鞏舜妹， 張啟貴， 段莉敏， 陳元元， 劉少婧

(宿州學(xué)院 資源與土木工程學(xué)院 安徽 宿州 234000)

在城市道路交通系統(tǒng)中，交叉口為多向交通流提供轉(zhuǎn)向功能，既是道路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，也是道路系統(tǒng)的“瓶頸點(diǎn)”。在交通流量較大的交叉路口，交通阻塞、交通事故頻發(fā)，嚴(yán)重降低了路口的運(yùn)行效率，威脅著交通參與者的安全。為了提高車輛在道路交叉口的安全性與通行效率，諸多學(xué)者做了一定的研究。CARTER等[1]對(duì)城市交叉口的“左轉(zhuǎn)遠(yuǎn)引設(shè)置”模式進(jìn)行了研究，遠(yuǎn)引設(shè)置可有效降低交通事故率；ZHAO等[2]通過對(duì)城市路段及交叉口歷史事故率的研究，確定了遠(yuǎn)引設(shè)置的4種形式，提出了車輛遠(yuǎn)引掉頭距離理論；WU等[3]從消除道路交叉口的沖突角度出發(fā)，提出了車輛“變相左轉(zhuǎn)”的新型交通組織方法；劉攀等[4]從駕駛員的駕駛行為角度出發(fā)，提出遠(yuǎn)引設(shè)置可有效簡(jiǎn)化駕駛行為，左轉(zhuǎn)遠(yuǎn)引比直接左轉(zhuǎn)的延誤??；林培群等[5]研究了“變相左轉(zhuǎn)”與直接左轉(zhuǎn)2種交通組織的車輛延誤，挖掘了變相左轉(zhuǎn)前后行車的安全性；韓高峰等[6]研究了不同流量密度下左轉(zhuǎn)遠(yuǎn)引對(duì)車輛行駛效率的影響，確定了遠(yuǎn)引掉頭的具體形式。本文從提高交叉口的總體通行效率角度入手，運(yùn)用VISSIM微觀交通仿真方法，明確并精細(xì)化左轉(zhuǎn)遠(yuǎn)引掉頭的設(shè)置思路及設(shè)計(jì)方案，降低交叉路口的總體車輛延誤時(shí)間，節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本。

1 現(xiàn)狀分析與組織方法革新

1.1 交通現(xiàn)狀分析

目前，平面交叉口遠(yuǎn)引設(shè)置的研究尚處于初級(jí)階段，對(duì)于城市的新建區(qū)域而言，由市區(qū)延伸而形成的多車道城市道路多以直線交通為主，符合“左轉(zhuǎn)遠(yuǎn)引掉頭”設(shè)計(jì)要解決的主要城市道路類型問題。以學(xué)府大道與宿州大道交叉口為例，宿州大道是貫穿宿州市東西方向的主干路，直行方向單車道的交通量平均達(dá)到了1 200輛/h，右轉(zhuǎn)方向單車道的交通量平均為96輛/h；學(xué)府大道是貫穿于大學(xué)城教育園區(qū)南北方向的主干路，直行方向單車道的交通量平均達(dá)到了900輛/h，右轉(zhuǎn)方向單車道的交通量平均為100輛/h。學(xué)府大道與宿州大道交叉口的平均交通量如表1所示。東進(jìn)口與西進(jìn)口的直行交通量最大，北進(jìn)口的直行交通量相對(duì)最小。

