關(guān)昊天 朱婷婷 周源普

摘? ?要：本文基于借道左轉(zhuǎn)交通組織這一交通管理方式，建立了交通波模型，以交叉口整體延誤的時間效益為評價指標，選擇蘭州市七里河區(qū)西津西路和任家莊街交叉口作為研究對象，設(shè)計算例，運用VISSIM仿真對借道左轉(zhuǎn)車道不同開口處的延誤情況進行分析。結(jié)果表明，與傳統(tǒng)車道相比，實行借道左轉(zhuǎn)車道的平均延誤和排隊長度均有下降，其中借道左轉(zhuǎn)車道的開口位置在40m左右時，交叉口總車均延誤效益提升最大，達到了14.25%。上述研究可為城市交通管理部門的交通設(shè)計工作提供參考意見。

關(guān)鍵詞：借道左轉(zhuǎn)? 交通波? 時間效益? 交通設(shè)計? VISSIM

中圖分類號：U491? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）05（b）-0159-04

歷年來，城市道路中的交叉口都是交通管理人員關(guān)注的對象和治理的重點、難點。為此，交通工程領(lǐng)域里的學者，也都研究出一系列緩和交叉口矛盾的新舉措，例如鉤型轉(zhuǎn)彎[1]、禁止左轉(zhuǎn)[2-3]等交通組織方式。近年來，針對交叉口左轉(zhuǎn)車輛的排隊過長問題，各地交警在執(zhí)法調(diào)研過程中通過借鑒吸收國內(nèi)外的交通管制方式，結(jié)合國內(nèi)混合交通流的實際現(xiàn)狀，逐漸摸索出一條適合本地交通特點的新型交通組織方式—“借道左轉(zhuǎn)”。

陳玉建[4]在調(diào)研過程中，想到了農(nóng)田“輪作間種”的辦法，提出“借道左轉(zhuǎn)待行”的理念.劉洋[5]等從渠化、排隊長度、信號配時說明了借道左轉(zhuǎn)的適用條件，提出了渠化要素、標線、標志及信號燈的規(guī)范化設(shè)計方法。羅丹丹等人[6]基于車流波動理論和VISSIM軟件仿真分析，研究交叉口適宜設(shè)置借道左轉(zhuǎn)車道的車流量臨界條件，并揭示借道左轉(zhuǎn)車道對交叉口左轉(zhuǎn)車輛運行的影響。Su Peng[7]等人研究了在信號交叉口處逆流左轉(zhuǎn)方式的運行優(yōu)勢。Wu Jiaming[8]等也相繼對借道左轉(zhuǎn)的車流運行特性進行了分析研究。陳松等[9]將左轉(zhuǎn)機動車的到達-駛離圖式分為8種情況，分別建立每種情況下左轉(zhuǎn)機動車的延誤計算方法，建立了交叉口信號控制方案優(yōu)化模型。

綜合來看，國內(nèi)對于借道左轉(zhuǎn)的交通組織方式整體研究尚處于起步階段，對設(shè)置借道左轉(zhuǎn)車道的合理開口位置缺乏分析。本文基于借道左轉(zhuǎn)交通組織方式，選取合適的開口位置，這對于提高交叉口的交通通行效率、緩解交叉口擁堵問題均具有重要意義。

1? 借道左轉(zhuǎn)交通組織方式

借道左轉(zhuǎn)綜合利用了空間和時間效率，彌補了現(xiàn)階段交通組織方式中無法充分利用交叉口空間的弊端，同時盡可能的利用信號交叉口的潛在通行能力。借道左轉(zhuǎn)交通組織方式幾何示意圖（本文僅選擇在東西方向的進口道實行借道左轉(zhuǎn)交通組織方式）如圖1所示。

在城市道路中，繁華路段的十字交叉口，由于主路上的左轉(zhuǎn)車流量較多，且交叉口進口道沒有再增加左轉(zhuǎn)車道的條件，此時，可以考慮利用臨側(cè)的對向車道。在距交叉口停車線一段距離的位置開一個口子，供左轉(zhuǎn)車輛駛?cè)虢璧雷筠D(zhuǎn)車道;同時在開口處設(shè)置預置信號燈，與交叉口的主信號燈進行聯(lián)動控制。當開口處的預置信號燈亮起綠燈時，左轉(zhuǎn)車輛可以從開口處駛?cè)虢璧雷筠D(zhuǎn)車道，并與傳統(tǒng)左轉(zhuǎn)車道的停車線平齊位置停車候行，當交叉口的主信號左轉(zhuǎn)綠燈亮起時，傳統(tǒng)左轉(zhuǎn)車道與借道左轉(zhuǎn)車道上的車輛同時獲得通行權(quán)，實現(xiàn)車輛左轉(zhuǎn)。

