羅慧敏　鄭　亮

(中南大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院　長(zhǎng)沙 410075)

0　引　言

近距離錯(cuò)位交叉口是指兩交叉口相距較近且存在錯(cuò)位現(xiàn)象，使得不同方向的車流在交織路段相互干擾嚴(yán)重。常見的近距離錯(cuò)位交叉口形式如圖1所示，通常由1條主干道連接2條次干道或支路形成[1]。

圖1　常見的近距離錯(cuò)位交叉口形式Fig.1　Common forms of close stagger intersections

在近距離錯(cuò)位交叉口中，有些車輛需要在上游交叉口右轉(zhuǎn)進(jìn)入主干道，然后在下游交叉口左轉(zhuǎn)，通過進(jìn)行車道變換完成交織運(yùn)行。轉(zhuǎn)向車流在匯入干道或離開干道的過程中，都對(duì)干道的直行交通造成了一定的干擾。而且，由于受到交織長(zhǎng)度的限制，必須在有限的時(shí)間和空間范圍內(nèi)完成連續(xù)換道操作。當(dāng)交織區(qū)段太短時(shí)，駕駛員很有可能因?yàn)閬聿患皳Q道而強(qiáng)行插入目標(biāo)車道，這樣不僅阻礙車流順暢通行，而且存在一定的安全隱患。

目前城市道路交叉口信號(hào)控制方法主要包括單點(diǎn)定時(shí)控制和干道協(xié)調(diào)控制。早在20世紀(jì)50年代，國(guó)外學(xué)者Webster便建立了以車輛平均延誤最小為目標(biāo)的普通平面交叉口固定周期時(shí)長(zhǎng)信號(hào)配時(shí)模型及計(jì)算方法，這仍是今天定時(shí)信號(hào)控制的基礎(chǔ)。全永燊[2]論證了在我國(guó)交通狀況有所差異的情況下應(yīng)用Webster通行能力計(jì)算模型的可行性。楊曉光[3]編著了《城市道路交通設(shè)計(jì)指南》，在國(guó)內(nèi)首次從交通設(shè)計(jì)層面對(duì)于平面交叉口的渠化設(shè)計(jì)、信號(hào)配時(shí)等方面總結(jié)了改善方法和技術(shù)。道路與交通工程研究學(xué)會(huì)出版的《交通信號(hào)控制指南——德國(guó)現(xiàn)行規(guī)范》[4]反映了德國(guó)對(duì)信號(hào)的綠波聯(lián)動(dòng)控制研究和分析成果。Gu等[5]通過建立相鄰交叉口相位交互偏移優(yōu)化模型，減少車輛在交叉口的延誤，提高通行效率。Li等[6-7]通過遺傳算法的改進(jìn)，以系統(tǒng)的總延誤或停車次數(shù)最小為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了干道協(xié)調(diào)綠波控制方案的優(yōu)化。

然而，城市道路交叉口的信號(hào)控制一般只考慮交通效率(如通行能力、停車次數(shù)、延誤時(shí)間、排隊(duì)長(zhǎng)度等)作為服務(wù)水平，缺乏對(duì)交叉口安全水平的考慮。隨著交通安全問題逐漸引起重視，為了提高信號(hào)交叉口的安全水平，有學(xué)者提出對(duì)信號(hào)控制方案進(jìn)行調(diào)整或修改，主要措施包括：設(shè)計(jì)合理的信號(hào)控制參數(shù)(如相位類型、相數(shù)、信號(hào)周期、綠信比等)；應(yīng)用自適應(yīng)信號(hào)控制方案；協(xié)調(diào)各種交叉口的信號(hào)控制方案等。Wang和Abdelaty[8]通過分析佛羅里達(dá)200 個(gè)交叉路口的左轉(zhuǎn)事故數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，帶單獨(dú)左轉(zhuǎn)相位的信控方案可以減少傷害程度。Mitra和Chin等[9-10]通過研究新加坡52個(gè)十字路口發(fā)現(xiàn)，多信控相位更容易發(fā)生交通事故，而自適應(yīng)信控策略比固定配時(shí)策略更有助于提高交叉路口的安全水平。Moore 和Lowrie[11]通過研究信號(hào)燈的協(xié)調(diào)控制方案對(duì)交叉路口事故數(shù)的影響發(fā)現(xiàn)，采用協(xié)調(diào)控制方案可以減少23%的交通事故。Guo 和Wang 等[12]通過分析佛羅里達(dá)州170個(gè)交叉路口的事故數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，協(xié)調(diào)的信號(hào)燈比孤立的信號(hào)燈更有利于減少交通事故。

