城市道路交叉口出口道可变车道设置研究

（济南市公安局交通警察支队，山东济南250000）

城市道路交叉口的交通组织对于合理利用道路资源、提高道路通行能力、减小交通延误、缓解交通拥堵具有重大意义[1-2]。在城市道路交叉口应用的交通组织方法有：提前右转、提前掉头、进出口拓宽、左转待转区、直行待行区、禁止左转、车道变窄、停车线前移、可变导向车道等[3-4]。如何在现有的道路资源下，进一步挖掘道路潜力，充分利用交叉口时空资源，实现“时间上争分夺秒，空间上寸土必争”[5]，济南市探索了在交叉口出口道设置可变车道的新方法。

1 出口道可变车道的提出

城市道路交叉口存在道路时空资源利用不充分的现象，以典型的十字型四相位信号控制交叉口东西向直行相位和左转相位为例：1)当东西方向进口道直行车辆放行时，南北方向出口道除少量东西方向进口道右转车辆外，无车辆占用，造成南北方向出口道时空资源浪费；2)当东西方向进口道左转车辆通行时，东西方向出口道除少量南北方向进口道右转车辆外，无车辆占用，造成东西方向出口道时空资源浪费；3)当东西方向进口道左转车辆通行时，相应的南北方向出口道只有部分车道被占用，造成南北方向出口道时空资源浪费。

城市道路交叉口交通组织优化应坚持“小改造大畅通”和“时空互补促畅通”的理念，做到施工简单化、工期最短化，投资及交通影响最小化、效益最大化，时间与空间互补、空中与地面互补、顺向与逆向互补。为此，本文提出在城市道路交叉口出口道设置可变车道的方法。具体设置方法为：在交叉口出口道内侧设置可变车道，车道功能随交叉口信号相位和其他因素的改变而变化，既具有出口道行车道功能又具有进口道左转导向车道功能。

出口道可变车道的设置需首先改变进口道先直行后左转的信号相序为先左转后直行，然后在条件适宜的中央隔离带远离交叉口一定长度设置开口，最后设置必要的交通设施。具体使用方法为：相交方向直行相位时间内，开口后方排队的左转车辆在交通标志标线、诱导信号灯等配套设施诱导下进入可变车道待行；在下一个绿灯相位即该方向左转相位内，左转车辆借助可变车道通行，可变车道具有进口左转车道功能；在其他相位内可变车道为正常出口道行车道，如图1所示。

出口道可变车道与进口道内侧拓宽车道功能类似，均可提高道路交叉口通行能力、减小交通延误。但是，进口道内侧拓宽车道一般需要进行中央绿化带拆除或中央隔离带偏移，需要对信号灯和市政管线进行迁移，且需要较长时间的封闭施工。与进口道内侧拓宽车道相比，在出口道设置可变车道的方法具有显著优点：1)施工简单；2)工期短，

图1 出口道可变车道的设置Fig.1 Design of reversible exit lanes

对交通影响小；3)不会降低出口道的通行能力。根据道路交叉口实际状况，设置进口道内侧拓宽车道的交叉口还可设置出口道可变车道，进一步提高交叉口通行能力。

2 设置条件

出口道可变车道可在城市道路交叉口中广泛应用，但是并非适用于所有交叉口和交叉口的所有方向。在交叉口设置出口道可变车道应满足以下条件：

1）必须是平面信号控制交叉口，且有专用左转相位。适宜设置的交叉口一般是十字型或T字型信号控制交叉口，立体交叉口、环形交叉口和某些畸形交叉口不适宜。

2）出口道车道数不小于3。由于中国城市大多数交叉口右转车辆不受信号控制，出口道至少应为相交方向右转车辆保留1条车道，且可变车道至少占用出口道1条车道，再考虑安全因素，在设置可变车道时出口道车道数应不小于3；此外，设置出口道可变车道需配套设置提前掉头口，为满足提前掉头车辆的转弯半径要求，出口道车道数应不小于3。

