信号交叉口综合待行区的设置研究

2015-10-21马晓旦任恒恺夏晓梅

森林工程 2015年1期

马晓旦　任恒恺　夏晓梅

摘要：为缓解城市道路信号交叉口的交通拥堵问题，分析研究城市道路信号交叉口综合待行区的设置方法与交通控制方式。对综合待行区的基本概念、设置与控制方法、通行能力计算与运行效率评价等方面进行较为全面地阐述，并且以综合待行区的一般形式作为研究对象进行软件仿真实验，为进一步研究与其推广应用提供理论基础。结果显示，对于本文所研究的综合待行区一般形式，综合待行区的设置可以使综合车均延误缩短约一半，行车效率得到大幅度的提升。因此，在条件具备的交叉口进口道处合理地设置综合待行区的控制策略，能够充分利用道路时空资源、减小车辆通过交叉口的延误、提升交叉口通行能力，对于缓解城市交通拥堵具有十分重要的推广意义。

关键词：交通工程；交通控制；综合待行区；信号交叉口；通行能力

中图分类号：S 773.6；U 491.5+1文献标识码：A文章编号：1001-005X（2015）01-0118-05

Study on the Setting of Integrated

Waiting Area at Signalized Intersection

Ma Xiaodan，Ren Hengkai，Xia Xiaomei

（Business School，University of Shanghai for Science and Technology，Shanghai 200093）

Abstract：To alleviate the traffic congestion problem at signalized intersections，the setup method and traffic control theory of integrated waiting area are analyzed.The basic concept，setting and controlling method，capacity calculation and operation efficiency evaluation of integrated waiting area are expounded，then general format of integrated waiting area is simulated，which provides the theoretical foundation for further research and its application.Software simulation results which are based on the general format of integrated waiting area demonstrate that the setting of integrated waiting area can halve the comprehensive average delay and greatly improve the traffic efficiency.Consequently，the setting of integrated waiting area at appropriate intersections can make full use of road spacetime resources，improve the traffic capacity of intersection and reduce the traffic delay，which is of great significance to alleviating urban traffic congestion.

Keywords： transportation engineering；traffic control；integrated waiting area；signalized intersection；traffic capacity

收稿日期：2014-08-06

第一作者简介：马晓旦，硕士，副教授。研究方向：交通规划，交通控制。Email：Usst_mxd@163.com

引文格式：马晓旦，任恒恺，夏晓梅.信号交叉口综合待行区的设置研究[J].森林工程，2015，31（1）：118-122.随着小汽车保有量的日益增长，越来越多的城市道路出现了供不应求的严峻局面，特别是在一些路网关键节点上，拥堵不堪的场面几乎天天都在上演。近年来，交叉口左转待行区[1-4]、直行待行區[5-6]以及路段可变车道[7-8]、潮汐车道[9-10]等交通控制措施不断涌现，而综合待行区[11-12]这种全新的交通控制方法也应运而生。

相对其它交通控制措施而言，综合待行区还是一个比较新的概念，在国内的应用尚处于起步阶段。2010年，上海市闸北交警在天目路设立了全国首个综合待行区，高峰时期有交警在现场进行人工控制；2011年，上海市共和新路临汾路交叉口南进口设立了由可变信号灯组自动控制的综合待行区；2013年在陕西省咸阳市的体育场十字与七厂十字两处交叉口的所有进口道均采用了综合待行区，并由信号灯自主控制；同年，广东深圳南山区的多个交叉口开始试点排阵式交通控制技术，其本质与综合待行区一致，并且正在继续地大力推广之中。

图1中，（a）为上海市天目路海宁路交叉口西进口设置的综合待行区；（b）为陕西咸阳体育场十字设置的综合待行区；（c）为上海市共和新路临汾路交叉口南进口设置的综合待行区；（d）为上海市共和新路临汾路综合待行区示意图。

图1综合待行区设置实例

Fig.1 Setting instances of integrated waiting area

因此，本文主要对综合待行区的基本概念、设置与控制方法等进行系统地研究，为其进一步的推广应用提供理论基础。

C=3600τ1hd×n×α+tg-ts-tf-t0ht×m×β。（1）

式中：T为信号周期（s），l为综合待行区长度，m；hd为综合待行区内排队车辆车头间距，m/辆；n为综合待行区车道数；α为综合待行区内可容纳车辆数的折减系数；tg为每周期主信号绿灯时间，s；ts为主信号绿灯启亮后预停车线内车辆因等待待行区内车辆先行通行而发生的绿灯损失时间，s；tf为待行区清空时间，s；t0为预停车线头车起动并通过预停车线的时间，s；ht为车辆通过预停车线的车头时距，s/辆；m为预停车线处该流向车道数，β为通行能力折减系数。

根据交通流波动理论，主停车线后的第一辆车启动时产生的发车波以机动车畅行速度Vf向后续排队车队传播，经过式（1）中的ts传至预停车线后第一辆车，此时该车启动。因此，绿灯损失时间ts=lvf。

2.6运行效率评价

设置综合待行区的交叉口运行效率评价可以参照一般交叉口的评价指标和方法，评价指标主要有流量、通行能力、饱和度、排队长度、停车次数、延误、服务水平等。将有、无设置综合待行区的两种情况下的各相关评价指标进行对比分析，即可获知综合待行区是否行之有效以及其运行效率变化的程度。