為了綜合全面地評(píng)價(jià)交叉路口的服務(wù)水平，一些研究者在通行效率的基礎(chǔ)上考慮了交叉口的安全水平。例如，Ha[13]提出了評(píng)價(jià)信號(hào)交叉口的基于安全的服務(wù)水平的計(jì)算過程，并定量評(píng)估了延誤減少和安全改進(jìn)之間的競(jìng)爭(zhēng)性。Spring[14]從概念層面提出采用模糊集理論將信號(hào)交叉口的安全指標(biāo)整合到服務(wù)水平的計(jì)算公式中，此方法可推廣到評(píng)價(jià)其它交通設(shè)施的服務(wù)水平。Zhang[15]考慮了信號(hào)交叉路口左轉(zhuǎn)車與反向直行車及左側(cè)行人之間的潛在沖突，提出了綜合考慮延誤時(shí)間和行車安全的服務(wù)水平指標(biāo)DS，并驗(yàn)證了交叉路口行車安全和通行效率之間的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。Shebeeb[16]提出可以權(quán)衡交叉路口車流左轉(zhuǎn)過程中安全水平和通行效率的模型并研究發(fā)現(xiàn)，帶單獨(dú)左轉(zhuǎn)相位的信控方案具有最高的安全水平和最低的通行效率；帶左轉(zhuǎn)混行相位的信控方案具有最高的通行效率和最低的安全水平。Lianga[17]在協(xié)調(diào)鄰近交叉路口的信控方案時(shí)同時(shí)考慮了交叉路口的安全水平和通行效率。Almonte[18]深入研究了服務(wù)水平與交通安全之間的關(guān)系，以及交通擁堵如何導(dǎo)致交叉口安全事故的發(fā)生，并將服務(wù)水平作為信號(hào)交叉口幾種交通安全模型的主要指標(biāo)。劉燕等[19]針對(duì)影響城市道路平面交叉口整體水平的各個(gè)因素，從交叉口基礎(chǔ)設(shè)施與管理、交叉口運(yùn)行效率和安全性3方面，運(yùn)用層次分析法建立了基于通行效率與安全的城市平面交叉口的綜合評(píng)價(jià)體系，并對(duì)重慶市的5個(gè)交叉口進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)。錢紅波[20]通過問卷調(diào)查與現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)的方法對(duì)機(jī)動(dòng)車紅燈倒計(jì)時(shí)信號(hào)對(duì)我國(guó)駕駛員的交通心理與駕駛行為進(jìn)行調(diào)查，從交通安全與通行效率的角度解析機(jī)動(dòng)車紅燈倒計(jì)時(shí)信號(hào)對(duì)駕駛員的影響機(jī)理。

綜上所述，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)對(duì)交叉口信號(hào)控制進(jìn)行了大量研究，且隨著交通安全問題逐漸引起重視，一些學(xué)者也將交通安全納入交叉口服務(wù)水平評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中。但是這些研究對(duì)象為普通交叉口，針對(duì)于近距離錯(cuò)位交叉口的近距離強(qiáng)迫換道問題，還需要有專門的考慮。

