沖突點(diǎn)會(huì)施加到漸變段與掉頭口之間的雙向車道上。如圖3所示。

圖3 方式三

方式四：進(jìn)口道漸變段處調(diào)頭。掉頭路徑與左轉(zhuǎn)路徑可在漸變段掉頭點(diǎn)處提前分離，掉頭車輛通常不受信號控制。分流點(diǎn)與沖突點(diǎn)主要分布于漸變段內(nèi)。如圖4所示。

圖4 方式四

2 交叉口調(diào)頭設(shè)置方式特征分析

方式一，與其他方式相比，方式一的掉頭路徑與左轉(zhuǎn)路徑的重合度最高，繞行距離最長。在接受同一信號管制的情況下，隨著本向進(jìn)口交通量的增加，掉頭車輛與左轉(zhuǎn)車輛的疊加排隊(duì)會(huì)導(dǎo)致其延誤同時(shí)增加。但由于接受同一信號控制，兩者只存在排隊(duì)疊加和停車線后的分流，并不存在沖突點(diǎn)。所以隨著交通量的增加，其延誤值的增長相對平穩(wěn)，不會(huì)出現(xiàn)劇烈波動(dòng)。沖突方面，兩相位時(shí)掉頭車輛沖突于對向直行車輛；四相位時(shí)沖突于順時(shí)針右轉(zhuǎn)車輛[3]。

方式二，停車線以后的掉頭路徑與左轉(zhuǎn)路徑基本吻合，繞行距離接近于方式一。隨著進(jìn)口道交通量的增加，平均延誤會(huì)平穩(wěn)增長，類似于方式一。在此種方式下，由于掉頭口距離停車線很近，左轉(zhuǎn)車輛的排隊(duì)會(huì)很快導(dǎo)致后續(xù)掉頭車輛停車等待。所以除了左轉(zhuǎn)車流量足夠小以外，在此種方式下掉頭交通脫離信號控制的意義不大。沖突方面，兩相位時(shí)掉頭車輛沖突于對向直行車輛；四相位時(shí)沖突于順時(shí)針右轉(zhuǎn)車輛。與方式一不同的是，方式二的沖突點(diǎn)已從交叉口內(nèi)部轉(zhuǎn)移出去，降低了交叉口內(nèi)部的沖突點(diǎn)密度。但其掉頭轉(zhuǎn)彎半徑受限，如遇大車掉頭會(huì)降低通行效率[4]。

方式三，此種方式下繞行距離較小，若交叉口車流量較小，則掉頭路徑可靈活選擇安全的車流空隙行進(jìn)，以減少其平均延誤。若交叉口車流量較大，由于掉頭車輛與左轉(zhuǎn)車輛不受同一信號控制，其中任意一交通流停滯都會(huì)產(chǎn)生打結(jié)現(xiàn)象，極大的增加延誤、降低通行效率。延誤會(huì)隨交通量的增加產(chǎn)生較大波動(dòng)。沖突方面，與左轉(zhuǎn)車輛存在分流，沖突于對向直行車輛[5-7]。

方式四，掉頭路徑與左轉(zhuǎn)路徑做到提前分離，掉頭車輛繞行距離最近。掉頭車輛與直左車輛存在交織與分流，在不受信號控制的情況下，掉頭車輛的停滯會(huì)對后續(xù)跟進(jìn)的直左車輛產(chǎn)生較大影響。類似于方式三，隨交通量增大，平均延誤會(huì)產(chǎn)生較大波動(dòng)。

基于以上分析，對此交叉口進(jìn)行微觀仿真，在不同時(shí)段下調(diào)整交叉口交通量，以觀察各掉頭點(diǎn)設(shè)置方式于不同流量下的仿真結(jié)果，從而檢驗(yàn)以上分析。

3 基于VISSIM的交通仿真與評價(jià)

(1)仿真對象。該交叉口為平面四路交叉口，為主次干路相交，主干路規(guī)劃道路紅線寬度為60 m，四塊板，雙向六車道，次干路規(guī)劃道路紅線寬度為42 m，現(xiàn)狀為三塊板，雙向四車道。各進(jìn)口道都經(jīng)過展寬渠化。具體幾何條件見表1。仿真3D幾何模型如圖5所示。

表1 交叉口現(xiàn)狀幾何條件

圖5 VISSIM仿真3D幾何模型

(2)仿真時(shí)間。當(dāng)仿真開始時(shí)，路網(wǎng)內(nèi)的車輛是逐漸從路網(wǎng)端點(diǎn)產(chǎn)生的，車輛到達(dá)路口需要一定時(shí)間。此時(shí)仿真的情況與實(shí)際偏差較大，需要將仿真初始階段采集的交通數(shù)據(jù)剔除，這段時(shí)間長度稱為仿真暖機(jī)時(shí)間[8]。由于本文所選取的路網(wǎng)規(guī)模較小，所以設(shè)定仿真暖機(jī)時(shí)間長度為600 s，以便使車輛在路段和交叉口處分布均勻。數(shù)據(jù)采集時(shí)間從600 s起，止于27 000 s，數(shù)據(jù)采集時(shí)間間隔為300 s。

