连续流交叉口通行效率仿真分析

林 翰,周 侃

（深圳市市政设计研究院有限公司，广东 深圳 518029）

0 引言

随着我国城镇化进程的加快和机动车保有量的激增，机动化出行需求急剧增长，交通拥堵成为困扰城市发展的普遍问题。平面交叉口作为城市路网的重要节点，其通行能力不足，是诱发交通拥堵的主要原因之一[1]。我国目前在交叉口设计、管理方面还较为粗放，交叉口形式单一，限制了交叉口通行能力的发挥。

传统平面交叉口的交通问题主要是由于左转与对向直行车流产生的冲突引起，而增加车道数、禁左、设置左转专用相位等手段都不能很好地从时间和空间上同时消除冲突点。这些措施一方面在交通流进一步增大时可能使交叉口重新面临拥堵问题，且存在修建费用昂贵，影响城市景观等问题。连续流交叉口作为一种非传统的交叉口组织模式被提出已经历了二十多年的历史，并在美国等发达国家取得了良好的效果[2]，同时也取得了许多有价值的研究应用成果[3-6]。

目前国内鲜有文献涉及连续流交叉口，且多以介绍性为主[7-9]，实际应用的案例也很少。本文在借鉴现有研究成果的基础上，从连续流交叉口概念入手，利用Vissim仿真平台，分析在不同交通条件下连续流交叉口的通行效率，以期为连续流交叉口在我国的推广与应用提供借鉴。

1 连续流交叉口简介

1.1 连续流交叉口基本概念

连续流交叉口最早是在1987年由Francisco D,Mier提出的。其在对美国某交叉口改造时提出，将该交叉口东西向左转车流通过立交的形式提前疏导到对向车流左侧，南北向则直接在地面上进行左转车流的疏导，从而实现了4个方向左转车流空间上的分离。为节约成本，该设计之后经过修改变成了无立交的连续流交叉口。

连续流交叉口（Continuous Flow Intersection）又称左转换位转向交叉口。通过在主交叉口之前一段距离设置一个路段预信号，连续流交叉口将左转车流提前在预信号交叉口疏导到对向车流左侧，从而消除了主交叉口处左转车流与对向直行车流的冲突点，进而将主交叉口常规的四相位变为两相位。

以十字连续流交叉口为例，可以根据左转车流预信号控制的方向数分为四向控制和双向控制两大类，见图1和图2。

以四向控制连续流交叉口为例。设置了预信号的左转车流会在进入主交叉口前遇到第一左转停车线和第二左转停车线，若其对应的出口道设置了预信号，则该左转车流将遇到第三左转停车线。

图1 四向控制连续流交叉口

图2 双向控制连续流交叉口

1.2 连续流交叉口车流组织方法

（1）左转车流交通组织

左转车流为了顺利实现左转，一般分为4个步骤。以四向控制连续流交叉口北进口左转车流为例：第一步，左转车流被引导到北进口预信号交叉口左转专用车道；第二步，如果左转车流预见的是红灯，则在第一停车线前排队等待，当预信号交叉口变为绿灯，则左转车流通过预信号交叉口驶入主交叉口北出口道东侧的左转专用车道等待通过主信号交叉口；第三步，如果左转车流预见的是红灯，则在第二停车线前排队等待，当主信号交叉口变为绿灯时，则左转车流通过主信号交叉口；第四步，左转车流到达位于东出口道的第三停车线，如果遇见的是红灯则排队等待，否则连续通过。

（2）直行车流交通组织

直行车流到达主交叉时，遇见红灯等待，遇见绿灯连续通过主交叉口，前往出口道的预信号交叉口，通过主信号交叉口和预信号交叉口的信号协调，保证直行车流连续通过主信号和预信号两个交叉口。

（3）右转车流交通组织

右转车流组织与常规信控交叉口右转车流组织方式相同。

（4）信号相位方案

连续流交叉口在主信号交叉口和预信号交叉口均设置了信号灯。以四向控制连续流交叉口为例：主信号交叉口信号灯用于分离东西向和南北向直行车流，通常为两相位控制交叉口；预信号交叉口信号灯用于在时间上分离左转车流和对向直行车流、左转车流和垂直方向左转车流。

在主信号交叉口每个相位中，预信号交叉口又细分为若干个信号相位，在具体的相位设置时，以保证直行车流可以连续顺利通过主交叉口和预交叉口为原则。四向控制连续流交叉口相序相位方案见图3，双向控制连续流交叉口相序相位方案见图4。

图3 四向控制连续流交叉口相序相位方案

图4 双向控制连续流交叉口相序相位方案

式中：O为主交叉口和预交叉口直行相位相位差，s；l为主交叉口和预交叉口直行停止线间的距离，m；v为直行车辆行程车速，m/s。

（5）信号协调

为了保证直行车辆可以连续通过主信号交叉口和预信号交叉口，需要对两者进行协调控制。主交叉口与预交叉口采用渐进式协调控制方案，两个交叉口的信号周期时长相同。交叉口直行相位的相位差由交叉口停车线之间的距离和直行车辆的行程车速决定。计算公式为：

