小城镇交叉口交通渠化设计与优化管理分析

2014-01-12姚儒君

山西交通科技 2014年4期

姚儒君

（山西省交通科学研究院，山西太原 030006）

0 引言

由于小城镇自身的性质、功能、规模以及地理区位差异较大，加之路网建设资金相对薄弱，小城镇的路网系统规划与设计受到忽略，导致交通混乱、道路运行环境差、公路街道化等现象，容易引发交通事故[1]。交叉口交通信号的合理设计能够有效减少车流冲突点数量，缩短冲突距离，交叉口信号设计法与各入口交通量的饱和度影响各相位的实际周期[2]。在设计规划交叉口的相位配时方案前，需对交通状况进行调查分析，对出行车流的行为和时间进行研究，以此为分析过程提供依据，结合交叉口的规划目的和功能，以效益最大化为基本目标进行设计[3]。从我国当前的基本形势看，交叉口管理欠当的情况主要集中于小城镇或者经济欠发达地区的城市[4]。前几年大量的县城转变为城市，导致剩下的小城镇人口规模普遍不大，全国大约70%的小城镇的人口规模不到5 000人，非农业人口规模不到2 000人。小城镇人口规模超过2万，或非农业人口规模超过1万的小城镇，占全部城镇的比重在3%左右。由于资金的相对缺乏加上人们对公路交通通行意识的薄弱，加上城镇范围较小，居民出行频繁，出行工具复杂，交通管制比较困难，特别是交叉口部位，由于人车汇集，如不能合理渠化交通或者规范行驶行为，会对交通安全造成很大影响。笔者针对小城镇路网中的交叉口问题，以山西某小城镇为例，首先分析了小城镇交叉口规划的基本要素，然后针对交通渠化问题提出优化设计方案，并对信号控制方案进行分析。

1 小城镇居民出行特征

小城镇的交通运输系统能够为城乡经济发展提供保障。由于小城镇区域面积小、出行耗时少、成本低，因此居民出行频率相对较高，加上道路建设规模和路网规划的限制，居民的出行方式和出行时间对道路负荷有直接影响。

1.1 出行方式调查

由于小城镇规模较小，公交体系不完善，居民出行方式分布情况比较复杂，为分析小城镇居民出行方式分布情况，对山西省某小镇的出行方式进行简单调查，基本情况如图1所示。

图1 居民出行方式比例分布图

从图1可知，小城镇居民出行主要通过摩托车或者步行，采用公共交通的比例较低。交通种类的复杂化容易引起交通无序化，对于小城镇交叉口路段，由于来自多个方向的行人、车辆的过街速度差异大，一定程度上会降低交叉口的通行能力，如果交通信号控制设计不当，还会导致交通拥堵甚至交通事故的发生。

1.2 出行时间分布

居民出行时间分布情况也会对道路的负荷状况造成影响，由于小城镇范围小，工作强度相对较低，许多人选择中午休息期间出行。这就造成了道路出现3个高峰时段。图2为山西某小城镇居民出行时间分布情况。

图2 居民出行时间比例变化曲线

根据曲线可知小城镇居民出行时间主要分布在早晨上班、中午午休以及下午下班时段。对于交叉口路段，在这些时段的交通情况比较复杂，因此对交叉口进行规划以及设置合理的信号控制体系仍然很有必要。

2 小城镇交叉口规划要素

由于小城镇居民出行情况特征比较复杂，交叉口的设置就会受到人流高峰时段的影响，对交叉口的规划设计比较困难，针对交叉口的规划主要包括目标思路和方案。

2.1 规划目标

道路交叉口影响因素多，保证安全通畅是进行系统规划设计的终极目标。通过交通工程措施以及交通管理对交叉口的通行状况进行改善，减少机动车、非机动车以及行人之间的相互干扰，提高交叉口的通行能力[5]。

2.2 规划思路

小城镇是城乡联系的基本纽带，社会—经济—环境为小城镇道路交叉口规划的基本思路和框架。因此，需要从整体和局部两个方面综合考虑交叉口的使用功能和通行状况，并对过境车辆和居民出行特征进行分析，然后提出相应的路网规划改造方案和管理、工程措施，最后通过整合分析得出最佳方案。

2.3 整治方案

根据交叉口设计原则，以保障交通安全为前提，对交叉口机动车、非机动车以及过街行人进行组织设计、几何分析、交通约束管理、交通工程限制等方式对车道分配、信号相位方案进行优化。整治方案的优化设计基本原则如下：

a）交叉口设置方案宜直不宜曲，桥梁隧道作为交叉口起点，如有必要，需满足视距要求。

b）交叉口不宜畸形错位，尽量正交，若有斜交，角度应当大于等于70°，并满足主交通流优先方案。

c）交叉口需根据道路等级、交通量、管理条件、交叉口功能等确定交通组织渠化方式。

d）交叉口整顿规划方案不宜压缩非机动车辆与过街行人空间，不宜设置街坊出入口等。

3 交通渠化优化设计

交通的渠化设计是通过设置不同的进口道，对各方向的交通流量进行规范化处理，以此减少通行时间，优化利用交叉口空间，达到分离交通，规范通行的目的。通常情况下依据交叉口的位置和功能可以通过设置标志标线、交通环岛、增大交叉角度、远引交叉口等方式选择渠化方案。