3）出口道可变车道应满足车辆左转转弯半径的要求。设置可变车道后，若左转车辆转弯半径过小，易导致车辆不能正常左转，引发交通事故。

4）进口道饱和度较大且左转交通量较大。当左转交通量较小、饱和度较小时，交通运行畅通，没有必要在交叉口设置出口道可变车道。

上述前三个条件是设置出口道可变车道的静态可行性约束条件，最后一个条件是设置的动态必要性条件。

3 设置参数

3.1 出口道可变车道通行能力

出口道可变车道的设置增加了进口车道数，如果车道长度和开闭时间设置合理，将能充分利用左转相位绿灯时间，提高交叉口通行能力。其单条车道通行能力N逆/(辆·h-1)与进口道左转车道通行能力N左/(辆·h-1)相同，计算公式为[6]

式中：n为一个周期内允许左转的车辆数/辆；T周为信号周期/s；t绿为信号周期内左转绿灯时间/s；v左为左转车辆行驶速度/(m·s-1)；a为左转车辆平均加速度/(m·s-2)；t左为通过停车线的左转车辆车头时距/s。

3.2 出口道可变车道的车道数

出口道可变车道的车道数根据其设置多条可变车道的必要性和约束条件综合确定。当道路时空资源不足、不能重新进行空间渠化和信号配时优化缓解左转交通压力，而设置一条出口道可变车道仍不能有效缓解上述问题，左转车道饱和度、排队长度、交通延误仍较大时，若交叉口仍能满足设置出口道可变车道的条件则可考虑设置多条。

出口道可变车道的车道数受左转方向出口道车道数、对向右转车道数及本方向进口道左转车道数的制约，出口道可变车道的车道数应满足以下要求：

式中：n逆为出口道可变车道数/条；n对出为左转车辆转弯对应的出口道车道数/条；n左为本方向左转车道数/条；n对右为对向方向右转车道数/条。

同时，出口道可变车道的车道数受左侧出口道车道数、左侧相交方向右转车道数制约，因此出口道可变车道的车道数还应满足：

式中：n左出为左侧出口道车道数/条；n交右为左侧相交方向出口道右转车道数/条。

因此，出口道可变车道最大车道数maxn逆=min{ }n对出-n左-n对右,n左出-n交右。

3.3 出口道可变车道长度

若出口道可变车道设置过短，则其绿灯相位内通行的左转车辆较少，通行能力过小，可变车道设置意义不大；如果设置过长，不仅影响相应出口道通行能力，且由于出口道可变车道不能及时腾空导致车道内滞留车辆与对向直行车流形成冲突，容易引发严重的交通拥堵和交通事故。因此，出口道可变车道长度应满足约束条件

式中：l逆为出口道可变车道的长度/m；l1为进口道导向车道线长度/m；l2为进口道第一组导向箭头至停车线长度/m；l3为出口道路缘石转弯处至下游第一组导向箭头的长度/m；l4为进口道左转车道排队长度/m；l5为出口道路缘石转弯处至下游交叉口车辆排队末尾处的长度/m。

3.4 出口道可变车道的开闭时间

3.4.1 提前开启最小时间

在进口道左转绿灯开启前，出口道可变车道需提前开启，使车道开口处之后排队的左转车辆进入可变车道待行，开启时间可提前至相交方向直行相位绿灯开启一定时间后。车道开启时间不能过早，过早开启车道意义不大且可能与相交方向左转车辆冲突；车道开启太晚将导致左转相位绿灯开启时，第一辆进入可变车道的左转车辆不能到达停车线处，不能充分利用时间资源，影响可变车道的通行能力。为充分利用左转相位绿灯时间，需要研究可变车道提前开启最小时间，这一最小时间与车道长度有关，车道越长，提前开启最小时间越大。将左转车辆启动进入可变车道并在停车线处待行视为车辆低速、匀速行驶，提前开启最小时间

式中：t开为出口道可变车道提前开启最小时间/s；t0为第一辆车启动进入出口道可变车道需要的时间/s，可采用2.3 s；l逆为出口道可变车道的长度/m；v开为左转车辆进入出口道可变车道待行的平均速度/(m·s-1)，可通过实地测速取平均值确定。

3.4.2 提前关闭最小时间

左转相位绿灯关闭前，出口道可变车道需提前关闭。关闭太早影响车道通行能力，太晚将导致出口道可变车道不能腾出空间，与下一相位对向直行车辆冲突。提前关闭最小时间与车道长度有关，车道越长，提前关闭最小时间越大，其计算公式为

