張琦暉

摘 要：交叉口處由于左轉(zhuǎn)車流需要跨越多個(gè)車道運(yùn)行，是影響通行效率的主要因素。由于車輛在交叉口處因頻繁減速停車再起步等動(dòng)作，引起車輛排隊(duì)，長(zhǎng)時(shí)間將形成交通擁堵，造成能源的浪費(fèi)與環(huán)境的污染。因此，如何管理交叉口處來(lái)自各個(gè)方向車流之間的關(guān)系，是提升城市平面信號(hào)交叉口服務(wù)水平的主要研究?jī)?nèi)容，通過(guò)對(duì)左轉(zhuǎn)交通流的特性進(jìn)與待行區(qū)進(jìn)行研究，結(jié)合VISSIM仿真軟件實(shí)例分析得出，設(shè)置左轉(zhuǎn)待行區(qū)能夠有效降低平均延誤、提升左轉(zhuǎn)車通行能力。

關(guān)鍵詞：信號(hào)交叉口;左轉(zhuǎn)待行區(qū);通行能力;交通仿真

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，越來(lái)越多的人們選擇購(gòu)買(mǎi)汽車作為私人交通工具，這也使得私家車數(shù)量有了很大提升。造成城市擁堵的原因有很多，如交通事故、道路施工、惡劣天氣、大型活動(dòng)等等、交通基礎(chǔ)設(shè)施存在缺陷等。建設(shè)合理的城市道路網(wǎng)、努力提高城市公共交通發(fā)展水平、控制城市小汽車數(shù)量、減少交通事故、處理好不同交通設(shè)施之間的矛盾關(guān)系以及交叉口信號(hào)相位問(wèn)題等等，是目前亟待解決的問(wèn)題。

1 研究綜述

交通流理論是道路通行能力研究的主要來(lái)源。國(guó)外對(duì)此研究比較深入，在仿真模型方面，HCM模型的準(zhǔn)確度在世界范圍內(nèi)較高，因此國(guó)外在計(jì)算道路通行能力的方法上還是重點(diǎn)于參考HCM模型[1]。中國(guó)的道路條件混雜，道路類型多，國(guó)內(nèi)交通方向的學(xué)者通過(guò)學(xué)習(xí)國(guó)外相關(guān)知識(shí)，結(jié)合本國(guó)實(shí)際情況，主要提出了以下幾種算法：停車線法[2]，研究直行車道設(shè)計(jì)通行能力來(lái)推導(dǎo)其他不同種類車道的設(shè)計(jì)通行能力。通過(guò)從每一條車道到每一個(gè)進(jìn)口道的方式計(jì)算，交叉口周期時(shí)長(zhǎng)小于等于180 s是計(jì)算交叉口處設(shè)計(jì)通行能力的前提條件;沖突點(diǎn)法[3]，計(jì)算通行能力的基本點(diǎn)在交叉口內(nèi)部的沖突點(diǎn)。其主要用于兩相位的信號(hào)交叉口。

2 交通流特性研究

2.1 平面交叉口左轉(zhuǎn)車流分析

平面交叉口中左轉(zhuǎn)車流可分為以下三種情況：①設(shè)有左轉(zhuǎn)專用車道，設(shè)有左轉(zhuǎn)專用相位;②設(shè)有左轉(zhuǎn)專用車道，不設(shè)左轉(zhuǎn)專用相位;③不設(shè)左轉(zhuǎn)專用車道，不設(shè)左轉(zhuǎn)專用相位。左轉(zhuǎn)車流的運(yùn)行方式，根據(jù)交叉口有無(wú)左轉(zhuǎn)專用相位，又可分為保護(hù)型和許可型。