一般來講，主、預信號之間的綠燈啟亮與結(jié)束之間存在時間差t，主要是為了避免主信號相位結(jié)束之后，有左轉(zhuǎn)車流滯留在借道左轉(zhuǎn)車道上，與東西向直行車輛發(fā)生沖突，引發(fā)交通事故。關(guān)于主信號與預置信號燈之間詳細的信號配時，文獻[9]已經(jīng)說明，這里不再贅述。

實行借道左轉(zhuǎn)交通組織方式有幾個重要的參數(shù)：預置信號燈（開口處）距交叉口停車線的合適距離，主、預置信號燈間的時間差，車流的運行速度。這些都對交叉口實現(xiàn)借道左轉(zhuǎn)的運行效率有一定的影響。本文基于借道左轉(zhuǎn)的交通組織方式，在一些學者的研究基礎(chǔ)上，探討預置信號燈的合理位置，并以蘭州市某一實際交叉口為例，進行仿真分析，得出結(jié)論。

2? 模型建立

2.1 交通波模型

我們根據(jù)流體力學的基本原理，把車流密度的變化比擬成水波的起伏進而抽象為車流波，當車流因道路或交通狀況的改變而引起密度的變化時，在車流中產(chǎn)生車流波的傳播。如圖2所示，假設(shè)一條公路上有兩個相鄰的不同交通流密度區(qū)域（K（1）和K（2））用垂直線來分隔這兩種密度，稱S為波陣面，并設(shè)S的速度為V（W），其中的箭頭指示方向為交通流方向。

由交通流量守恒知，在時間t內(nèi)進入界面S的車數(shù)量等于從界S出來的車輛數(shù)，用公式表示如下：

由交通工程學知識Q=KV，其中Q表示車流量（pcu/h），V表示車流速度（km/h），將此式代入（1）式化簡得：

我們基于上述交通流模型的建立，基于文獻[6]對車流波理論的研究，分別給出車流集結(jié)波W1和分散波W2的公式：

其中SL表示左轉(zhuǎn)車的飽和流率（pcu/h），K1表示堵塞密度，K2表示上游左轉(zhuǎn)車流的密度，K3表示在交叉口左轉(zhuǎn)車流啟動密度，K3表示左轉(zhuǎn)車道數(shù).

實行借道左轉(zhuǎn)組織方式的交叉口，預置信號燈距交叉口停車線的距離l1車流的集結(jié)波W1和左轉(zhuǎn)信號相位的等待時間tw有關(guān)，用公式（4）表示：

除此之外，預置信號燈和開口位置還有一段距離l2，則開口位置距交叉口處的停車線L為：

2.2 折減系數(shù)

另外，由于設(shè)置借道左轉(zhuǎn)車道后，勢必會對原有車道通行方向的車輛有一定影響，我們引入δ作為實行借道左轉(zhuǎn)交通組織方式后的實施系數(shù)，表示車流對增加的延誤時間在一定的可接受水平內(nèi)。

2.3 評價目標

實行借道左轉(zhuǎn)交叉口的整體延誤可分為交叉口信號控制延誤、車流交織運行延誤，從系統(tǒng)最優(yōu)原理出發(fā)，以交叉口整體延誤最小為優(yōu)化目標加權(quán)各進口道的延誤來構(gòu)建目標函數(shù)，dl表示交叉口整體延誤，qA表示進口道高峰小時交通流率，di表示因素i下的延誤時間。

3? 實例分析

3.1 仿真參數(shù)

選定蘭州市七里河區(qū)西津西路和任家莊街交叉口作為仿真對象，由于該交叉口還沒有實行借道左轉(zhuǎn)交通組織，故先對原交通組織方式用VISSIM進行仿真，之后實行借道左轉(zhuǎn)交通組織方式，然后與不同開口位置處的延誤指標進行對比分析。表1是該交叉口高峰小時交通流量。

經(jīng)過實地交通流量調(diào)查后，發(fā)現(xiàn)該交叉口交通流量較大、車道數(shù)較多，有利于借道左轉(zhuǎn)交通組織方式的研究. 經(jīng)過交通調(diào)查，該交叉口東、西進口道的直行、左轉(zhuǎn)車流量較大，對于提升交叉口整體運行效率有較大的潛力，故選用該交叉口的東、西進口道實行借道左轉(zhuǎn)交通組織方式。

3.2 仿真步驟

首先對該交叉口的現(xiàn)狀進行模擬仿真，接著我們利用式（5）確定借道左轉(zhuǎn)交通組織方式下，開口處的基本長度進行初次仿真，之后以5為步長，逐步遍歷。選定好模擬隨機種子數(shù)，并將調(diào)查的交通數(shù)據(jù)量代入仿真場景中。

Step1：仿真參數(shù)的選定、校正;

Step2：構(gòu)建路網(wǎng)，輸入調(diào)查交通量、信號周期等數(shù)據(jù);