筆者通過對(duì)城市近距離錯(cuò)位交叉口進(jìn)行交通特性分析，根據(jù)量交叉口之間的距離、各方向的車流量、道路幾何狀況及周圍環(huán)境等，提出了一種新型信號(hào)協(xié)調(diào)控制方案。即在上游交叉口的次路處設(shè)置右轉(zhuǎn)信號(hào)燈，將交織路段內(nèi)主、次路的車流沖突點(diǎn)進(jìn)行時(shí)間和空間上的分離，并對(duì)近距離錯(cuò)位交叉口進(jìn)行信號(hào)協(xié)調(diào)控制，進(jìn)而達(dá)到降低車輛通行延誤與提高行車安全水平的目的。之后，通過Vissim仿真軟件和SSAM替代安全評(píng)價(jià)模型，從效率-安全兩方面綜合比較安全協(xié)調(diào)信控方案與現(xiàn)有方案、單點(diǎn)信控優(yōu)化方案的優(yōu)劣。最后通過Vissim調(diào)整2交叉口之間的距離，探討安全協(xié)調(diào)信控方案在不同間距下的優(yōu)化程度差異。

1　交叉口信控模型

1.1　單點(diǎn)信號(hào)配時(shí)模型基本步驟

1) 確認(rèn)車道幾何參數(shù)、渠化情況與交通量等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。給出各進(jìn)口道不同流向的車道基本數(shù)據(jù)、不同機(jī)動(dòng)車類型的構(gòu)成比例及流量、行人等交通數(shù)據(jù)。校正交通量，根據(jù)高峰小時(shí)系數(shù)求得高峰小時(shí)流率。

2) Webster根據(jù)車流隨機(jī)到達(dá)情況，推導(dǎo)出周期長(zhǎng)度，經(jīng)修正得到的最佳周期長(zhǎng)度公式為

式中：L為單個(gè)周期內(nèi)總的損失時(shí)間；Y為路口各相位的最大流量比y值的總和，計(jì)算Y值大于0.9時(shí)，須改進(jìn)(重新設(shè)計(jì))進(jìn)口道設(shè)計(jì)或/和信號(hào)相位方案。

由于y值是按平均流量算出的，而每個(gè)周期到達(dá)路口的流量是變化的,因此，當(dāng)周期時(shí)間稍大于最佳周期時(shí)，延誤增長(zhǎng)較?。划?dāng)周期小于最佳周期時(shí)，延誤增長(zhǎng)較大。故實(shí)際應(yīng)用時(shí)的周期，應(yīng)稍大于最佳周期時(shí)間。周期時(shí)長(zhǎng)宜取40～180 s。

3) 信號(hào)總損失時(shí)間

式中：Ls為起動(dòng)損失時(shí)間，應(yīng)實(shí)測(cè)，無實(shí)測(cè)時(shí)可取3 s；A為黃燈時(shí)長(zhǎng)，可定為3 s；I為綠燈間隔時(shí)間，s。

其中：z為停車線到?jīng)_突點(diǎn)的距離，m；ua為車輛在進(jìn)口道上的行駛車速，m/s；ts為車輛制動(dòng)時(shí)間，s。

4) 總有效綠燈時(shí)間

Ge=Co-L

5) 各相位有效綠燈時(shí)間

6) 各相位的綠信比

7) 檢驗(yàn)行人安全過街時(shí)間

式中：Lp為行人過街道長(zhǎng)度，m；vp為行人過街長(zhǎng)度，取1.0 m/s。

8) 如果滿足行人過街安全時(shí)間，則配時(shí)結(jié)束；否則，增加周期時(shí)長(zhǎng)繼續(xù)從第3步開始計(jì)算，直到滿足條件為止。

目前國(guó)內(nèi)的信號(hào)交叉口基本都采取單點(diǎn)定時(shí)控制， 但是對(duì)于一些近距離錯(cuò)位交叉口，可以將其視為一個(gè)整體進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化，提高其交通效率與安全水平。

1.2　安全協(xié)調(diào)信控方案配時(shí)模型

筆者針對(duì)于近距離錯(cuò)位交叉口所特有的近距離強(qiáng)迫換道問題研究了一種安全協(xié)調(diào)信控方案，它是建立在單點(diǎn)定時(shí)信號(hào)控制理論的基礎(chǔ)上，并借鑒了干道協(xié)調(diào)控制[21]思想：在協(xié)調(diào)控制過程中，除了考慮周期時(shí)長(zhǎng)和綠信比，還需確定2個(gè)交叉口主路方向綠燈開啟的時(shí)差。