表1 學(xué)府大道與宿州大道交叉口各個(gè)進(jìn)口道直行和右轉(zhuǎn)交通量調(diào)查數(shù)據(jù) 單位：輛/h

1.2 交通組織方法革新

在減少信號(hào)相位數(shù)的同時(shí)，革新交通組織方法，引入道路平面交叉口主路與次路“左轉(zhuǎn)遠(yuǎn)引設(shè)置”的理念?！白筠D(zhuǎn)遠(yuǎn)引設(shè)置”的提出，是繼交叉路口渠化、拓寬與優(yōu)化設(shè)計(jì)后的一次交通組織革新。引入道路平面交叉口主路與次路“左轉(zhuǎn)遠(yuǎn)引設(shè)置”的理念，可有效減少信號(hào)交叉口的信號(hào)相位數(shù)，可使傳統(tǒng)的四相位交叉口轉(zhuǎn)變?yōu)樾滦偷亩辔唤徊婵?，根?jù)現(xiàn)場(chǎng)所調(diào)研的交通流數(shù)據(jù)，重新進(jìn)行動(dòng)態(tài)的信號(hào)配時(shí)，在時(shí)間維度和空間維度上賦予主線交通更多的通行時(shí)間，同時(shí)輔以“左轉(zhuǎn)遠(yuǎn)引設(shè)置”專用的標(biāo)志標(biāo)線和動(dòng)態(tài)化誘導(dǎo)標(biāo)志牌，將原本的左轉(zhuǎn)交通流引入到直線交通上，進(jìn)而對(duì)不同比例的左轉(zhuǎn)交通流的延誤時(shí)間進(jìn)行仿真分析，以驗(yàn)證新型交通組織方法的實(shí)用性。為了研究不同左轉(zhuǎn)車流量比例對(duì)直行交通流的影響，設(shè)置了左轉(zhuǎn)交通量占直行交通量的比例，如表2所示。

表2 左轉(zhuǎn)交通量占直行交通量的設(shè)置比例

由表1和表2的數(shù)據(jù)可知：隨著左轉(zhuǎn)車輛占直行交通量百分比的不斷提高，學(xué)府大道與宿州大道交叉口的交通流主要集中在南北直行和東西直行主線上，左轉(zhuǎn)交通流最大時(shí)，僅占東進(jìn)口直行車流的25%；左轉(zhuǎn)交通流最小時(shí)，僅占北進(jìn)口直行交通流的10%。在以直線交通為主的線路上，為了提高整個(gè)交叉口的通行效率，降低整體延誤，設(shè)置遠(yuǎn)引掉頭模式意義重大。

2 左轉(zhuǎn)遠(yuǎn)引掉頭設(shè)置思路及設(shè)計(jì)方案

2.1 設(shè)置思路

傳統(tǒng)的交通組織控制方式在一定范圍內(nèi)可以降低道路交通沖突點(diǎn)，較好地解決交通擁擠問題。但兩條相交道路流量相差甚遠(yuǎn)時(shí)，依然采用傳統(tǒng)的四相位交通組織控制方法，不合理的時(shí)間與空間設(shè)置務(wù)必導(dǎo)致整個(gè)道路交叉口通行效率降低。此外，在右轉(zhuǎn)車輛不受信號(hào)燈限制的前提下，左轉(zhuǎn)車輛所遇到的合流沖突、分流沖突以及交叉沖突持續(xù)增多，大大降低了整個(gè)交叉口的通行效率。

在城市道路路段和交叉口的總體延誤中，車輛在交叉口的延誤占據(jù)了絕大部分。為了降低交叉口的總體延誤，利用公式計(jì)算出現(xiàn)狀交通組織下的交叉口車輛平均延誤，而后引出新型的交通組織方法，研究?jī)?yōu)化后的車輛平均延誤，使得交叉口的通行能力最佳化。信號(hào)交叉口的機(jī)動(dòng)車輛延誤計(jì)算公式：

(1)

式中：dij為i相位j進(jìn)口道的機(jī)動(dòng)車輛平均延誤；λi為信號(hào)交叉口i相位的綠信比；xij為i相位j進(jìn)口道方向的飽和度；Pf是機(jī)動(dòng)車輛平均延誤的修正系數(shù)；T為分析周期；K是取決于不同控制方案的修正系數(shù)；I是所研究交叉口上游處機(jī)動(dòng)車輛過濾的修正系數(shù)；d0是機(jī)動(dòng)車輛排隊(duì)的初始延誤。

2.2 設(shè)計(jì)方案

“左轉(zhuǎn)遠(yuǎn)引掉頭”指的是次路車流要實(shí)現(xiàn)左轉(zhuǎn)，需要在交叉口先右轉(zhuǎn)，然后在路段上實(shí)行遠(yuǎn)引掉頭，再直行通過交叉口。通過車輛遠(yuǎn)引設(shè)置把交叉口的左轉(zhuǎn)沖突引到城市路段上來解決。學(xué)府大道與宿州大道交叉口次路左轉(zhuǎn)遠(yuǎn)引示意圖如圖1所示。

