林 翰，蔡 明，劉超瑩

(深圳市市政設計研究院有限公司，深圳 518029)

1 背景

目前許多城市道路上都有設置輔道，輔道一般為雙車道或機非混行車道. 在交叉口進口道處，主路與輔道的車輛均有各個方向的轉(zhuǎn)向要求，形成了多個沖突點，輔道匯入主路的左轉(zhuǎn)、掉頭車輛與主路直行、右轉(zhuǎn)車輛的沖突問題尤其嚴重，現(xiàn)狀許多帶輔道的城市主干道在交叉口未通過合理的設計解決上述問題，造成了交叉口的擁堵，極大降低了路口的通行能力.

這類路口的問題,受影響的主要要素不是支路輔道而是干道的交通持續(xù)增加，或者外圍大交通把主要交通流引入到這類節(jié)點引起的. 這種沖突不是規(guī)劃有問題，而是周邊變化要求這類節(jié)點順勢而動采取相應措施來解決. 通常采取的措施是空間改善，即路口的渠化展寬，但受到有限的紅線資源影響，效果并非很理想，而且路口展寬路導致交織車道更多，而實際有效車道服務水平并不能有效解決擁堵問題. 其次，采取的措施是時間改善，時間改善指的是增加左轉(zhuǎn)或者左轉(zhuǎn)右置的交通組織模式，但司機駕乘人員適應這種交通組織模式的周期長，同時交織也同樣存在，其有效綠信比并不突出，實際效果延誤或者排隊仍然存在.

同時，以上研究中沒有考慮到駕駛?cè)藛T會因為車道作用的變化而延長反應時間，而且改變原始車道也要有一定的距離. 當然，如果只是按照交叉口動態(tài)車道功能的劃分，會使車輛駛?cè)氩徽_的車道，降低交叉口的通行能力，引起交通混亂. 因此，交叉口主預信號的聯(lián)合控制方法被提出來了. 1991年，British Transport Bureau首先提出了關(guān)于主預信號控制的概念. 此后，相關(guān)課題的研究者對主預信號聯(lián)合控制方向不斷地探索. Wu Jianping等[1]和Oakes，J.Thellmann等[2]認為設置雙停車線可以使公交車輛優(yōu)先進入交叉口，但社會車輛要在預信號換道線后面排隊等待，這樣就能實現(xiàn)公交車輛在信號交叉口中的優(yōu)先控制. 李麗麗等[3]探索了雙停線的布局方法，而且明確了主預信號間配時的相互協(xié)調(diào)關(guān)系. 周立平等[4]在完整研究主副功能信號配時關(guān)系的基礎上，確立了轉(zhuǎn)向可變車道長度最大值和最小值的計算模型. 但是研究發(fā)現(xiàn)，雖然目前關(guān)于交叉口主預信號聯(lián)合控制的研究較多，但大都基于公交優(yōu)先來進行，只有少量研究是針對社會車輛研究的，而且已有研究在主預信號燈色和時間協(xié)調(diào)的選擇上有待進一步優(yōu)化.

本文提出一種兼顧時間和空間的新型交通組織模式，即在主輔路匯入點設置預信號，實現(xiàn)輔道進入交通主干道節(jié)點聯(lián)動組織，并在車流仿真平臺上進行測試分析，從而得出結(jié)論. 本文研究的目的在于探尋城市干道節(jié)點與輔道交通組織模式，變革干道節(jié)點信號組織方式，為城市干道建設面臨的空間儲備不足局面，整理出可行的彈性設計指引.

1.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜述

國外發(fā)達國家對交叉口車道功能劃分與信號配時設計的研究都較為成熟. 對于交叉口的渠化設計一般都形成相關(guān)規(guī)范或手冊，如美國的《交通管理設施手冊》[5]、日本的《平面交叉路口的規(guī)劃與設計》[6]等，而交叉口的信號配時一般以韋伯斯特(Wsbster)研究的理論與方法為基礎展開，并形成了各具特色的單點信號交叉口控制配時理論、方法和應用軟件，其中最有影響的當為英國的ARRB法，澳大利亞的TRRL法和美國的HCM法[7]. 我國對交叉口的車道功能劃分和信號配時的研究均晚于發(fā)達國家. 結(jié)合國外的研究，針對中國城市道路交叉口的交通特色，有一些相關(guān)研究成果.