3.1 交通岛渠化

通过在交叉口位置设置交通岛的方式，来减少或避免交通流的交织或冲突，明确各车行的轨迹，提高交叉口利用率和安全性。如图3列举一种三路交叉口的交通岛设置方式。

图3 交通岛在三路交叉口中的应用

3.2 增加交叉口进口车道断面

通过压缩中央分隔带、偏移分隔带、拓宽路口等方式增加交叉口交通流的断面，增设左转与右转专用车道来避免车辆排队过长的情况。这种方式主要是适用于建筑界限范围较大，加宽或压缩对周围居民正常出行和安全等方面不会造成太大影响的情况。

3.3 增大交叉角度渠化交通流

对于斜交交叉口，可以通过切割交叉口交通岛的方式使支路车流尽量与主路之间存在直角，达到减少车辆行驶冲突的面积，如图4所示，渠化前后交通流干扰状况有所降低，冲突节点较少，长度缩短。但是这种方式依然存在一定的车流冲突，所以仅适于规模较小的城市或者城镇。

图4 切割交通岛渠化交通

4 设施系统优化设计

交叉口处车流复杂，附属设施的设计对交通正常有序地进行有重要指导作用，标志标线、交通管理、信号相位设计以及配时方案都十分关键。

4.1 标志优化设计

在交叉口进口位置需设置指示、指路、限速、提醒、警告或者禁令等标志。通过这些标志引导车辆行驶，减少冲突区域和冲突点数量。较高标志优化设计时应简单醒目易于理解，左转交通量较大的交叉口应该设置等待左转区域，以免对其他行驶车辆造成干扰。

4.2 监控管理设计

对于事故频发的交叉口路段应建立电子监控系统，对交通状况、道路条件、车辆分布进行实时监控，并通过设置约束条件以免发生抢黄灯或者闯红灯等违规现象发生，进而影响行车安全。然后依据相关法律法规对行人、车辆进行组织，结合道路条件对交叉口路段的非机动车、行人等过街行为进行约束，保证道路畅通、安全、文明、高效进行。

4.3 信号相位方案

信号相位的设置是根据不同的渠化方案确定的，在一个信号周期内，需要对各个路口的信号安排若干种信号控制状态，并考虑行人、自行车等因素的影响，一般情况下相位数较少的情况下能够较少绿灯损失[6]。表1所示为不同渠化方案下，信号相位优化方案。

从表1可以看出，不同的交通渠化方案下，设置的信号相位数目不同，根据路口导向车流渠化和放行方法，综合考虑行人、非机动车、机动车的通行权、占用权、优先权等要求，并将路口渠化与信号相位设计协调一致。

表1 信号相位设计方案

4.4 信号配时方案

信号配时是交叉口优化管理的重要元素之一，合理设置信号周期能够减少交通冲突点数量，使交叉口交通通行合理有序。如果信号配时不当，不但会产生新的车流冲突点，而且会降低交叉口的通行能力，威胁到车辆行人的安全。信号周期过短会引起车流量大的入口位置车辆在一个周期内不能安全通行，导致二次或多次等待的情况。信号周期过长则会损失有效绿灯时间，降低交叉口的服务性能。图5列举一种两相位信号配时优化设计方案。

图5 两相位信号配饰优化设计方案

从图5可知相位较少的交叉口，其信号灯能够得到充分利用。各相位时长根据交通状况、使用者的利益以及交叉口道路的使用效益进行确定，有研究提出采用绿信比作为评价交通信号运行状况的一个指标，绿信比就是有效绿灯的时间占整个信号周期长度的比例，其中二相位通行时长减去驾驶员反应及汽车启动时间即为有效绿灯时间。

5 案例分析

5.1 交叉口现状

山西某小城镇交叉口位于城镇中心，是境外公路与城镇街道公路相互交叉，由于货运交通量相对较大，城镇中心的道路运行环境较差、运行效率较低。过街安全设施设置不够完善，行人及非机动车辆的过街行为不够规范，严重降低了交叉口的通行能力。

5.2 渠化方案

根据交通通行状况，结合交叉口基本特征以及行人通行情况，对该交叉口的交通进行渠化处理，基本方案如图6所示。

图6 不同相位交通渠化方案设计

从整体道路网络结构看，采用三相位对该交叉口进行渠化设计在经济效益和运输功能上能满足要求，而且不会造成时间和道路运行浪费，三相位渠化方案能够消除许多车流冲突点，图6中，在不同相位渠化方案下，图中所示的虚线部分车流静止通行，实线部分为允许通行。由图中所示，优先照顾车流量和货运量相对较大的道理，对行人进行限制，在距离交叉口200 m外设置人行横道，防止交叉口通行结构复杂化。