Step3：根據(jù)式（5）對不同回轉(zhuǎn)開口位置進行仿真實驗;

Step4：利用節(jié)點評價輸出延誤指標;

Step5：分析不同借道左轉(zhuǎn)開口位置下的延誤情況，對比分析，求得最佳開口位置范圍。

3.3 仿真分析

利用上述交通數(shù)據(jù)量和仿真參數(shù)，在VISSIM中利用節(jié)點評價輸出下面仿真指標.首先得出東、西進口道的借道左轉(zhuǎn)車道，在不同開口處的平均排隊長度，如表2，這里傳統(tǒng)車道表示為現(xiàn)狀下的交通組織方式，數(shù)字35m、40m等表示為實行借道左轉(zhuǎn)交通組織方式下、不同開口位置處的距離（下同）。

可以看出（如圖3），與傳統(tǒng)車道相比，實行借道左轉(zhuǎn)的車道，其平均排隊長度整體降低。但是由于交通情況的復雜性，交通流的運行狀況會受到不同因素的影響，對于不同開口位置處的平均排隊長度的減少規(guī)律，還需要做進一步的研究。

從圖4可以看出，在實行了借道左轉(zhuǎn)交通組織方式后，東進口的車流延誤整體呈下降趨勢，在不同的開口位置下對應(yīng)著不同的延誤情況，其借道左轉(zhuǎn)的開口位置大約在40m時，交叉口延誤達到最小為47.7s。對于西進口（圖4）的延誤情況，其規(guī)律與東進口大致一樣，同樣在40m左右，延誤情況達到了最小為38.6s。

對于交叉口的整體延誤，由于還受到南、北進口延誤影響，呈現(xiàn)出的仿真結(jié)果如圖5，在不同開口處，延誤情況均較傳統(tǒng)車道的延誤情況得到了下降，這對于提升交叉口整體通行效率，均有借鑒的意義。表3為與傳統(tǒng)組織方式下比較后，得到的效益提升表（以傳統(tǒng)組織方式下的延誤為基點），可以看出，車輛延誤效益比傳統(tǒng)組織方式下提高了10%及其以上，開口位置在40m時，達到14.25%，充分說明了實行借道左轉(zhuǎn)交通組織方式對于提升交叉口通行能力是有效果的。

4? 結(jié)語

本文針對借道左轉(zhuǎn)交通組織方式，介紹了其適用對象和方法，并以蘭州市某交叉口為對象，在進行實際車輛量調(diào)查的情況下，運用VISSSIM仿真，將傳統(tǒng)交通管理方式與新型管理方式下不同延誤指標進行了對比，得到借道左轉(zhuǎn)交通組織方式下，交叉口的延誤整體得到了下降，并將開口位置的40m作為最佳開口選址，具有實際的經(jīng)濟效益。但是，在實際操作中，未對非機動車和行人做過多的考慮，得到的結(jié)果可能會與實際效果有偏差，這也是本文后續(xù)需要研究的地方，但是對于新型的交通組織方式的運用，本文的研究成果不失為交通管理部門提供一個可供參考的意見。

參考文獻

[1] 成衛(wèi)，別一鳴，劉志遠.基于機動車延誤的Hook-turn交叉口信號控制方案優(yōu)化方法[J].中國公路學報，2015，28（3）：94-101.

[2] 徐良杰，王煒.信號交叉口左轉(zhuǎn)非機動車影響分析[J].中國公路學報，2006（1）：89-92.

[3] 王殿海，郭偉偉，宋現(xiàn)敏，等.交通控制中展寬段設(shè)計與信號配時的優(yōu)化[J].控制理論與應(yīng)用，2010，27（12）：1598-1604.

[4] 李佳芯，張貴民.邯鄲：借道左轉(zhuǎn)“金點子”推動精細化管理[J].道路交通管理，2015（8）：39.

[5] 劉洋，顧金剛，盧健，等.借道左轉(zhuǎn)交通組織適用條件及管理設(shè)施設(shè)計研究[J].中國公共安全：學術(shù)版，2018（4）：80-86.

[6] 羅丹丹，陳群.借道左轉(zhuǎn)交叉口適用條件與特性分析[J/OL].計算機工程：1-6[2019-03-06].https：//doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0050895.

[7] Su Peng， Krause C，? Hale D，et al. Operational advantages of contraflow left-turn pockets at signalized intersections[J]. Institute of Transportation Engineers， 2016， 86（7）：44-49.

[8] Wu? Jiaming， Liu Pan， Tian Zong Z，? Xu Chengcheng.? Operational analysis of the? contraflow left-turn lane design at signalized intersections in China[J]. Transportation Research Part C， 2016， 69： 228-241.

[9] 陳松，李顯生，王運豪，等.借對向出口車道左轉(zhuǎn)交叉口交通控制方案優(yōu)化[J].哈爾濱工業(yè)大學學報，2018，50（3）：74-82.