為了防止上游交叉口從次路右轉(zhuǎn)進(jìn)入主路的車流與其它方向的車流相互干擾，同時(shí)為避免需在交織路段進(jìn)行連續(xù)換道的車輛與主路直行車輛產(chǎn)生嚴(yán)重沖突，筆者提出在上游交叉口次路處設(shè)置右轉(zhuǎn)信號(hào)燈，從而對(duì)次路右轉(zhuǎn)車流與主路直行車流的交通沖突進(jìn)行時(shí)空分離，提高近距離錯(cuò)位交叉口的安全水平。

Hagring[22]指出，隨著延誤時(shí)間的增加，司機(jī)們逐漸傾向于在綠燈啟亮后進(jìn)行激進(jìn)的操作。這實(shí)際上證明了信號(hào)控制方案與安全水平之間的相關(guān)性，也可能意味著安全水平與通行效率之間存在潛在的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。如果一味追求通行效率的提高，而把非關(guān)鍵交叉口因擴(kuò)大信號(hào)周期而產(chǎn)生的額外綠燈時(shí)間全部分配給主路車流，次路車輛駕駛員可能因?yàn)楦惺艿讲还酱龆龃髲?qiáng)迫換道的危險(xiǎn)。因此，在本文中，與干道協(xié)調(diào)控制不同的是，為保證公平與安全，將額外的綠燈時(shí)間按綠信比進(jìn)行分配。

該信控方案的配時(shí)計(jì)算步驟如下。

1) 在上游交叉口的支路設(shè)置右轉(zhuǎn)信號(hào)燈，將交織路段內(nèi)主、次路的車流沖突點(diǎn)進(jìn)行時(shí)間和空間上的分離。

2) 基于單點(diǎn)信號(hào)配時(shí)模型，計(jì)算第i個(gè)交叉口所需的周期時(shí)長(zhǎng)Ci、各相位的綠信比λij及顯示綠燈時(shí)間gij。

3) 取所需信號(hào)周期較長(zhǎng)的交叉口為關(guān)鍵交叉口，即Co=max{C1,C2}，并將Co設(shè)置為該近距離錯(cuò)位交叉口的系統(tǒng)周期時(shí)長(zhǎng)，保證兩交叉口時(shí)刻處于協(xié)調(diào)控制狀態(tài)。

4) 周期較小的交叉口為非關(guān)鍵交叉口，將非關(guān)鍵交叉口的周期(設(shè)為C2)改用系統(tǒng)周期時(shí)長(zhǎng)Co。

5) 將非關(guān)鍵交叉口的額外綠燈時(shí)間(即C0-C2)按綠信比λij分配給各個(gè)相位。

2　實(shí)例分析

福州市浦上大道-金洲南路-金港路的平面示意圖見圖2。2交叉口之間僅僅相距240 m，由金港路駛?cè)肫稚洗蟮赖能囕v較多，且需連續(xù)左轉(zhuǎn)，不可避免地產(chǎn)生近距離強(qiáng)迫換道，不僅降低了交叉口的通行效率，也存在一定的安全隱患。故本文以浦上大道-金洲南路-金港路為例對(duì)城市近距離錯(cuò)位交叉口展開研究。

圖2　浦上大道-金洲南路-金港路平面示意圖Fig.2　Schematic diagram of the close stagger intersections

2.1　現(xiàn)狀調(diào)查

2.1.1信號(hào)配時(shí)調(diào)查

設(shè)浦上大道-金洲南路交叉口為交叉口1，金洲南路-金港路交叉口為交叉口2，于2016年5月18日對(duì)現(xiàn)階段兩者的信控方案調(diào)查分別見圖3～4。

圖3　交叉口1信控方案Fig.3　Current signal control scheme of intersection 1

圖4　交叉口2信控方案Fig.4　Current signal control scheme of intersection 2

2.1.2高峰小時(shí)流量流向調(diào)查

對(duì)2個(gè)交叉口在2016年5月18日在晚高峰時(shí)段17:30—18:30內(nèi)分流向、分車型進(jìn)行交通流量調(diào)查，并將交通量折合當(dāng)量小汽車，具體調(diào)查結(jié)果見表1～2。