王京元等[8]在王茜等研究的基礎上利用車道功能矩陣和相位矩陣，給出相對完整的信號交叉口車道功能劃分的計算步驟. 但是只進行簡單的理論計算，缺乏實證研究. 劉培華等[9]提出通過3階段：信號配時方案對比—確定渠化形式—信號配時優(yōu)化，結(jié)合Synchro等仿真軟件針對信號交叉口信號配時現(xiàn)狀方案進行研究，給出優(yōu)化方案，文章針對北京某交叉口給出優(yōu)化過程，但是缺乏普適性.

另外有一些學者通過數(shù)學方法、針對不同交通流狀況、以不同評價指標和優(yōu)化目標，給出車道功能劃分與信號配時協(xié)同控制的計算模型. Lan等[10]、曾瀅等[11]以總流率比最小為目標，分別給出綜合車道功能與信號設置的混合線性整數(shù)規(guī)劃模型和動態(tài)車道功能與信號相位組合模型，并通過TRANSYT-7F進行驗證. Wong等[12]建立2種基于車道的單點交叉口的信號優(yōu)化模型，一種以通行能力最大化以及周期時間最短為優(yōu)化目標，建立1個二元混合整數(shù)線性規(guī)劃模型，并利用分支界限法求解；另一種為二元混合非整數(shù)線性規(guī)劃模型，通過割平面算法和啟發(fā)式線性搜索算法，達到最小化交叉口延誤的目標[13]. Sungpyo HONG等[14]是以減小延誤和停車次數(shù)為目標建立模型. 鐘章建等[15]針對不平衡交通流轉(zhuǎn)向問題，提出了基于時空資源組合的優(yōu)化模型，分析了進口道非飽和條件下，信號控制交叉口通行綠燈時間分配與車道功能動態(tài)劃分的相互制約和轉(zhuǎn)化關(guān)系，但模型算例僅限于理論分析與模擬，缺乏實例證明.

現(xiàn)狀研究成果一般通過VISSIM、 TRANSYT-7F、Synchro等仿真軟件進行評價. 應用方面，林曉輝等[16]則利用Visnal Basics 軟件工具開發(fā)了城市交叉口時空資源綜合利用優(yōu)化配置的決策應用軟件，將協(xié)同優(yōu)化技術(shù)通過軟件得到應用.

綜合以上研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)狀有關(guān)車道劃分和信號的研究很多，對本文的研究有較多借鑒意義. 但是有關(guān)兩者的協(xié)調(diào)控制的研究還存在一些問題：①不同的交通流狀況，交叉口的優(yōu)化目標會有所不同，而現(xiàn)有文獻對不同飽和狀態(tài)下時空資源的協(xié)同優(yōu)化配置尚缺乏深入研究. ②部分文獻提出的流程實際執(zhí)行起來操作性不強，參數(shù)的獲取和采集較困難.

2 城市干道節(jié)點與輔道交通組織模式現(xiàn)狀

深南大道是深圳市一條東西向主干道，全長25.6 km，橫跨羅湖，福田和南山區(qū)，連接蔡屋圍與南頭. 深南大道與竹子林四路交叉口東進口道每小時交通量達到4 000輛，其中深南大道輔路有1 500 pcu/h，主線2 500 pcu/h. 深南大道輔道匯入主路的左轉(zhuǎn)、掉頭車輛與主路直行、右轉(zhuǎn)車輛的沖突較為嚴重，高峰時期會造成交叉口通行能力的下降，引起交通擁堵.

3 傳統(tǒng)方案與改善方案對比

3.1 改善思路

基于上述現(xiàn)狀，提出的改善思路為：在深南大道主輔路匯入點設置預信號，實現(xiàn)輔道進入交通主路節(jié)點聯(lián)動組織，改善城市干道節(jié)點通行能力. 當主線預信號紅燈亮起時，輔路的預信號綠燈亮起，輔路車輛可快速進入左轉(zhuǎn)、掉頭車道，避免沖突.

