城市道路平面交叉路口交通组织研究

2014-01-08钱俊

城市道桥与防洪 2014年2期

钱俊

（上海大学机械电子自动化工程学院，上海市 200072）

0 前言

近年来，伴随着社会经济的发展和人们生活水平的普遍提高，整个社会对交通运输的需求日益增加，交通出现了日趋紧张的局面，伴随而来的是一系列的交通问题：道路拥堵、车辆秩序混乱、事故频发、污染严重，等等。整个城市的经济发展受到了制约，缓解交通拥堵问题迫在眉睫。对于城市道路而言，交叉口是城市交通的关键。相对于道路路段而言，交叉口内由于不同流向车流的转向而引起的各种车流之间的交叉、交织、分流以及合流等行为，使得交叉口的交通特性比较复杂。也正是由于其复杂的交通特性，使得交叉口成为交通持续混乱和事故的多发点，降低了道路网通行能力，成为整个城市道路的瓶颈地带。因此，它的交通运行状态与整个城市道路的交通运行状态密切相关，提高信号交叉口的通行能力，也将成为解决城市交通问题的重要举措。

1 平面交叉口冲突点

当车辆通过交叉口时，会发生合流或分流。也就是说，当两股不同流向的交通流同时经过空间某点时，就会产生交通冲突，而该点成为冲突点。交通冲突的方式有3种：交叉冲突、合流冲突、分流冲突，如图1所示。

图1 3种交通冲突方式

1.1 冲突点分布

（1）无信号控制平面交叉口冲突点的分布

以单车道为例，在不计入非机动车流和行人流的各类冲突点的条件下，各种平面交叉路口的冲突点数如表1和图2所示。

表1 无信号控制交通流交叉点、合流点、分流点的数目

图2 无信号控制平面交叉口冲突点分布图

（2）平面信号交叉口冲突点的分布

当交通信号控制路口用的是两相控制时，各种平面交叉路口的冲突点数如表2和图3所示。

表2 信号控制交通流交叉点、合流点、分流点的数目

图3 信号控制平面交叉口冲突点分布图

1.2 冲突点控制

（1）冲突点的空间分离

从空间上去控制冲突点，一般用交通渠化设计的方法，利用隔离带、车道线、人行横道线、路口的导流线、导向车道以及停车线等交通标线，减少路口冲突范围，隔离不同流向的交通流，尽量降低空间上冲突点的个数。

（2）冲突点的时间分离

采用交通渠化设计后仍会存在不可消除的冲突点，这时可以在冲突点的通过时间上进行分类，一般采用信号控制的方式。在一般的道路上，可用二相位控制，而一些流量较大且左转交通流比率较高的交叉口，可采用四相位或多相位信号控制，相位的设置应满足机动车流向分离要求为宜。对于路段上的人行横道的控制，当人行流量较大时，可以设立行人过街信号灯，以达到在时间上分离机动车和行人冲突点的目的。

（3）冲突点的管理控制

依靠交警手势或让行标志、标线，对冲突点进行分离。对同一相位不同车种的交通流通过同一冲突点时，由于速度差会产生交通延误，所以在冲突点上应按车种放行。由于交通流已越过停车线，不再受交通信号控制，因此，为避免在冲突点上产生冲突，必须解决好优先通行的问题，这主要就依靠民警进行冲突点上车种、流向分离来实现。

2 平面交叉口的渠化

2.1 交通渠化概述

交通渠化就是在道路上用交通标志、标线或用高出路面的各种岛状构造物，或利用路面漆刷成不同颜色，或利用护栏、分隔带、隔离墩及其他设施和方法，对行人与各种不同车型、不同方向、不同速度及不同运动状态的交通流进行引导、隔离和管制，使交通实体像渠内水流一样顺着一定的方向和线路，互不干扰地安全而有序地运行，以达到分离和控制交通流的目的[1]。

2.2 平面交叉口渠化的目的和作用

交叉口是制约道路网整体效率发挥的关键，若道路网中的所有平面交叉口进行渠化，则路网容量可以提高40%～50%，交叉口渠化代价小、效益大，部分作用见图4。

3 平面交叉口的信号控制

3.1 平面交叉口信号控制概述

图4 平面交叉口渠化目的与作用[1]

平面交叉口作为在空间上无法实现分离原则最主要的地方，交通信号控制是必不可少的，它是在时间上给交通流分配通行权，这是一种很有效的交通指挥措施。通过交通信号灯轮流显示不同的灯色来控制交通的通行或停止。