表1　交叉口1高峰小時(shí)流量流向統(tǒng)計(jì)Tab.1　Traffic flow of intersection 1 at peak hours

表2　交叉口2高峰小時(shí)流量流向統(tǒng)計(jì)Tab.2　Traffic flow of intersection 2 at peak hours

2.1.3交叉口問題總結(jié)

1) 交叉口1面積過大，道路很寬，各進(jìn)口車道數(shù)較多，交叉口內(nèi)部車輛行車軌跡混亂，交叉口整體通行能力較差。

2) 信號(hào)周期過長(zhǎng)。2個(gè)交叉口的信號(hào)周期分別為205 s和150 s，而交叉口的信號(hào)周期適宜范圍為40～180 s。

3) 相位設(shè)置不合理。目前2個(gè)交叉口分別是5相位和4相位，造成了很大的綠燈時(shí)間浪費(fèi)。

4) 在金港路右轉(zhuǎn)進(jìn)入金洲南路隨后左轉(zhuǎn)進(jìn)入浦上大道的交通需求量較大，而2個(gè)交叉口相距較近(只有240 m左右)，較多車輛需要近距離強(qiáng)迫換道，與其他車輛相互干擾嚴(yán)重。

2.2　單點(diǎn)信號(hào)控制優(yōu)化方案

采用單點(diǎn)定時(shí)信號(hào)控制理論對(duì)2個(gè)交叉口分別進(jìn)行優(yōu)化，相位設(shè)計(jì)見圖5，配時(shí)計(jì)算結(jié)果見表3。

2.3　安全協(xié)調(diào)信控方案設(shè)計(jì)

2.3.1安全協(xié)調(diào)信控方案相位設(shè)計(jì)

根據(jù)相位相序的設(shè)置原則，對(duì)浦上大道-金洲南路-金港路交叉口的相位方案作了如下優(yōu)化設(shè)計(jì)。為防止交叉口2從支路右轉(zhuǎn)車流與主路直行車流在交織路段相互干擾，同時(shí)避免需右轉(zhuǎn)再左轉(zhuǎn)的車輛因?yàn)榻嚯x強(qiáng)迫換道與其他車輛發(fā)生的沖突，本研究提出在交叉口1南進(jìn)口處將左轉(zhuǎn)車流與直行車流分離，并將交叉口2從支路右轉(zhuǎn)車流與主路直行車流進(jìn)行分離，然后通過信號(hào)燈配時(shí)加以協(xié)調(diào)。優(yōu)化后的浦上大道金洲南路-金港路交叉口相位設(shè)置見圖6。

圖5　單點(diǎn)信號(hào)控制相位優(yōu)化圖Fig.5　Phrase optimization for isolated intersection

表3　單點(diǎn)信號(hào)控制配時(shí)優(yōu)化結(jié)果Tab.3　Timing optimization for isolated intersection　s

圖6　浦上大道-金洲南路-金港路交叉口優(yōu)化相位圖　Fig.6　Phrase optimization for the close stagger intersections

2.3.2安全協(xié)調(diào)信控方案配時(shí)設(shè)計(jì)

如果只對(duì)近距離錯(cuò)位交叉口進(jìn)行單點(diǎn)信號(hào)控制，缺乏信號(hào)關(guān)聯(lián)性的2個(gè)路口易造成交織路段存在較高的停車率和排隊(duì)長(zhǎng)度。根據(jù)1.2的模型，采用信號(hào)協(xié)調(diào)控制從整體上改善效率與安全狀況，優(yōu)化后2個(gè)交叉口的配時(shí)設(shè)計(jì)見圖7。

圖7　近距離錯(cuò)位交叉口優(yōu)化配時(shí)圖Fig.7　Timing optimization for the close stagger intersections

系統(tǒng)周期時(shí)長(zhǎng)Co=160 s,時(shí)差Δt=15 s。

安全協(xié)調(diào)信控方案通過協(xié)調(diào)2個(gè)交叉口的信號(hào)控制，在交叉口2的支路處設(shè)置右轉(zhuǎn)信號(hào)燈，實(shí)現(xiàn)對(duì)交織路段的交通沖突點(diǎn)進(jìn)行時(shí)空分離，緩解因近距離強(qiáng)迫換道導(dǎo)致的車輛延誤和安全問題。