式中：t关为出口道可变车道提前关闭最小时间/s；v关为左转车辆在出口道可变车道正常行驶的平均速度/(m·s-1)，可通过实地测速取平均值确定。

4 配套措施

4.1 交叉口信号相序和配时方案的调整

在交叉口交通信号优化中，一般通过调节周期时长、绿信比、相位相序、绿灯间隔时间(若为协调控制，还有相位差)四个参数改善交叉口通行效率。其中相位相序是一个较为特殊的参数，是在信号控制交叉口交通组织优化中践行时空互补理念的关键因素，通过优化相序提高交叉口运行效益是提高交叉口时空资源利用率的重要手段。

由于城市道路交叉口左转待行区的设置，中国大多数城市采用的信号相位相序为先直行再左转。设置出口道可变车道应将相位相序调整为先左转后直行，在相交方向车辆直行时，本方向左转车辆即可进入出口道可变车道待行并利用本方向左转相位通行，充分利用交叉口时空资源。

设置出口道可变车道后，进口道左转方向通行能力提高，应适当进行信号优化和车道功能调整。根据交叉口静态道路条件和动态交通运行状况，其调整方式分为以下几种情况：不调整信号周期，减小左转相位绿灯时间，增大直行相位绿信比；缩短信号周期，减小左转相位绿灯时间，优化直行相位绿信比；调整车道功能，改变空间路权分配，重新进行信号配时方案设计等。

图2 出口道可变车道标线设置Fig.2 Design of reversible exit lane markings

图3 出口道可变车道交通标志版面设计Fig.3 Design of traffic signs for reversible exit lanes

4.2 标志标线

出口道可变车道的标线定位为指示功能的纵向标线，设置在城市道路行车道上，组成形态为字符和线条。可变车道标线采用线条和字符相结合的方式，并采用彩色铺装，颜色为绿色，具体设置方法为：车道两侧施划宽度0.15 m的白色实线，并铺设1 m宽绿色彩色路面，车道两端中间位置分别设置一组两端带有黄色箭头的可变车道文字标志，车道靠近交叉口一端文字方向为对向直行车流行车方向，车道远离交叉口一端文字方向为本方向左转车流行车方向，如图2所示。

出口道可变车道的标志定位为设置在车行道上方具有指示功能的静态主标志。可变车道两端均需设置指示标志，按放置位置和面向车流的不同分为两种：一种如图3a所示，设置在交叉口处，面向对向直行车辆，可悬挂于交叉口信号灯灯柱上；另一种如图3b所示，设置在出口道可变车道开口处，面向本方向左转车辆，可悬挂于出口道可变车道诱导信号灯灯柱上。

表1 经十路-舜耕路交叉口晚高峰交通量Tab.1 PM peak traffic volume at the intersection of Jingshi Road and Shungeng Road pcu·h-1

表2 未设置出口道可变车道前晚高峰配时方案Tab.2 PM-peak signal timings before implementing the reversible exit lane s

表3 经十路—舜耕路交叉口车道功能划分Tab.3 Lane channelization at the intersection of Jingshi Road and Shungeng Road

4.3 提前掉头

交叉口掉头车辆可能借用左转车道或出口道可变车道，易导致以下问题：1)进口道左转车道掉头车辆与出口道可变车道左转车辆形成新的冲突点，易引发交通拥堵和交通事故；2)出口道可变车道车辆掉头相对较困难；3)掉头车辆占用左转道路资源和左转相位绿灯时间。为避免出现以上问题，可在实施出口道可变车道的同时，利用同一开口空间在可变车道开口后方开设掉头开口并设置相应的标志标线，引导车辆提前掉头。

图4 西出口可变车道Fig.4 Reversible lane at the west exit

图5 提前掉头标志标线Fig.5 Traffic signs and markings of U-turn in advance

4.4 信号诱导控制方式

出口道可变车道的信号诱导控制设施采用左转专用诱导车道信号灯(以下简称“诱导信号灯”)和LED诱导显示屏(以下简称“诱导显示屏”)与交叉口信号联动配合的方式。诱导信号灯设置在出口道可变车道开口处，诱导显示屏设置在诱导信号灯灯柱上。