信號(hào)交叉口的左轉(zhuǎn)車流，由于行駛方向與其他方向的車輛不同，車流路徑會(huì)產(chǎn)生交叉，使得車輛之間產(chǎn)生幾種性質(zhì)不同的交叉點(diǎn)：在交叉口處左轉(zhuǎn)車流與直行車流分開(kāi)，形成分流點(diǎn);左轉(zhuǎn)車流與對(duì)向直行車流路徑交叉，產(chǎn)生沖突點(diǎn);左轉(zhuǎn)車流通過(guò)交叉口后，與縱向直行車流匯合，形成合流點(diǎn)。

2.2 左轉(zhuǎn)待行區(qū)交通流分析

左轉(zhuǎn)待行區(qū)實(shí)際上將左轉(zhuǎn)車道進(jìn)行了延長(zhǎng)[4]。待行區(qū)設(shè)置在左轉(zhuǎn)車道的正前方以方便左轉(zhuǎn)車輛駛?cè)?，特殊情況下會(huì)根據(jù)交叉口的平面布局實(shí)際情況選擇矩形或弧形待行區(qū)。但設(shè)置左轉(zhuǎn)待行區(qū)的前提是需要有左轉(zhuǎn)相位。當(dāng)同向直行相位亮起綠燈時(shí)，左轉(zhuǎn)車輛可駛?cè)氪袇^(qū)等待;當(dāng)下一相位左轉(zhuǎn)綠燈啟亮?xí)r，車輛即可駛出。左轉(zhuǎn)信號(hào)燈綠燈結(jié)束時(shí)，左轉(zhuǎn)車輛需停至停車線前，等待下一周期同向直行相位綠燈開(kāi)啟再駛?cè)?。此行為與無(wú)左轉(zhuǎn)待行區(qū)時(shí)的左轉(zhuǎn)車流運(yùn)行沒(méi)有多少區(qū)別，只是所有的待轉(zhuǎn)車輛多進(jìn)行了一次起步和停車動(dòng)作。

3 交叉口VISSIM仿真實(shí)驗(yàn)

3.1 建立仿真平臺(tái)

（1）建立路網(wǎng)，根據(jù)底圖中交叉口幾何要素，在仿真軟件中畫(huà)出交叉口。

（2）車流量加載與交通流參數(shù)調(diào)整。加載車流量，車流量由交叉口實(shí)際采集數(shù)據(jù)得到。為了保證仿真精度，根據(jù)在交叉口現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的車速分布數(shù)據(jù)、行人過(guò)街步速等，對(duì)VISSIM軟件中原有的車速分布進(jìn)行調(diào)整。

（3）路徑?jīng)Q策與沖突區(qū)設(shè)置。由于該交叉口渠化的原因，需要利用鼠標(biāo)拖動(dòng)，調(diào)整渠化路段中的路徑?jīng)Q策，保證仿真效果的真實(shí)程度。在四相位方案下不存在沖突區(qū)，但要在合流點(diǎn)處設(shè)置讓行規(guī)則，避免兩股車流在合流處相互碰撞。

（4）在VISSIM軟件中的左轉(zhuǎn)待行區(qū)的設(shè)置方法。由于VISSIM仿真軟件不能直接地模擬車輛利用左轉(zhuǎn)待行區(qū)完成左轉(zhuǎn)這一過(guò)程，需要對(duì)條件的等價(jià)轉(zhuǎn)換后才能在仿真軟件中產(chǎn)生“左轉(zhuǎn)待行區(qū)”。需要將車輛的左轉(zhuǎn)過(guò)程分解為兩個(gè)階段：車輛在第一階段時(shí)駛?cè)氪D(zhuǎn)區(qū)進(jìn)行等待、車輛在第二階段時(shí)通過(guò)左轉(zhuǎn)待行區(qū)，完成左轉(zhuǎn)。在VISSIM仿真軟件中，軟件本身的邏輯結(jié)構(gòu)只能是車輛根據(jù)信號(hào)燈的顏色來(lái)選擇通過(guò)或停止，這樣也只能完成一個(gè)階段的車輛運(yùn)行情況。所以采用“虛擬相位”這一方法，來(lái)模擬出車輛在有左轉(zhuǎn)待行區(qū)的情況下完成左轉(zhuǎn)。其中，將虛擬相位的信號(hào)燈就放置在原有左轉(zhuǎn)車道的停車線前，左轉(zhuǎn)相位的信號(hào)燈放置在左轉(zhuǎn)待行區(qū)停車線前，通過(guò)這樣的布設(shè)方式，就能完成在VISSIM仿真中達(dá)到左轉(zhuǎn)待行區(qū)的目的了。關(guān)于虛擬相位的時(shí)間設(shè)置，如圖2所示。