3　評(píng)價(jià)方法

采用Vissim微觀交通仿真軟件，對(duì)浦上大道-金洲南路-金港路交叉口進(jìn)行仿真，并將車輛軌跡導(dǎo)入Vissim進(jìn)行交通沖突分析。選取合適的評(píng)價(jià)指標(biāo)，從效率與安全的綜合角度比較安全協(xié)調(diào)信控方案、當(dāng)前信控方案與單點(diǎn)信控優(yōu)化方案的優(yōu)劣，驗(yàn)證安全協(xié)調(diào)信控方案的優(yōu)越性。效率-安全評(píng)價(jià)流程見圖8。

圖8　效率-安全評(píng)價(jià)流程圖Fig.8　Efficiency-safety evaluation methodology

3.1　交通效率評(píng)價(jià)

通過Vissim搭建研究路網(wǎng)并進(jìn)行模擬仿真，首先從效率層面評(píng)價(jià)3種信控方案的優(yōu)劣。近距離錯(cuò)位交叉口路網(wǎng)仿真見圖9。

圖9　近距離錯(cuò)位交叉口路網(wǎng)仿真Fig.9　Simulation of the close stagger intersections

仿真過程中，選取車均延誤(Delay)、平均排隊(duì)長(zhǎng)度(aveQueue)、最大排隊(duì)長(zhǎng)度(maxQueue)、車均停車次數(shù)(Stops)、車均停車延誤(tStopd)作為效率評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)于交叉口1、交叉口2、近距離錯(cuò)位交叉口整體而言3種信控方案的效率評(píng)價(jià)結(jié)果分別見表4～6。

表4　交叉口1效率評(píng)價(jià)Tab.4　Efficiency evaluation of intersection1

表5　交叉口2效率評(píng)價(jià)Tab.5　Efficiency evaluation of intersection1

表6　近距離錯(cuò)位交叉口效率評(píng)價(jià)Tab.6　Efficiency evaluation of the close stagger intersections

由表4～6可知，對(duì)于交叉口1，單點(diǎn)信控優(yōu)化方案在車均延誤、平均排隊(duì)長(zhǎng)度和車均停車時(shí)間上均有所改善，而最大排隊(duì)長(zhǎng)度不變，車均停車次數(shù)略有增加；對(duì)于交叉口2，單點(diǎn)信控優(yōu)化方案在最大排隊(duì)長(zhǎng)度、車均停車次數(shù)上有一定改善，車均延誤基本不變，平均排隊(duì)長(zhǎng)度和車均停車時(shí)間略有增加。在對(duì)近距離錯(cuò)位交叉口采用安全協(xié)調(diào)信控方案后，車均停車延誤、車均延誤、平均排隊(duì)長(zhǎng)度、最大排隊(duì)長(zhǎng)度和車均停車次數(shù)都有了明顯的改善。即使因?yàn)樵诮徊婵?的支路處增設(shè)了右轉(zhuǎn)信號(hào)燈，使得在支路右轉(zhuǎn)車輛延誤增大，停車線處排隊(duì)長(zhǎng)度增大，但是總體優(yōu)化效果明顯，在提高交通效率方面安全協(xié)調(diào)信控方案的優(yōu)越性得以驗(yàn)證。

3.2　交通安全評(píng)價(jià)

SSAM是美國(guó)聯(lián)邦公路局(FHWA)基于交通安全替代評(píng)價(jià)模型開發(fā)的交通安全評(píng)價(jià)軟件，可用于分析微觀交通仿真輸出的車輛軌跡文件中的交通沖突[23]。它依據(jù)距離碰撞時(shí)間(Time-To-Collision,TTC)和后侵占時(shí)間(Post-Encroachment Time, PET)來判定車輛間相互作用是否作為一次交通沖突，并能夠根據(jù)沖突角度將交通沖突分為正向沖突(crossing)、變道沖突(lane change)、追尾沖突(rear end)3類。交通沖突角度示意圖見圖10。