在相交方向直行相位绿灯开启一定时间后，诱导信号灯绿灯开启，诱导显示屏显示“允许左转车辆进入左侧可变车道”绿色字样，部分左转车辆进入可变车道待行，可变车道提前开启；当本方向左转相位绿灯关闭前一定时间，诱导信号灯显示黄灯3 s后红灯开启，诱导显示屏显示“禁止左转车辆进入左侧可变车道”红色字样，可变车道提前关闭。可变车道提前开启可作为左转车辆的待行区，增大可变车道通行能力；可变车道提前关闭可避免下一相位可变车道滞留车辆与对向直行车辆冲突。

5 实例分析

5.1 实施情况

经十路为济南市贯通东西并连接章丘和长清的主干路，承担着过境交通和集散交通双重功能，针对左转需求较大、道路资源紧张的现状，济南市交通管理部门在经十路—环山路交叉口东出口试验设置中国首条出口道可变车道，并在经十路—舜耕路、经十路—阳光新路等交叉口进行推广应用。

经十路—舜耕路交叉口是经十路沿线重要节点之一，在未设置出口道可变车道之前交通拥堵严重，尤其是西进口，左转交通需求远超过车道通行能力，左转车辆经常排队至上游玉函立交桥下桥口而影响顺河高架车辆正常通行。经十路—舜耕路交叉口晚高峰交通量如表1所示，未设置出口道可变车道前晚高峰配时方案如表2所示、车道功能划分如表3所示。

图6 出口道可变车道的诱导信号灯和诱导显示屏Fig.6 Guidance signal and screen for the reversible exit lane

图7 出口道可变车道设置前后交通运行状态仿真对比Fig.7 Comparison of traffic operation before and after the implementation of reversible exit lane by simulation

经十路—舜耕路交叉口东出口和西出口满足设置可变车道的条件，为缓解交通拥堵，交通管理部门对交叉口进行了改造。设置出口道可变车道的具体措施有：1)分别在交叉口东出口40 m处和西出口50 m处设置开口，开辟出口道可变车道，如图4所示；2)将4个方向信号相位相序由先直行后左转调整为先左转后直行，使东西向左转车辆充分利用可变车道道路资源借道左转；3)设置出口道可变车道标志标线，在开口后方设置提前掉头的标志标线，如图5所示；4)设置出口道可变车道的诱导信号灯和诱导显示屏，实现与交叉口信号联动。在相交方向直行相位绿灯关闭前12 s部分左转车辆进入出口道可变车道待行，随后出口道可变车道关闭，如图6所示。由于出口道可变车道的交通组织方法在中国首次使用，考虑到交通安全问题，济南市交通管理部门采用较保守的做法，出口道可变车道仅发挥左转车辆待行区的功能，随着研究深入和经验积累，未来将在适当时机调整诱导信号灯开闭时间。

5.2 运行评价

交通调查分析发现，每信号周期出口道可变车道可放行8～12辆左转车辆，提高了交叉口通行能力。由于交叉口还应用了其他交通组织方法，交通调查不能准确反映设置出口道可变车道对交叉口交通效率的影响，因此应用VISSIM仿真软件在交通量、车道功能、信号配时等影响因素相同的条件下，分别建立出口道可变车道设置前和设置后的仿真平台，对比设置前后的交通运行状况，得出两组不同的交通指标数据。可变车道设置前后交通运行状况仿真如图7所示。

交通仿真数据显示，设置出口道可变车道后，在一个信号周期内东西方向左转交通量增加63%，停车线后最大排队长度缩短35%，左转车辆平均延误降低29%，东西向直行、右转及南北方向车辆交通指标数据基本无变化。由于设置出口道可变车道会改变信号配时方案，对信号配时优化后再次应用VISSIM软件进行仿真，东西方向直行、右转及南北方向车辆的交通效率得到提高，东西方向直行交通量增长11%、平均交通延误降低8%，公共汽车通过交叉口的平均时间减少9 s。

6 结语

本文在城市道路交叉口交通组织方面提出设置出口道可变车道的新方法，对出口道可变车道进行定义，系统地研究出口道可变车道的设置条件，包括车道数、车道长度、车道开闭时间等设置参数及配套措施。这一方法充分利用道路现有时空资源，可提高交叉口的交通效率，在一定程度上有助于缓解交通拥堵。本文在出口道可变车道开闭时间的计算上考虑的因素不够全面，下一步将结合排队论、跟驰理论及车流波动理论对其开展深入研究，完善车道开闭时间的数学模型，并进一步对出口道可变车道设置后道路交叉口通行能力、交通延误等进行定量分析。

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