3.2 交叉口信号控制系统基本参数[2-3]

信号周期——交通信号灯显示的一个的完整循环过程。

周期长度——信号完成一个周期所需的总时间，符号用C，单位为s。

信号相位——在一个信号周期内，一股或几股车流，不管任何瞬间都获得完全相同的信号灯色显示，那么就把他们获得不同灯色的连续时序称作一个信号相位。

间隔——所有信号显示持续不变的时间。

转换间隔——相位之间出现的黄灯加上红灯间隔，以使冲突车流在放行之前，能够为交叉口清空车辆提供时间，符号用Y，单位为s。

绿灯时间——绿灯相位所持续的时间，符号用G i（指i相位），单位为s。

损失时间——未能提供车辆有效利用的时间，包括：转换间隔时间，每次绿灯开始时，前排车辆起动延误的时间。

有效绿灯时间——在给定相位中，获得通行权的车辆能够有效利用的时间。它等于绿灯时间加上转换间隔再减去损失时间，符号用g i（对于i相位），单位为 s。

绿信比——有效绿灯时间与周期长度之比，符号用g i/C（对于i相位）。

有效红灯时间——有效地禁止车辆行驶所持续的时间，以秒为单位，等于周期长度减去特定相位的有效绿灯时间，符号用r i，单位s。

4 平面交叉口交通组织优化方法

4.1 信号相位的确定

信号相位主要有两相位和多相位两种方式。两相位信号控制方式通用性比较强，适用于各种渠化条件，而多相位信号控制方式则要看路口放行方法、渠化条件以及路口各方向到达流量的均衡性来确定。一般信号相位确定有以下几个分类。

（1）按照路口放行方法确定信号相位。包括按时间分离法放行的路口，至少要有3个信号相位：一个相位为行人相位；按对于按空间分离法放行的路口，一般采用常规四相位设置，行人相位可按直行相位配置，不需单设非机动车相位；对于按时空分离法放行的路口。

（2）按照路口导向车道渠化来确定信号相位。路面上规划了专左车道的交叉口，信号相位上才能设置专左车相位。当路面上是直左车道的不能设置专左相位。因此要注意路口渠化与信号相位的统一。

（3）按各方向轮放方式组织信号相位。如果各方向来车不均衡，则对于轮放方式放行时，机非、机行之间的冲突不可避免，当路口流量较大时，通行能力损失较多。但这种方法有很强的适应性，做信号绿波协调时可按单向交通方式进行信号相位差组织，绿波带明显宽于双行方式，因此，这种方法适用于中低峰条件下的信号控制协调。

4.2 机动车专右车道的渠化设计

在多车道交通通行过程中，当右转交通量较大时，有必要设置专右车道，提高交叉口通行能力。如若不设置右转专用车道，直行的车辆会阻碍右转车辆的转向，并当右转车辆过多时，在一个直行相位之内不能将之放空，后续的右转车辆会妨碍相邻直行车道车辆的通行，会造成一定交通阻塞，降低车道的通行能力。国外研究发现，延长右转专用车道长度，可以降低15%的冲突；在多车道的进口道加设右转专用车道可降低40%的严重冲突，降低10%的仅有财产损失型交通事故[4]。当设置专右车道时，如图5所示。

图5 右转弯专用车道设置示意图

4.3 机动车左转弯候驶区的渠化设计

左转车辆不仅是产生冲突点的主要因素，同时也影响直行方向主要车流的通行。所以，无论是保证交通安全，还是提高交叉口的通行能力，组织好左转车辆是交叉口交通组织的一个关键问题[5]。

为了能够使左转车流与直行车流之间的冲突消除，道路工程设计中经常用增设左转专用相位的方法，这样可以在时间上将两股交通流分离。但是，能够设置左转相位的必要条件是出口道必须设有左转专用车道，对于城市平面交叉口而言，道路的交通压力很大，左转专用车道基本上是通过拓宽进口道得到的，因而左转专用车道的长度有限。当左转车辆到达数持续增大超过左转车道容量时，后续到达的左转车辆会从左转车道溢出，从而阻挡邻近车道其他车辆的运行，并在一定条件下，左转车道排队溢出可能导致大面积的拥堵。为增大左转车道的容量，减少排队溢出的可能，1999年交通部和公安部联合制订并颁发的中华人民共和国国家标准《道路交通标志和标线》（GB 5768—1999）[6]新增了左弯待转区的指示标线，如图6所示，以东、西进口为例，设置左弯待转区。