2.7配套设施

除了交叉口原有的主信号灯等交通控制与管理设施外，综合待行区的配套设施还包括预信号控制灯组、相关道路标志和标线等。例如，待行区内车道可采用白色锯齿型标线，内部可标注“综合待行区”文字提醒；待行区内合理位置设置龙门架分车道可变信号灯组对预停车线处车流进行控制；待行区上游布设多级指示标志，提醒驾驶员前方路口设置有综合待行区。综合待行区的配套设施应因地制宜，在起到对综合待行区车流进行有效控制的同时，确保相关路段与交叉口的运行安全与顺畅。

3软件仿真与效果评价

通过信号交叉口的交通流具有时变性与随机性，通常难以运用经验模型或数学模型进行准确描述，本文采用交通仿真软件VISSIM对前文所述一般形式的综合待行区进行研究，利用计算机实时再现复杂交通条件下的车流运行特征，从而进行定量评价。

首先在仿真软件中建立有、无综合待行区的路段与交叉口模型，然后引入相应的信号控制参数，对综合待行区实施前后分别进行微观仿真模拟，并根据仿真运行的统计数据对实施效果进行量化评价。

主、预信号配时方案见表1和表2。根据实验模型中的待行区长度及车均速度等因素，考虑取待行区清空时间tf=6 s。

表1主信号配时方案s

Tab.1 Timing plan of main signalss

相序相位绿灯黄灯周期1南北向直行9332东西向直行3033南北向左转4834东西向左转183201

表2预信号配时方案（南进口）s

Tab.2 Timing plan of presignals（south approach）s

相序相位绿灯黄灯周期1直行10832左转753201

直行与左转车道高峰小时流量分别取1 600pcu/h和750pcu/h。有、无待行区的车均延误对比如图5～图7所示。其中，图6的综合延误指标d=d车q车+d车q车q车+q车，q为流量。

图5直行方向车均延误对比

Fig.5 Average delay comparison of the straight vehicles

图6左转方向车均延误对比

Fig.6 Comparison of average delay for the leftturning vehicles

图7直行、左转方向综合车均延误对比

Fig.7 Comparison of comprehensive average

delay for the straight and leftturning vehicles

可以看出，有综合待行区的车均延误均低于无综合待行区，而左转方向车均延误的降低程度要大于直行方向。由于软件仿真具有一定的随机性，因此需对随机种子赋予不同的值进行多次仿真实验。结果表明，对于本实验所研究的综合待行区一般形式，有综合待行区的综合车均延误相比无综合待行区缩短了约50%左右，行车效率得到了大幅度的提升。

仿真实验结果表明，综合待行区的设置不仅是简单意义上车辆停车线的前移，而是较大限度地利用了交叉口进口道路的时空资源，使得更多的车辆提前聚集到交叉口前，在有限的时间内极大地增加了相应方向通过交叉口的机动车流量。因此，在条件具备的交叉口进口道处合理地设置综合待行区的控制策略，能够有效提升路段及交叉口的运行效率，对改善当前的交通状况大有裨益。

4结束语

本文对综合待行区的概念、应用现状、一般形式、待行区长度、设置条件、运行过程、信号控制方法、通行能力计算、运行效率评价、配套设施等进行了较为全面的阐述，并以一般形式为例进行了软件仿真研究。结果显示，设置综合待行区能够充分利用道路时空资源、减小车辆延误、提升交叉口通行能力，对于缓解城市交通拥堵这一老大难问题，具有重要的推广意义。

在设置综合待行区前必须对相应交叉口及路段的交通设施与运行情况做充分调查，研究实施综合待行区的可行性，同时应做好相关宣传工作，提高驾驶员的知晓度，保障综合待行区的实施效果与运行安全。除了本文研究的一般形式外，需要针对不同道路交通条件的交叉口，灵活设置综合待行区，并采用适当的信号配时方案进行控制。例如，可在综合待行区内设置左转或掉头的专用相位；又如，对于多路交叉的大型路口，可以更具针对性地设置综合待行区控制方案。

综合待行区运行效率的高低，取决于待行区长度、道路几何构造、交通流量、信号控制等多种因素，综合研究这些因素之间的关联，将是很有价值的后续研究方向。

【参考文献】

[1]倪颖，李克平，徐洪峰.信号交叉口机动车左转待行区的设置研究[J].交通与运输（学术版），2006（2）：32-36.

[2]陈晖.信号交叉口左转待转区的仿真实现及评价[J].交通与运输（学术版），2012（2）：132-134.

[3]江颖，徐梦秋.左转待行区的研究背景意义及未来的研究趋势[J].黑龙江科技信息，2013（9）：292.

[4]宗二凯，邵长桥.设有待行区的左转车道通行能力计算方法研究[J].武汉理工大学学报，2011，33（10）：64-68.

[5]尚德申，王山川，王文红.信号交叉口直行待行区的设置研究[J].中外公路，2010，30（1）：29-31.

[6]左天福，陶晟陶.关于设置平面交叉口直行待行区的思考与实践[J].交通与运输（学术版），2011（7）：21-25.

[7]陈东静，李林波，朱锐，等.信号交叉口可变车道主预信号配时协调关系研究[J].重庆交通大学学报（自然科学版），2013，32（2）：252-257.

[8]程灿，钱国豪，孙琦.信号交叉口可变导向车道应用方法研究——以无锡市蠡湖大道-周新路路口为例[J].城市道桥与防洪，2013（4）：37-40.

[9]黄婉月，王伟兰，王俊骅.潮汐车道技术设置可行性研究[J].道路交通管理，2013（6）：33-35.

[10]张国华.关于城市道路潮汐车道的设置研究[J].交通科技，2012（3）：116-119.