十字路口通行方案改良研究

焦 昂 杨运强

（中国地质大学（北京），北京 100083）

1 问题假设

考虑路口交通状况复杂，为便于问题的分析，进行相关假设：通过每条道路车流量稳定，即不考虑早晚高峰、每日限行、季节影响等外界因素；默认所有（直行+左转）绿灯均允许右转；所有通过路口的车辆长度、通行速度相同，即每辆车通过路口所用时间相同；假设每辆车通过路口后，去往各个道路的可能性相同。

本文将车辆作为主要研究对象，同侧道路的行人同时时间，视为与车辆绿灯时间相同。

2 问题分析

十字路口如图1所示。

图1 十字路口

由图1可知，路口为南北走向为主干道、东西走向为一般道路的十字路口，东侧道路将分流为快速公路入口和另一从快速公路正下方通行的支路。

2.1 十字路口主干道

本路口由南北方向的主干道和东西方向的一般道路交汇形成。主干道①和③车流量大、一般道路②和④车流量小。对此，将主干道①、③两侧分别设立两组（直行、左转）三盏（红、黄、蓝）红绿灯，共计四组指示灯。考虑主干道车流量较大，适当增加绿灯时间，减少红灯时间。

2.2 西侧一般道路

西侧路口②连接一般道路，其车流量较少，在其对侧设立一组红绿灯同时控制道路直行和左转。由于其车流量较少，适当缩短绿灯时间，相应延长红灯时间。

2.3 东侧一般道路

东侧路口④连接一般道路，但不同于普通一般道路。其道路后半段将分支为快速公路入口和支路两条道路，快速公路入口处车流量较多。此处视其为单向进入，不设出口。支路车流量少于一般道路，考虑车流量时，④道路总车流量应介于主干道和一般道路之间，但由于快速公路入口为单向驶入，双向行驶的车流量小于一般道路，在其对侧设立红绿灯时，将其绿灯时间调整为4个道路中最短时长，将其红灯时间设为4个道路中最长的时长。

3 问题求解

3.1 参考对照

西环南路路口为南北方向主干道的十字路口，与北京市通州区的西环南路十字路口情况相似，将其作为实际应用参考，进行简单对比，如图2所示。

图2 西环南路（主干道）十字路口

以西环南路为主干道的十字路口，与本研究的路口情况较为相似。二者的组成部分均为南北向主干道汇流东西向一般道路形成十字路口，东西两侧为一般道路，车流量少于主干道。在实际生活中，位于通州区的西环南路的南北向主干道与京沪高速出入口相连，主干道部分车流量较大。主干道部分通过两组三盏的指示灯进行交通指挥，其中一组绿灯时间较长，用于指挥主干道直行车辆；另一组绿灯时间较短，用于指挥车辆左转进入两条支路。两侧的一般道路车流量较少，均采用一组三盏的红绿灯，同时指挥左转和直行。

按照我国相关规定，左拐车辆应避让直行车辆。主干道对于左转和直行采用两组信号灯分别控制的方式，有效避免了左转车辆和直行车辆的冲突。但两侧的一般道路车流量少，均采用一组红绿灯，同时对直行和左转车辆进行放行。漷马路和永昌南路上车辆左转过程中遇到对侧直行车辆时，左转车辆需要避让对侧直行车辆，在道路中央进行短暂停留，可能导致通行时间不足，被迫停在路中间造成交通拥堵。这一现象在早晚高峰时段较为明显，极大地增加了道路的拥堵程度和道路的交通事故发生率。

3.2 通行方案设计

针对上述左转、直行相互冲突的问题，采取将两条对侧的一般道路分别放行的方式，进行了红绿灯的优化设计，总流程如图3所示。

图3 十字路口交通流程

十字路口的交通流程分为四步：南北主干道车辆直行，其余均为红灯等候放行；南北主干道车辆左转，其余均为红灯等候放行；西侧一般道路车辆直行+左转，其余均为红灯等候放行；东侧一般道路车辆直行+左转，其余均为红灯等候放行。将东西两条一般道路设定为单独通行的交通方案，有效避免了直行车辆和对侧左转车辆相撞的可能性。

车辆相撞情况如图4所示。

图4 车辆相撞示意图

3.3 通行时间设计

十字路口由主干道和一般道路组成，将其通行车流量作为设定通行时间的主要依据。根据2017年天津市发布的数据，不同类型道路之间车流量总体呈现快速路＞主干道＞次干道＞支路的趋势，且每小时的平均车流量之比约为3.57∶1.65∶1.00∶0.61。南北方向为主干道；西侧路段②为一般道路，这里将其视为次干道分析；东侧路段④连接一快速公路入口和一支路，但快速公路入口并非双行，为单向驶入，分析十字路口流动的车流量时，将这一部分忽略。

根据上述车流量关系，为方便计算，将各路段车流量之比简化为3.5∶1.5∶1.0∶0.6，根据上述所得数据，绘制车流量分析图。

西环南路作为路口的实际应用参考，主干道直行交通灯每周期中，各颜色的信号灯所占时间为绿灯48 s、黄灯2 s、红灯50 s。主干道左转交通信号灯为左转绿灯30 s、左转黄灯2 s、红灯68 s。东西两支路的红绿灯均为一组，且各颜色信号灯所占时间为绿灯30 s、黄灯2 s、红灯68 s。

十字路口车流量分析如图5所示。

图5 十字路口车流量分析

查找资料可知，交通信号灯的时长从20～90 s不等，且一般通行时间不低于20 s。设信号灯时长的计算公式为：

式中：t0——不随车流量变化的固定时间，即下限时间，此处将其定义为20 s；At1——随车流量变化的时间量；A——车流量参数，采用相对分析。将At1的上限时长定义为30 s，即保证Ti总小于50 s。根据数据显示的车流量比值关系，将主干道At1部分定义为上限值30 s，通过各部分车流量比值关系，可优化设计后的通行性能。

4 评价与改进

通过对实际生活中的相似路口进行观察对比，发现实际中存在的问题，通过优化设计方案解决了该问题，使其应对复杂路况时，能够减少交通事故、缓解高峰时的拥堵情况。

设计通行时长时，参考相关论文和现实物体，使得经过假设后的运算结果更偏向实际生活，增加了运算结果的可靠性。但对侧辅路进行单独放行的试验方案会使实际生活中每个路口等待时间增长，可能导致通行效率降低。

5 结语

综上所述，文章基于实际路况提出问题假设，设计针对性解决方案，不断提升交通通行效率，方便人们的正常出行，减少交通安全事故，为相关设计人员提供参考。