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(zhuān)用信號(hào)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(guò)分析機(jī)動(dòng)車(chē)左轉(zhuǎn)車(chē)流在四路交叉口中的交通流特性，從交叉口左轉(zhuǎn)車(chē)流運(yùn)行特征出發(fā)，構(gòu)建了交叉口左轉(zhuǎn)專(zhuān)用相位信號(hào)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(zhuān)用相位，信號(hào)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(chē)在市中心的行車(chē)時(shí)間約1/3花在平面交叉口上；美國(guó)交通事故約有一半以上發(fā)生在交叉口。我國(guó)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(shì)，因此對(duì)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(chē)流對(duì)交叉口影響最大。左轉(zhuǎn)車(chē)流不僅是產(chǎn)生沖突點(diǎn)的主要因素，而且也給對(duì)向直行車(chē)流的通行造成極大的影響，因此如何減少左轉(zhuǎn)車(chē)流對(duì)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(wèn)題。從20世紀(jì)60年代起，國(guó)內(nèi)外學(xué)者[1-3]就開(kāi)始針對(duì)信號(hào)交叉口左轉(zhuǎn)車(chē)流特性進(jìn)行研究，并在左轉(zhuǎn)信號(hào)設(shè)置條件、左轉(zhuǎn)信號(hào)設(shè)置優(yōu)化方法、左轉(zhuǎn)信號(hào)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(chē)流特性，提出交叉口左轉(zhuǎn)專(zhuān)用車(chē)道信號(hào)配時(shí)的簡(jiǎn)易方法，并對(duì)交叉口范圍內(nèi)左轉(zhuǎn)車(chē)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(shuō)明。

1 左轉(zhuǎn)專(zhuān)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(zhuān)用相位信號(hào)設(shè)置方法。左轉(zhuǎn)專(zhuān)用相位有前置和后置兩種，前置左轉(zhuǎn)相位指在交叉口對(duì)向沖突直行車(chē)輛前放行左轉(zhuǎn)車(chē)流；后置左轉(zhuǎn)相位指在交叉口對(duì)向沖突直行車(chē)輛后放行左轉(zhuǎn)車(chē)流。通常情況下，后置左轉(zhuǎn)車(chē)道的啟動(dòng)損失比前置左轉(zhuǎn)車(chē)道的啟動(dòng)約少1 s[4]。

現(xiàn)有信號(hào)燈相位設(shè)計(jì)公式[5]計(jì)算：即通過(guò)計(jì)算交叉口進(jìn)口道有效交通量來(lái)計(jì)算交叉口信號(hào)周期，進(jìn)而對(duì)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(chē)、貨車(chē)車(chē)輛數(shù)；L為左轉(zhuǎn)車(chē)輛數(shù)；n為進(jìn)口有效車(chē)道數(shù)；T為周期時(shí)間；P為相位數(shù)。

這種方法計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)單，但是該方法沒(méi)有考慮專(zhuān)用轉(zhuǎn)向車(chē)道的交通情況，因此對(duì)有左轉(zhuǎn)專(zhuān)用相位的交叉口信號(hào)配時(shí)效果有待進(jìn)一步提升。在對(duì)交叉口信號(hào)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(zhuān)用相位的信號(hào)配時(shí)計(jì)算模型。

有左轉(zhuǎn)專(zhuān)用相位的四路信號(hào)交叉口，一般分為兩類(lèi)：一類(lèi)是交叉口有專(zhuān)用右轉(zhuǎn)車(chē)道；另外一類(lèi)是交叉口沒(méi)有專(zhuān)用右轉(zhuǎn)車(chē)道，僅僅有左轉(zhuǎn)專(zhuān)用車(chē)道。對(duì)于這兩類(lèi)交叉口應(yīng)該分別考慮。

對(duì)于有右轉(zhuǎn)專(zhuān)用車(chē)道的交叉口，其等效交通量為：

(3)

