城市道路混合交通流道路交叉口信号配时优化分析

安夏

摘 要：城市道路交叉口交通运行往往呈现明显的混合流特性，结合我国城市道路现状，在混行交通条件下对城市道路平面交叉口进行科学、合理的信号优化，对于改善城市道路拥挤状况、提高道路通行能力、减少交通事故具有十分重要的现实意义。基于此，文章就城市道路混合交通流道路交叉口信号配时优化进行简要探讨。

关键词：城市道路;混合交通流;道路交叉口;信号

中图分类号：U491文献标识码：A文章编号：1674-1064（2021）06-035-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.06.017

1 道路混合交叉口的主要形式

交叉口的形式主要如下三种：

第一，四岔交叉口，具体可分为两种形式：十字形交叉口，是道路混合交叉口中的基础形式，具有设计简单、通用性强的特点，在多数道路工程场景中均得到应用;X字形交叉口，指两条道路相交后形成的路口，其锐角两侧的空间有限，易出现车辆拥堵现象，需在现状交叉口的基础上采取改扩建措施。

第二，三岔交叉口，常见于主干道间或主干道与次干道间，特点在于车辆的通行秩序性较好，例如T字形、Y字形交叉口，如图1所示。

第三，环形交叉口选取道路交汇区域的中间部位，于该处建设较大规模的中心岛，引导车辆绕该岛单向行驶，再逐步驶出环岛，可以减少车辆交叉行驶。

2 道路工程交叉口的设计原则

2.1 交通组织的合理性原则

交叉口设计不合理是诱发城市交通拥堵乃至交通事故的关键原因，因此，在交叉口的设计工作中，设计者应充分考虑车辆行驶期间的插行问题，配置专用的车道，用于给各流向的车辆提供清晰的引导，以便各车辆均可按照既定出行目标有序驶入特定的通行路线中，从源头上规避车流插行问题[1]。根据车辆的行驶特点，其通常需经过城市道路交叉口，不同车辆的目的地有所差别，由此出现分流、交叉以及合流的情况，出于安全层面的考虑，驾驶者需提前减速，观察周边交通情况。为配合驾驶者的驾驶行为，在交叉口的设计中应合理应用标志线、辅助车道、交通信号指示灯等，通过此类设施的综合应用，实现对城市道路交叉口的深度优化，引导车辆高效行驶，提高交通流的秩序性[1]。

2.2 安全性原则

车辆行驶至交叉口后，驾驶者经观察后掌握周边的交通情况。为确保驾驶者在交叉口所观察的情况更全面，设计者需立足于驾驶者的角度，充分满足驾驶者对周边车流、人流信息的掌握需求，使其快速掌握各车道的实际情况，进而采取合适的驾驶行为，实现安全行车。例如，在交叉口的右转弯车道中可以针对转弯外侧边缘石采取优化措施，具体采取圆弧形或平滑曲线的形式。此外，需以车辆右转弯的最小转弯半径为基本依据，严格控制切圆半径，保证后者大于前者，从而在安全的前提下提高交叉口的通行效率。

3 交叉口的设计方法

3.1 确定交叉口的车道数

以机动车和非机动车为主要考虑对象，为保证两者能够分流行驶，需合理控制交叉口车道的数量[2]。

首先，以现场高峰小时交通量和车辆可能出现的行驶方向为基本依据，展开交通组织设计工作，确定合适的交叉口形式以及具体的车道数。针对车道数的通行能力展开验算，相比于高峰小时交通量而言，如果车道通行能力偏低则需在既有基础上增加车道数量，并再次验算，直至车道所提供的通行能力超过交通流量為止。

其次，以路段上的车道数为参考，应保证交叉口的车道数至少与之相同或适当增多。为保证道路具有足够良好的通行服务水平，交叉口的设计需考虑到路段的通行能力，两者形成相均衡的关系。在城市化进程的背景下，道路交通流量将逐步增加，因此，在交叉口设计时需预留用地，以满足远期的改扩建需求[2]。

3.2 交叉口的拓宽设计

在交叉口车道宽度不足时，通行能力受限，可采取在单侧或两侧拓宽的方法，增加车道数量，确保经过改扩建后的交叉口具有较高的通行能力。在交叉口的拓宽设计中应主要考虑以下三点：一是以进口车道的交通流及其通行能力为主要依据，合理确定拓宽的车道数量，通常需在路段车道数的基础上增加1条;二是向进口车道的左侧拓宽，利用中间的分隔带;三是向进口车道的右侧拓宽，利用道路右侧的绿化带。此外，可以合理利用道路的其他区域，但需展开可行性验证[3]。

