短间距交叉口控制策略研究

相文森

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市 200092）

短间距交叉口控制策略研究

相文森

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市 200092）

为解决城市道路网中短间距交叉口引起的蓄车能力低、交通拥堵问题，提出针对该类交叉口进行交通组织方案优化，并运用信号协同控制方案在交通仿真软件VISSIM中对优化方案进行仿真，验证交叉口改善方案效果。

短间距交叉口；信号协同控制；蓄车能力；交通组织优化

0　引言

在城市道路网中，经常会碰到短间距交叉口，特别是通过小跨径桥梁连接的河道两侧道路位置。对于短间距交叉口，由于彼此交叉口之间距离较短，导致蓄车能力有限，因此必须对短间距交叉口在交通组织方案中进行统筹考虑、协调控制，提升交叉口通行能力。

1　定义

在《城市道路交叉口规划规范》（GB 50647—2011）中，所谓的短间距交叉口即相邻交叉口间距小于上游交叉口所需出口道总长与下游交叉口所需进口道总长之和的两交叉口［1］。

ΔL＜L上游出+L下游进

进出口道的总长度包含展宽段长度和渐变段长度，对于交叉口进口道总长规范中也给出了相应的规定（见表1）。

表1　平面交叉口进口道展宽段和渐变段长度　（m）

对于出口道展宽段长度，视道路等级，主干路不应小于60 m，次干路不应小于45 m，支路不应小于30 m，有公交港湾停靠站时，还应增加设置停靠站所需的长度，展宽渐变段长度不应小于20 m。本文所讲的短间距交叉口不同于“小街坊密路网”城市规划理念中的交叉口，“小街坊密路网”是指在一定的规划范围内采用相近的道路间距，路网密度较高，试图创建功能混合、适宜步行、交通高效的城市街区空间，而本文所指的短间距交叉口还是指在“大街坊宽马路”背景下因为条件限制（水系、地形等原因）造成的个别短间距交叉口。

2　短间距交叉口存在的主要问题

2.1通行效率折减

道路由基本路段和路口组成，其通行能力很大程度上是由交叉口通行能力决定的，而在短间距交叉口节点，因为存在两个相近的交叉口，对道路的通行能力除了单个交叉口本身造成的通行能力折减外，还存在两个交叉口协作配合之间的“互动折减”，即对两个路口进行协调控制时，因为两个路口间存在相位差ΔT，构成绿灯损失。如图1所示，对于B交叉口来说，其进口道①要提前亮绿灯，这样才能保证T0时A交叉口的①进口道有车辆可以释放；同样，B交叉口的进口道②要延迟亮绿灯，这样才能保证B交叉口的②进口道亮绿灯时有车辆可以释放。即对于短间距交叉口，要保证A交叉口的通行效率，B交叉口的运行效率就存在损失。

图1　短间距交叉口示意

2.2运行可靠性差

短间距交叉口的“瓶颈区”长度短，蓄车能力有限，若信号控制协调不好，容易导致车辆溢出，影响上游交叉口的运行。

2.3交叉口部分转向功能丧失

大部分短间距交叉口都由支路和干路组成，通常为了保证干路的通行能力，往往会牺牲部分支路的转向功能，如按照右进右出组织。

2.4慢行交通

对于大部分位于河道位置的短间距交叉口，往往也是行人和非机动车较为集中的位置，短间距交叉口虽然可以减小行人的绕行距离，增加可达性，但在制定交通组织方案时还应充分考虑慢行交通与机动车交通在时间和空间上的协调。

3　短间距交叉口的类型

在片区现状路网或者规划路网中，考虑到不同等级道路之间的间距，一般短间距交叉口有以下几种类型：

3.1干路型

构成短间距交叉口的三条道路中有两条为干路（主干路或者次干路），基本形式如图2所示。

图2　干路型短间距交叉口类型

3.2准干路型

构成短间距交叉口的三条道路中有一条为干路（主干路或者次干路），基本形式如图3所示。

图3　准干路型短间距交叉口类型

3.3支路型

构成短间距交叉口的三条道路均为支路，基本形式如图4所示。

4　短间距交叉口信号协同控制设计

短间距交叉口尤其是小于50 m的超短距离交叉口信号协调方案的主要目的就是保证两个交叉口之间的路段在前后两个信号周期变化时没有交通流的“淤积”。

图4　支路型短间距交叉口

要实现交通流“零淤积”，保证道路的通行效率，减少交叉口延误，就需要对交叉口群施行信号协同控制设计。

4.1短距离交叉口信号协同控制基本思想

（1）整体性思想。与车路协同的交叉口信号控制设计不同的是，短距离交叉口的信号控制设计应将两个交叉口看成一个整体，在理论上实现作为一个“异形”交叉口的功能。

（2）功能有增有减。被定义为短距离的两个交叉口，尤其是距离小于50 m的交叉口，强化主路交叉口的车道通行能力，增加直行车道，同时，将支路上的交叉口进行车道改进，通过减少左转车道，降低支路交叉口对车流的分散作用。

（3）化零为整思想。可将在一个相位内通过停车线的车辆看作一个该相位车道宽度总和，长为该相位内同一行驶方向所有进口道车辆排队长度最大值的长方形“车辆”。计算车辆速度时选取所有车道车辆的平均速度。

4.2交叉口信号协同控制配时参数

（1）共同周期。在进行信号协同控制设计时，基于上文中提出的整体性思想，参与信号协同控制的短距离交叉口需采用统一的信号周期，称为共同周期。本文中两个短距离交叉口的信号周期的确定是基于英国WEBSTER法的改进。