3.2 傳統(tǒng)方案與改善方案對比

依據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)，利用專業(yè)的微觀交通仿真軟件VISSIM對深南大道與竹子林四路交叉口高峰時段交通運行現(xiàn)狀和實施改善措施后的交通運行狀況分別進行了仿真，可得到具體的仿真基礎數(shù)據(jù)-車均延誤，車均延誤越小，說明交通運行狀況越良好.

圖1 深南大道與竹子林四路進口道設置預信號位置

圖2 進口道拓寬一條左轉(zhuǎn)車道

圖3 進口道左轉(zhuǎn)右置

圖4 設置預信號

表1 傳統(tǒng)方案與改善方案車均延誤值 s

從仿真效果可以看出進口道拓寬一條左轉(zhuǎn)車道的方案總車均延誤是最小的，但是由于紅線范圍有限，此路口并不具備展寬的條件，所以此方案并不適合. 設置預信號的方案比進口道左轉(zhuǎn)右置的方案效果要好，相比之下降低了延誤值，有效提高道路通行能力. 但是由于受到外圍大交通的影響，在主線流量不斷增大的情況下，設置預信號方案是否適用有待進一步仿真測試.

表2 不同主輔流量比例下各方案車均延誤值

圖5 方案對比圖

從方案對比圖可得出，進口道左轉(zhuǎn)右置方案的車均延誤值是最大的，說明此方案并不能改善這類路口的問題，拓寬一條左轉(zhuǎn)車道的方案在主線流量超過2 600 pcu/h的情況下，車均延誤值比現(xiàn)狀大，說明此方案也不能完全解決這類路口的問題，在主線流量很大的情況下并不適用. 設置預信號的方案相比之前的兩種選擇，車均延誤值較低，說明此方案不僅提升了路口通行能力，而且有效地解決了路口道路空間不足的問題.

4 vissim仿真方案比選

通過VISSIM仿真軟件分析研究了深南大道主輔路交通組織模式的準入條件和設置標準，從仿真中得到不同進口道飽和度下主輔路匯入點距離停車線位置與車均延誤變化的關(guān)系，見表3.

表3 進口道不同飽和度下設置預信號的延誤減去未設置預號的延誤值

圖6 延誤變化-進口道飽和度關(guān)系圖

5 結(jié)論及建議

5.1 結(jié)論

由圖6可看出在進口道飽和度較低的情況下，由于車輛可穿越時距較大，設置預信號不僅沒有降低延誤值，反而會使延誤升高；在進口道飽和度達到0.65及以上，由于車輛可穿越時距減小，此時設置預信號會使延誤降低；當進口道飽和度超過0.95達到F級的時候，車輛排隊長度會超過匯入點與停止線的距離，影響主線的交通運行狀況，此時不建議設置預信號.

表4 是否設置預信號的查詢表

注：“√”代表建議設置預信號，“×”代表不建議設置預信號.

在外圍干道調(diào)整即區(qū)域內(nèi)主干道和外部交通銜接節(jié)點處，往往會成為干道建設時候忽略的一個重要盲區(qū). 通常協(xié)同措施很難想到這個區(qū)域，那么，我們現(xiàn)在提出來這類問題的解決方法，從工程設計角度去彌補交通規(guī)劃建設方面的不足或者微觀層面的忽視. 建設模式短平快，為日后路網(wǎng)規(guī)劃體系調(diào)整提供過渡性空間，是一種可以選擇的模式.

5.2 建議

在深南大道主與竹子林四路交叉口東進口道飽和度為0.90，主輔路合流點距離停止線200 m左右，查表可得建議設置預信號，實現(xiàn)輔道進入交通主路節(jié)點聯(lián)動組織，改善城市干道節(jié)點通行能力.

5.3 展望

1) 本文進行仿真時采用的道路環(huán)境較為單一，沒有考慮車輛組成、路網(wǎng)構(gòu)成等的影響，有一定的局限性，所以更深入的研究工作有待進一步開展.

2) 對于交通仿真軟件VISSIM,在建模方面有待提高，使得到的仿真結(jié)果更符合實際情況.