3.3 环形交叉的设计

在环形交叉口的设计中，应在交叉区域内规划中心岛，通过环道的方式组织渠化交通，允许多个方向的车辆进入环形交叉口，但均只能按照逆时针的方向行驶，且车辆宜保持较低的速度，有序朝目标路口分流。在现阶段的环形交叉口设计中，其主要组成包含中心岛、进出口、方向岛及环道。

3.4 交叉口的立面设计

对于城市主要道路的交叉口，应保持纵坡的初始状态。

同等级道路相交时，若无明显的交通流量差别且各自的纵坡各异，可维持原纵坡不变，适度改进横坡，保证所形成的交叉口存在一个平顺性较好的共同面。对于不同等级道路交叉的情况，在纵、横断面设计时可维持主要道路不变，对次要道路的纵坡、横断面加以调整，具体调整方法需考虑到主要道路的情况，提高两者的协调性。

为保证交叉口可高效排水，应保证有一条或更多道路的纵坡能够从交叉口中心引出，再逐步向交叉口外倾斜。

交叉口内的横坡应尽可能具有平缓的特点，原则上不宜超过路段设计横断面的坡度，要求对角线上横坡小于1%，遇地形较为平坦的区域时可以设置成伞状地面，即中间略高、四周略低，以满足排水和行车的双重需求。

此外，在交叉口区域的排水设计中，不可出现一条道路的雨水汇入另一条道路的情况，需采取截水措施，通过此方式确保地面水不流经交叉口的人行横道，具体可在人行横道前设置雨水口。在交叉口的立面设计中，总体思路如下：第一，资料的收集为给交叉口的立面设计提供可靠的数据支撑，应多途径收集具有参考价值的资料，绘制平面交叉图（包含路中心线、车道及人行道的宽度、方格线及缘石半径），选定坐标基线（相交道路中心线），形成完整的方格网，测出方格点上地面高程。第二，设计范围及高程的确定在双向横坡中，若要实现向单向横坡的过渡，则需要经过特定距离，并与相交道路的路面高程形成平顺衔接的关系。对此，在确定设计范围时可将缘石半径的切点作为参照，适当向外扩宽5m～10m[3]。以设计纵坡宽度为参考，确定设计高程位置，再结合相邻等高线的高差，经计算后得到行车道中心线相邻等高线的水平间距。第三，交叉口设计高程的确定首要前提在于选择路脊线和控制高程，应加强对路脊位置的验证，保证其具有可行性，否则将对交叉口的车辆通行能力和排水能力带来影响。根据经验，通常路中心可作为路脊线而使用，其交点则是控制高程;创建完善的高程计算线网，可作为辅助线而使用，有利于保证路面设计过程中各点高程的合理性。

3.5 城市道路混合交通流道路交叉口信号配时优化

智能交通信号控制系统是采用高效的现代信息技术改造传统的运输系统，统计分析交通枢纽的实时交通流量，在此基础上利用交通软件和模型确定恰当的交叉口红绿灯配时方案，以此高效优化整个交通路网。

第一，交通信号控制相位差。智能交通信号系统设计可以规划每个系统间控制规模，避免一个系统出现故障，给多路段交通造成严重影响，降低多方向相位差变化导致的相互作用力。智能交通信号控制系统设计应全面考虑，科学规划控制范围，根据交通实际情况对不同流量进行不同规划，避免造成资源浪费。

第二，智能交通信号饱和度控制。为了使交通信号控制方案更加科学，需将交通信号控制系统应用于交通枢纽区域中心自适应协调区域，对不同入口车道的饱和流量加以检测并得到准确数据信息。智能交通信号系统必须进行科学的交通饱和度监测，交通饱和度是规划交通的重要依据[4]。

4 结语

交叉口是城市道路设计中的重点内容，具有易交通拥堵、交通事故多发的特点，需合理组织设计工作，遵循因地制宜的原则，对接周边的道路，优化城市道路交叉口设计方案，有利于减少排队时间和延误时间。对城市道路平面交叉口进行科学、合理的信号优化，对于改善城市道路拥挤状况、提高道路通行能力、减少交通事故具有重要现实意义。

参考文献

[1] 江航.基于城市交通拥堵预测的主动信号控制方法研究[D].南京：东南大学，2019.

[2] 甘杨杰.混合交通流环境下交叉口多目标配时优化研究[D].北京：北京交通大学，2019.

[3] 张永志.交通信号灯模糊控制实时配时算法研究[J].现代信息科技，2019，3（21）：151-153.

[4] 陈海洋，金晓磊，牛龙辉，等.基于改进克隆选择算法的区域交通灯配时优化[J].计算机工程与应用，2020，56（9）：272-278.