(3)流量輸入。為了分析不同流量下，不同調(diào)頭設(shè)置方式的交通特征特性，仿真過程中流量輸入由低到高分多個(gè)時(shí)段輸入，各進(jìn)口道流量輸入相同。每個(gè)時(shí)段仿真1 800 s。流量輸入情況見表2。

(4)信號配時(shí)。由于此次仿真是在不同時(shí)段輸入不同的交通流量，為了使仿真結(jié)果具有客觀性與有效性，利用synchro對不同時(shí)段，不同流量下的信號配時(shí)進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計(jì)，以消除信號配時(shí)對仿真結(jié)果的影響。

(5)仿真指標(biāo)的確定。利用交叉口的各種數(shù)據(jù)，通過VISSIM對交叉口的狀況進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真，并選取西進(jìn)口平均延誤和排隊(duì)長度作為評價(jià)指標(biāo)。

表2 流量輸入

進(jìn)口排隊(duì)延誤。延誤是指由于道路和環(huán)境條件、交通干擾以及交通管理與控制等駕駛員無法控制的因素所引起的行程時(shí)間損失，以s/輛計(jì)算。排隊(duì)長度。車輛排隊(duì)等待通過交叉口時(shí)的隊(duì)伍長度，以輛計(jì)算。

(6)仿真數(shù)據(jù)的計(jì)算與分析。在Webster延誤模型的基礎(chǔ)上，采用百分比延誤計(jì)算法計(jì)算平均延誤，此方法在計(jì)算固定信號配時(shí)與不飽和信號配時(shí)的情況下占有優(yōu)勢[9-10]。具體計(jì)算方法如下：

(1)

式中：EDq為q時(shí)段的每周期車輛延誤s；vq為q時(shí)段的車流量輛/h；s為飽和流率輛/h；C為信號周期時(shí)長s；G為綠燈時(shí)間s。

車流量的百分比調(diào)整：

(2)

式中：zq按10%、30%、50%、70%、90%的百分比分別取值為：-1.32、-0.56、0、0.56、1.32。

每車延誤的計(jì)算：

(3)

通過對車流量的百分比調(diào)整及每車延誤的計(jì)算可得到平均百分比延誤，平均百分比延誤的計(jì)算方法：

(4)

排隊(duì)長度的計(jì)算公式：

(5)

式中：Q為排隊(duì)長度m；R為紅燈時(shí)間s；S為飽和流量輛/h；V為實(shí)際流量輛/h；L為車頭間距m；n為車道數(shù)；FU為車道利用系數(shù)。

通過對仿真數(shù)據(jù)的采集與計(jì)算，可得到關(guān)于停車延誤與排隊(duì)長度為評價(jià)指標(biāo)的仿真結(jié)果，仿真結(jié)果見表3和表4。

表3 各調(diào)頭方式平均延誤仿真結(jié)果

表4 各調(diào)頭方式排隊(duì)長度仿真結(jié)果

通過上面的仿真數(shù)據(jù)可以看出，四種調(diào)頭方式各有利弊，四種調(diào)頭方式的適用情況各有不同。當(dāng)調(diào)頭交通量≤130(輛/h)時(shí)，四種調(diào)頭方式的延誤與排隊(duì)長度相差不多，均處于比較良好的狀態(tài)；當(dāng)170(輛/h)>調(diào)頭交通量>130(輛/h)，調(diào)頭方式三與方式四的延誤與排隊(duì)長度相對較小，更適合在此交通流量下設(shè)置其調(diào)頭方式；當(dāng)調(diào)頭交通量>170(輛/h)時(shí)，調(diào)頭方式一與方式二的延誤與排隊(duì)長度相對方式三與方式四較小，更適合在此交通流量下設(shè)置其調(diào)頭方式。基于以上分析，可以看到調(diào)頭方式的選擇與轉(zhuǎn)向流量和調(diào)頭交通量有關(guān)，因此，在交叉口的設(shè)計(jì)與優(yōu)化前，有必要對交叉口的轉(zhuǎn)向流量和調(diào)頭流量進(jìn)行交通預(yù)測，以便更好的來設(shè)計(jì)交叉口調(diào)頭點(diǎn)。

4 結(jié)束語

作為城市路網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)，交叉口不可避免的成為城市擁堵的始作俑者，對其設(shè)計(jì)的微小改變都會(huì)對分布于路網(wǎng)中的車流產(chǎn)生一定影響。掉頭交通量雖然在整個(gè)交叉口流量中所占比率較低，但基于以上仿真與分析可以看出，交叉口在不同流量下采用不同方式的掉頭點(diǎn)設(shè)置，對整個(gè)進(jìn)口道車流的延誤與排隊(duì)長度有不同影響。在以上典型應(yīng)用環(huán)境中，選擇合理的掉頭點(diǎn)設(shè)置方式，可有效的減少停車延誤達(dá)10s以上。因此，在交叉口設(shè)計(jì)與優(yōu)化前，有必要單獨(dú)對掉頭交通進(jìn)行仿真與分析，以便合理的選擇最具效率的掉頭點(diǎn)設(shè)置方式。

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