對(duì)于沒(méi)有右轉(zhuǎn)專(zhuān)用車(chē)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(chē)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(chē)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(chē)輛等效交通量修正系數(shù)，它與左轉(zhuǎn)車(chē)輛通過(guò)交叉口的距離和速度有關(guān)，對(duì)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(duì)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(lái)，利用式(2)來(lái)計(jì)算交叉口信號(hào)周期，對(duì)于4相位，隨著等效交通量的增大，周期增加速度很快，對(duì)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(zhuān)用相位的等效交通量為alVl/nl)分配綠燈時(shí)間。對(duì)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(chē)流等效流量的研究過(guò)程。因此，將通過(guò)分析左轉(zhuǎn)車(chē)輛對(duì)直行車(chē)輛之間的影響，確定交叉口左轉(zhuǎn)車(chē)輛等效流量的影響修正系數(shù)，并考慮左轉(zhuǎn)車(chē)流通過(guò)交叉口時(shí)各時(shí)間因素的影響修正。

2 左轉(zhuǎn)專(zhuān)用信號(hào)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(duì)交叉口左轉(zhuǎn)專(zhuān)用相位的信號(hào)控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化：

1)增設(shè)左轉(zhuǎn)專(zhuān)用車(chē)道。對(duì)于左轉(zhuǎn)車(chē)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(guò)增加左轉(zhuǎn)專(zhuān)用車(chē)道的數(shù)量來(lái)達(dá)到快速、高效分流左轉(zhuǎn)車(chē)輛的目的。

2)設(shè)置左轉(zhuǎn)車(chē)輛等待區(qū)。通過(guò)設(shè)置左轉(zhuǎn)車(chē)輛等待區(qū)，可以增加交叉口處左轉(zhuǎn)專(zhuān)用車(chē)道的長(zhǎng)度，故可以使更多的左轉(zhuǎn)車(chē)輛進(jìn)入左轉(zhuǎn)車(chē)道等待通過(guò)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(chē)輛通過(guò)交叉口的距離，從而減小左轉(zhuǎn)車(chē)輛修正系數(shù)，縮短交叉口信號(hào)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(zhuān)用信號(hào)相位。在機(jī)動(dòng)車(chē)流高峰時(shí)段，較大的左轉(zhuǎn)與直行車(chē)輛到達(dá)車(chē)流將會(huì)對(duì)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(chē)道被直行車(chē)道阻塞或者左轉(zhuǎn)車(chē)輛排隊(duì)溢出，阻塞相鄰直行車(chē)道的情況。對(duì)此，可以考慮增加左轉(zhuǎn)專(zhuān)用相位在整個(gè)信號(hào)周期中出現(xiàn)的次數(shù)來(lái)解決，即在一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)設(shè)置前置和后置2個(gè)左轉(zhuǎn)專(zhuān)用相位來(lái)滿(mǎn)足左轉(zhuǎn)車(chē)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(chē)道設(shè)置及專(zhuān)有信號(hào)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(hào)配時(shí)兩個(gè)方面對(duì)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(duì)東西方向車(chē)道進(jìn)口進(jìn)行拓寬，增加了一條左轉(zhuǎn)專(zhuān)用車(chē)道，并且對(duì)交叉口進(jìn)行了合理的交通渠化，此外，方案還對(duì)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(jiàn)圖2。

對(duì)于該交叉口信號(hào)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(chē)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(hào)燈配時(shí)方法對(duì)交叉口進(jìn)行信號(hào)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(duì)交叉口進(jìn)行模擬仿真分析，本方案在車(chē)均通行效率、左轉(zhuǎn)車(chē)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(yǔ)

通過(guò)對(duì)四路交叉口左轉(zhuǎn)專(zhuān)用相位信號(hào)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(guò)對(duì)交叉口左轉(zhuǎn)車(chē)流特性的研究，簡(jiǎn)要提出了設(shè)置左轉(zhuǎn)專(zhuān)用車(chē)道和左轉(zhuǎn)專(zhuān)用信號(hào)相位的基本要求，并對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2)在對(duì)左轉(zhuǎn)車(chē)流特征及現(xiàn)行信號(hào)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(chē)流量修正系數(shù)al的取值，提出了更加符合有左轉(zhuǎn)專(zhuān)用相位的信號(hào)交叉口的信號(hào)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(hào)配時(shí)優(yōu)化兩方面對(duì)四路交叉口左轉(zhuǎn)車(chē)道配時(shí)及其優(yōu)化應(yīng)用過(guò)程進(jìn)行了說(shuō)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(wàn)經(jīng)，楊曉光.信號(hào)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(guò)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(hào)：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(hào)：2013B01314)