（2）信号偏移。不同于线路上交叉口群“绿波”带信号控制方案的设计，短距离两个信号控制方案之间的时差非常短，应根据被理论化的长方形“车辆”通过交叉口之间路段的时间来对两个交叉口相同相位之间的时间来设定信号偏移的数值。

4.3信号配时以及信号偏移时间设定方法

首先运用WEBSTER法设定出两个交叉口的共同周期。其信号配时设计流程如图5所示。

根据WEBSTER法，周期时长由流量比总和Y和总损失时间L决定。

流量比总和Y的计算公式为式中：Y为组成周期的全部信号相位的各个最大流量比y值之和；j为一个周期内的相位数；yi为第i相位的流量比。

图5　信号配时设计流程图

总损失时间L的计算公式为

式中：Ls为启动损失时间，无实测数据时可取3 s；A为黄灯时长，可定3 s；I为绿灯间隔时间，s；k为一个周期内的绿灯间隔数。

则信号周期时长的计算公式为

则总有效绿灯时间、各相位的绿灯时间以及显示绿灯时间计算公式为

式中：Ge为总有效绿灯时间；Gej为各相位的有效绿灯时间；gi为各个相位的显示绿灯时间；lj为第j相位的启动损失时间。

共同周期计算完成后，需要确定两个交叉口之间的信号偏移值TΔ，其计算公式为

式中：Qmax为同一相位内同一行驶方向所有进口道车辆排队长度最大值；LΔ为两个短距离交叉口之间的距离；Va为车道平均速度。

同时，在交通组织方案上应做到以下几点：

（1）上游交叉口与下游交叉口进、出口道车道规模应匹配，且渠化车道的划分要适配，在条件允许的情况下车道尽量采取专用转向车道。

（2）上下游交叉口应协调规划控制，渠化组织应尽可能增大交叉口之间“瓶颈”区域的道路容量，在间距受限情况下，增加道路的宽度，进口道的增加不仅有利于转向车道的组织，也有助于提升蓄车能力。

（3）以道路功能为导向，优先保证干道通行能力。以优先保证干道通行能力为基本准则，灵活处理其他道路转向交通组织方式，视情况可采用右进右出或单向交通组织方式。

（4）重视人性化设计。注重慢行交通组织，体现“以人为本”设计理念，兼顾效率与安全。

对于两个短间距交叉口，不适宜将两个交叉口单独采用定周期单点控制方式，该方式仅适用于中饱和和高饱和状态下单点控制。短间距交叉口在“干路型”或者“准干路型”通道中属于瓶颈路段，瓶颈状态本质上是交通需求不断增长的必然结果，对应的解决方式是快速消散交叉口的排队，因此对应信号控制策略即通过合理调节上下游交叉口的信号配时参数，减少路段上游输入、增大路段下游输出，以缓解短间距交叉口内交通压力。而对于“支路型”短间距交叉口，则应注重慢行交通的可达、连续，在交通组织方案上倡导单向交通。

5　案例研究

在上海某大型居住社区路网（见图6）中，由于水系布局的影响，片区北部陶浜两侧的年喜路（支路）、年吉路（支路）与横向道路构成短间距交叉口，片区南部李家泾两侧的美文路（支路）、杨南路（次干路）与横向道路构成短间距交叉口，以上短间距交叉口涵盖了干路型、准干路型和支路型三种类型，本文选取干路型短间距交叉口进行研究。

该交叉口由主干路陆翔路、次干路杨南路及支路美文路构成，为区别单独控制与协调控制在交叉口通行效率上的差别，两个交通组织方案如图7所示。

方案一中两个交叉口按照单独的交叉口处理，保留各进口道所有转向功能，考虑到美文路和杨南路之间路段不足30.0 m，为提升蓄车能力，在该段不布置人行过街设施，慢行交通过街通过美文路北侧或者杨南路南侧人行横道通行。

方案二中为了保证主干道陆翔路的通行能力，美文路交通组织方式为右进右出，同时重点考虑慢行交通过街的便捷，美文路和杨南路之间路段布置一处人行横道。区别于方案一，陆翔路美文路交叉口南进口展宽为4个车道，并布置单独的右转车道。

图6　某大型居住社区路网

图7　交通组织优化方案图

应用交通仿真软件VISSIM对以上两个方案进行仿真，仿真效果如图8和图9所示。

图8　方案一（无信号协同，仅仅交通组织优化方案）仿真效果图

图9　方案二（有信号协同同时配合交通组织优化方案）仿真效果图

仿真运行后得出两个改善方案实施以后陆翔路-杨南路交叉口东南西北四个方向进口道延误数据。将这些数据与改善前目前该交叉口延误数据相比对，发现运用了交叉口信号协同控制并配合交通组织以及慢行交通组织改善的方案二对该交叉口的改善效果明显。

陆翔路-杨南路交叉口进口道延误各方案比对如图10所示。

图10　陆翔路-杨南路交叉口进口道延误各方案比对图

6　结语

在“大街坊宽马路”的城市格局背景下，短间距交叉口易成为路网中的瓶颈节点，节点拥堵的扩散导致道路通行能力的下降，为尽可能降低短间距交叉口范围内的交通拥堵、提升交通转换效率，对其进行交通组织方案优化和信号协同控制方案是十分有必要的，在实际方案论证中，也应注重慢行交通组织，体现人性化设计，兼顾效率与安全。

［1］GB 50647—2011，城市道路交叉口规划规范［S］.

U412.35

A

1009-7716（2016）06-0276-04

2016-02-22

相文森（1986-），男，山东临沂人，硕士，工程师，从事道路交通工程设计和研究工作。