圖10　交通沖突角度示意圖Fig.10　Traffic conflict angle diagram

基于Vissim仿真導(dǎo)出的車輛軌跡文件，運(yùn)用交通安全評(píng)價(jià)軟件Vissim對(duì)車輛軌跡文件進(jìn)行處理，可以得到交通沖突次數(shù)及交通沖突嚴(yán)重程度。選取TTC、PET、正向沖突數(shù)、變道沖突數(shù)、追尾沖突數(shù)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，從安全層面對(duì)近距離錯(cuò)位交叉口不同信控方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果見表7。

表7　交通安全評(píng)價(jià)結(jié)果Tab.7　Result of traffic safety evaluation

由表7可知，相對(duì)于信控現(xiàn)狀，對(duì)2個(gè)交叉口進(jìn)行單點(diǎn)信控優(yōu)化后，TTC和PET的值有了一定的增大，正向沖突數(shù)急劇減少，變道沖突數(shù)和追尾沖突書也有了明顯的降低。在實(shí)施安全協(xié)調(diào)信控方案后，由于其有效地消除了近距離錯(cuò)位交叉口交織路段內(nèi)次路右轉(zhuǎn)與主路直行車輛之間的沖突，TTC的值由0.21 s提高到0.50 s，PET的值由0.43 s提高到1.05 s，變道沖突數(shù)由536減少到109，安全水平得以顯著提升。

3.3　效率-安全綜合評(píng)價(jià)

綜合考慮交叉口的通行效率與安全水平，對(duì)交叉口信控方案的優(yōu)劣進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。在效率評(píng)價(jià)方面，通過Vissim仿真選取有代表性的評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行定量評(píng)價(jià)；在安全評(píng)價(jià)層面，通過Vissim軟件進(jìn)行交通沖突分析，采用安全替代評(píng)價(jià)因子計(jì)算安全協(xié)調(diào)信控方案帶來的安全收益。對(duì)交叉口信控方案進(jìn)行優(yōu)化后，交通效率的改善程度見表8。

由表8可知，相比于信控現(xiàn)狀，單點(diǎn)信控優(yōu)化方案的效率-安全優(yōu)化程度為36.17%，安全協(xié)調(diào)信控方案的效率-安全優(yōu)化程度為57.17%，安全協(xié)調(diào)信控方案明顯優(yōu)于單點(diǎn)優(yōu)化方案。這是因?yàn)榘踩珔f(xié)調(diào)信控方案在單點(diǎn)信號(hào)配時(shí)理論的基礎(chǔ)上，吸收了協(xié)調(diào)控制對(duì)于提高整體效率的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)針對(duì)近距離交叉口交織路段強(qiáng)迫換道問題提出了改善措施，提高了通行效率和安全水平。

表8　信控方案優(yōu)化后交通效率優(yōu)化程度對(duì)比Tab.8　Improvement comparison of traffic efficiency after optimization of signal control scheme

注：↑表示改善，↓表示惡化。

綜上，基于效率-安全的綜合評(píng)價(jià)，采用安全協(xié)調(diào)信控方案的優(yōu)越性得以充分體現(xiàn)。

4　研究分析

進(jìn)一步探討當(dāng)近距離錯(cuò)位交叉口的交織路段長(zhǎng)度發(fā)生改變時(shí)，安全協(xié)調(diào)信控方案的優(yōu)化效果差異。通過Vissim仿真軟件，估算當(dāng)兩交叉口之間的距離每增加40 m時(shí)各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的值。表9為當(dāng)兩交叉口間距在280～360 m時(shí)，單點(diǎn)控制和安全協(xié)調(diào)控制相對(duì)于信控現(xiàn)狀的優(yōu)化程度，其中將各指標(biāo)優(yōu)化程度的平均值作為效率-安全綜合優(yōu)化程度。

將兩交叉口距離為240～360 m時(shí)的單點(diǎn)控制和安全協(xié)調(diào)控制相對(duì)于信控現(xiàn)狀的優(yōu)化程度制成折線圖，見圖11。

圖11　不同間距時(shí)的效率-安全綜合優(yōu)化程度對(duì)比Fig.11　Improvement comparison of efficiency-safety at different distance