3.2 有無(wú)左轉(zhuǎn)待行區(qū)條件下對(duì)通行能力的影響分析

根據(jù)仿真數(shù)據(jù)得知，當(dāng)未設(shè)置左轉(zhuǎn)待行區(qū)及使用原有信號(hào)配時(shí)的條件下，10 min內(nèi)交通量為677 pcu，平均延誤時(shí)間為33.1 s，平均排隊(duì)長(zhǎng)度為18.4 m;當(dāng)設(shè)置左轉(zhuǎn)待行區(qū)、使用新設(shè)計(jì)的信號(hào)配時(shí)，10 min內(nèi)交通量控制不變的條件下交叉口車輛平均延誤時(shí)間為27.0 s，平均排隊(duì)長(zhǎng)度為13.8 m。對(duì)比分析得知，設(shè)置左轉(zhuǎn)待行區(qū)以及重新設(shè)計(jì)信號(hào)相位配時(shí)后，交叉口處平均延誤時(shí)間減少6.1 s，效率提高18%，排隊(duì)長(zhǎng)度減少4.6 m，效率提高25%。在通行能力方面，當(dāng)設(shè)置左轉(zhuǎn)待行區(qū)以及重新設(shè)計(jì)信號(hào)相位配時(shí)后，0 min內(nèi)交通量為816 pcu;兩者比較可以得知通行能力提升9.5%。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，明顯發(fā)現(xiàn)：當(dāng)設(shè)置了左轉(zhuǎn)待行區(qū)后交叉口的交通狀況得到了明顯的改善，各路口處的排隊(duì)長(zhǎng)度縮短;同時(shí)可以很明顯的看到，左轉(zhuǎn)待行區(qū)對(duì)應(yīng)車道的延誤時(shí)間減小很多，其交通狀況也得到了極大的改善。本次研究左轉(zhuǎn)待行區(qū)僅僅是一個(gè)開(kāi)始，如在對(duì)實(shí)地調(diào)查中如果有更加詳細(xì)的車輛數(shù)據(jù)，會(huì)使研究工作更加細(xì)致準(zhǔn)確，以及在實(shí)際情況下由于設(shè)置了左轉(zhuǎn)待行區(qū)，左轉(zhuǎn)相位的綠燈時(shí)長(zhǎng)計(jì)算方式應(yīng)與原公式不同，設(shè)計(jì)左轉(zhuǎn)相位時(shí)間長(zhǎng)度理論上比原有的相位時(shí)長(zhǎng)要短，這些變量的取值問(wèn)題還需做更深入的研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]Yang Zhao，Liu Pan，Chen Yuguang，et al.Can Left-turn Waiting Areas Improve the Capacity of Left-turn Lanes at Signalized Intersections[J].Procedia-Social and Behavioral Sciences.2012（43）：192-200.

[2]王波.城市道路交叉口交通組織與信號(hào)控制策略研究[D].吉林大學(xué)，2005.

[3]羅榮鋒.城市道路信號(hào)交叉口左轉(zhuǎn)交通流的組織方法研究[D].長(zhǎng)安大學(xué).2010.

[4]宗二凱.城市道路信號(hào)交叉口左轉(zhuǎn)車道通行能力研究[D].北京工業(yè)大學(xué)，2012.