圖1 學(xué)府大道與宿州大道交叉口次路左轉(zhuǎn)遠(yuǎn)引示意圖

由圖1可知：次干路的南進(jìn)口車流要實(shí)現(xiàn)左轉(zhuǎn)，需提前進(jìn)入右轉(zhuǎn)的第2車道，從東出口的第2車道、第3車道或者第4車道駛離，在主干路的遠(yuǎn)引設(shè)置開口處掉頭，最后直行通過交叉口，南進(jìn)口的右轉(zhuǎn)第1車道專供右轉(zhuǎn)車流行駛，避免了左轉(zhuǎn)車流和右轉(zhuǎn)車流之間的合流沖突與分流沖突，由于右轉(zhuǎn)不受信號(hào)燈的控制，左轉(zhuǎn)遠(yuǎn)引的成功設(shè)置極大地減少了交叉口的整體時(shí)間延誤，在次干路右轉(zhuǎn)交通流較小的情況下，南進(jìn)口的第1車道和第2車道均可供左轉(zhuǎn)車流通行，很大程度上提高了交叉口的整體通行效率。“左轉(zhuǎn)遠(yuǎn)引掉頭”是變相左轉(zhuǎn)的一種形式，它將原本按照信號(hào)燈行駛的左轉(zhuǎn)車流轉(zhuǎn)移至相鄰信號(hào)相位的直行車道上行駛，在以直線型為主的信號(hào)交叉口，減少了交通沖突點(diǎn)和信號(hào)相位數(shù)，節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本，提升通行效率。

相比較于傳統(tǒng)的四相位信號(hào)控制交叉口，左轉(zhuǎn)遠(yuǎn)引掉頭設(shè)置更適應(yīng)于主路直行交通量較大的路口，將傳統(tǒng)的左轉(zhuǎn)車道渠化轉(zhuǎn)移，設(shè)置于相應(yīng)方向的右轉(zhuǎn)車道和直行車道之間，即左轉(zhuǎn)車流實(shí)行“折彎式左轉(zhuǎn)”，當(dāng)交通流大到一定程度時(shí)，可適時(shí)的在相鄰信號(hào)相位設(shè)置“折拐式信號(hào)燈”，與此相位的直行信號(hào)燈共用一個(gè)信號(hào)相位，以此實(shí)現(xiàn)主干路直行方向的綠色暢通。

3 案例分析

以宿州市學(xué)府大道與宿州大道交叉口為例，采用VISSIM交通微觀仿真軟件對(duì)傳統(tǒng)的信號(hào)控制方案和新型的信號(hào)控制方案所產(chǎn)生的信號(hào)延誤進(jìn)行對(duì)比分析。在同等的交通量環(huán)境下，設(shè)置左轉(zhuǎn)交通流與直行交通流的比值為10%、15%、20%和25%進(jìn)行仿真，延誤時(shí)間對(duì)比分析如圖2所示。

圖2 延誤時(shí)間對(duì)比分析圖

由圖2可知，新型的“左轉(zhuǎn)遠(yuǎn)引設(shè)置”的車輛平均延誤時(shí)間遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)車輛行駛的平均延誤時(shí)間，當(dāng)左轉(zhuǎn)交通流的比例占直行交通流的10%、15%和20%時(shí)，傳統(tǒng)交通組織方式的車輛平均延誤均為38.2 s,而新型的交通組織方式的平均車輛延誤分別為19.3 s、19.9 s和20.7 s，新型的“左轉(zhuǎn)遠(yuǎn)引設(shè)置”減少了一半的延誤時(shí)間；當(dāng)左轉(zhuǎn)交通流的比例占直行交通流的25%時(shí)，傳統(tǒng)的交通組織方式的車輛平均延誤為47.6 s,而新型的交通組織方式的車輛平均延誤為26.5 s，新型的“左轉(zhuǎn)遠(yuǎn)引設(shè)置”又減少了將近一半的延誤時(shí)間。

4 結(jié) 語

從降低整個(gè)交叉口車輛整體延誤的角度出發(fā)，引入新型的“左轉(zhuǎn)遠(yuǎn)引設(shè)置”優(yōu)化方法。當(dāng)左轉(zhuǎn)車流占直行交通流的10%、15%、20%和25%時(shí)，設(shè)置左轉(zhuǎn)遠(yuǎn)引可有效地提高整個(gè)交叉口的通行效率，減少信號(hào)相位數(shù)，降低車輛的平均延誤時(shí)間，表明次路左轉(zhuǎn)遠(yuǎn)引的設(shè)置對(duì)道路交叉口交通流組織的優(yōu)化設(shè)計(jì)有較好的借鑒價(jià)值。