由表9和圖11可知，隨著2交叉口之間距離的增大，單點(diǎn)控制相對(duì)于信控現(xiàn)狀的優(yōu)化效果逐漸提高，而安全協(xié)調(diào)控制相對(duì)于信控現(xiàn)狀的優(yōu)化效果有所下降。安全協(xié)調(diào)控制相對(duì)于單點(diǎn)控制的優(yōu)勢(shì)逐步減弱，當(dāng)兩交叉口之間的距離達(dá)到360 m時(shí)，安全協(xié)調(diào)控制與單點(diǎn)控制相對(duì)于信控現(xiàn)狀的優(yōu)化程度基本一致。這是因?yàn)楫?dāng)2交叉口的間距增大時(shí)，交叉口的獨(dú)立性增強(qiáng)，安全協(xié)調(diào)控制相對(duì)于單點(diǎn)信號(hào)控制在效率層面的優(yōu)勢(shì)減弱?？傮w來說，近距離錯(cuò)位交叉口的間距越小，安全協(xié)調(diào)信控方案的優(yōu)越性越明顯。

表9　不同間距時(shí)的優(yōu)化方案比較Tab.9　Comparison of optimization schemes at different distance

5　結(jié)束語

筆者以福州市浦上大道-金洲南路-金港路為研究實(shí)例，針對(duì)城市近距離錯(cuò)位交叉口因交織路段過短而產(chǎn)生的車輛近距離強(qiáng)迫換道問題，提出了一種基于效率-安全綜合評(píng)價(jià)的安全協(xié)調(diào)信控方案，即以單點(diǎn)定時(shí)信號(hào)控制理論為基礎(chǔ)，借鑒了干道協(xié)調(diào)控制思想，確定系統(tǒng)信號(hào)周期和2個(gè)交叉口主路方向綠燈啟亮的時(shí)差，且在支路設(shè)置右轉(zhuǎn)信號(hào)燈，將近距離錯(cuò)位交叉口作為一個(gè)整體進(jìn)行相位與配時(shí)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)交織路段內(nèi)主、次路車流的交通沖突點(diǎn)在空間和時(shí)間上的分離。通過Vissim仿真軟件和SSAM替代安全評(píng)價(jià)，將安全協(xié)調(diào)信控方案與現(xiàn)有方案、單點(diǎn)信控優(yōu)化方案在通行效率與安全水平兩方面進(jìn)行綜合比較。結(jié)果表明，相對(duì)于信號(hào)控制現(xiàn)狀和單點(diǎn)信控優(yōu)化方案，采用安全協(xié)調(diào)信控方案后，車均停車延誤、車均延誤、平均排隊(duì)長(zhǎng)度、最大排隊(duì)長(zhǎng)度、車均停車次數(shù)都有了明顯的改善，且消除了上游交叉口次路右轉(zhuǎn)車流與主路直行車流之間的沖突，安全水平有很大的提升。從而驗(yàn)證了安全協(xié)調(diào)信控方案的優(yōu)越性，說明此信控方案對(duì)于提高交通效率和安全水平的重要作用。此外，通過Vissim仿真軟件調(diào)整兩交叉口之間的距離，比較安全協(xié)調(diào)信控方案和單點(diǎn)優(yōu)化方案相對(duì)于信控現(xiàn)狀的優(yōu)化程度，研究表明，近距離錯(cuò)位交叉口的間距越小，安全協(xié)調(diào)信控方案的優(yōu)越性越明顯。

文中只是針對(duì)某固定交叉口的固定時(shí)間段進(jìn)行交通數(shù)據(jù)的采集和仿真研究，安全協(xié)調(diào)信控方案的適用性有待于進(jìn)一步驗(yàn)證。在今后的研究中，可以采集工作日與周末早晚高峰、午間平峰、一般平峰等不同時(shí)間段的數(shù)據(jù)，對(duì)更多的近距離錯(cuò)位交叉口進(jìn)行研究，并對(duì)Vissim仿真模型進(jìn)行參數(shù)校準(zhǔn)，以提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性。

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