2 连续流交叉口仿真模型构建

2.1 仿真交叉口建模

以四向连续流交叉口和传统交叉口为分析研究对象，利用Vissim微观仿真软件对上述两种交叉口建模[10]。四向连续流交叉口和传统交叉口Vissim仿真模型见图5和图6。

图5 连续流交叉口Vissim仿真模型

图6 传统交叉口Vissim仿真模型

2.2 仿真场景及参数

为了分析连续流交叉口在不同交通条件下，相比传统交叉口的交通效益，设计仿真实验场景。

（1）信号协调假定各进口道的交通需求相同。

（2）各进口道的初始交通需求为左转50 pcu/h、直行700 pcu/h、右转50 pcu/h。传统交叉口对应的相序相位方案见图7。

图7 传统十字交叉口相序相位方案

（3）保持直行、右转交通量不变，同步增加各进口道左转车流量，用以分析不同左转交通量情形下交叉口的通行状况。

（4）主信号交叉口与预信号交叉口之间的初始距离选取90 m，保持进口交通量不变，不断增加各进口道主信号交叉口与预信号交叉口之间的距离，分析不同情形下，交叉口的通行状况。

（5）仿真时长取20 min，由于仿真结果受软件随机种子的影响，每个情形用批量仿真50次。

3 通行效率评价

3.1 评价指标选取

本文选取左转车辆平均延误、直行车辆平均延误两个指标作为交通效益评价指标。

评价指标均可通过在Vissim微观仿真软件中设置相应的检测器获得。

3.2 评价结果分析

连续流交叉口车辆平均延误随主信号交叉口与预信号交叉口之间的距离不同而变化。从图8中可以看出，随着交叉口间距的不断增加，左转车辆的平均延误整体上看并没有明显的变化，而直行车辆的车均延误随着交叉口间距的增大，缓慢增加。

图8 车均延误与交叉口间距关系

分析造成上述结果的主要原因在于，在连续流交叉口信控策略中：直行车流采用了续进式协调控制，随着交叉口间距的增加，车辆到达预信号交叉口停车线的时间越离散，线控效果减弱，导致车均延误有所增加；左转车流在第二与第三停车线之间并没有采用协调控制策略，车辆到达第三停车线完全随机，其受距离变化的影响比较微弱。

左转车辆车均延误随左转交通量变化而变化情况见图9。从图中可以看出，随着左转交通量的不断增加，传统交叉口和连续流交叉口左转车辆的平均延误均不断增加，但传统交叉口延误的增加幅度大于连续流交叉口。随着左转饱和度的增加，连续流交叉口的效益趋向稳定。整体上看，连续流交叉口左转车辆的车均延误小于传统交叉口，整体平均延误减少25%。

直行车辆车均延误随左转交通量变化而变化情况见图10。从图中可以看出，随着左转交通量的不断增加，连续流交叉口直行车辆的平均延误不断增加，但传统交叉口在左转饱和较低时，左转交通量的增加，对直行车流的影响并不大。随着饱和度的不断增加，直行车辆的平均延误开始随着左转交通量的增加而增加，但连续流交叉口延误增加的幅度大于传统交叉口。整体上看，连续流交叉口直行车辆的车均延误小于传统交叉口，整体平均延误减少45%。

图9 左转车均延误与左转车流量关系

图10 直行车均延误与左转车流量关系

3.3 连续流交叉口适用性分析

连续流交叉口在国外已经有较多应用实例，并取得了良好的效果。国内城市无论是在用地条件还是交通组成上与国外城市均存在一定的差异，不能机械套用。以下给出几点连续流交叉口基本的适用条件。

（1）连续流交叉口较传统交叉口需要占用更大的建设用地。

（2）交叉口过街人流越少越好。过多的人流影响连续流交叉口效率的发挥。

（3）适用于直行车流量大、左转车流不大的交叉口采用。

（4）交叉口影响范围内尽量避免布置公交停靠站。

（5）连续流交通组织在未饱和交叉口所起的作用较饱和交叉口更加明显。

4 结语

本文以连续流交叉口为研究对象，从连续流交叉口基本概念和分类入手，给出了连续流交叉口车流组织方案和信号控制方案，利用Vissim仿真软件构建了连续流交叉口和传统交叉口的仿真对比评价模型，选取车辆延误为评价指标，对连续流交叉口的通行效率进行了评价分析。最后，定性地给出了连续流交叉口的基本适用条件。本文成果可为连续流交叉口在我国的实际应用提供一定的参考借鉴。