T型错位交叉口的精细化交通组织

胡 楠，范英飞，贾志绚

(太原科技大学 交通与物流学院，太原 030024)

T型错位交叉口作为道路交通的“瓶颈”，车辆延误、交通事故的发生严重降低了道路的通行能力。如何充分利用交叉口的时空资源，进行精细化交通组织是近年来交叉口交通管理控制的重要研究课题。

利用停止线到冲突点的空间，有学者进行了相应的交通组织，提出设置直行待行区、阶梯型停车线可以有效地提高道路的通行能力。经过论述直行待行区设置条件与布设方法，结合设置待行区的经验，左天福分析直行待行区的适用条件和设置方法，通过实例仿真对比分析了设置待行区前后的交通效益指标，结果表明科学设置直行待行区能够降低车流的交通冲突，提升道路通行能力[1]。吕大鹏以设置待行区前后的停车线的车流饱和程度为基准，论证分析直行待行区的设置方式与条件，构建了直行待行区的路口延误模型[2]。与此同时，基于无信号平面交叉口停车线位置设置存在安全隐患和规范规定值不足，有研究结合安全停车视距和主路优先特性，考虑交叉口设计速度、驾驶员视野范交叉口夹角等影响因素，建立了左转车道和直行车道停车线位置的计算模型，给出了停车线合理设置位置建议值[3]。此外，基于停车线设计的约束通行条件的交叉口的实现目标，相关研究将停车线设计理论化，并通过研究得出了交叉口停车线设计的基本模型[4]。

然而当前直行待行区、阶梯型停车线的研究不够深入、应用不够广泛，具体设置方法还需进一步探索[5]。因此本文为了提高交叉口的通行能力，提出在进口道设置直行待行区以及阶梯型停车线，利用视距三角形比例关系的停车线设置最小安全距离模型计算阶梯型停车线的安全设置距离，探究对T型错位交叉口进行精细化组织研究。

1 直行待行区、阶梯型停车线的适应性研究

1.1 直行待行区

信号交叉口的通行效率以及通行能力与交叉口的信号配时方案密切相关，分离交通冲突可以从时空角度上入手，在时间和空间上分别进行交通组织研究。设置直行待行区的交叉口均为信号交叉口，合理的信号配时方案是将严重冲突的车流在时间上分离开来，实际上是控制主要流向的交通流冲突点使其分离，从而提升通行能力。

直行待行区是在路口直行车道与人行横道的交界处向前延伸到路口中心的直行待行车道，来作为直行车辆的等待区[6]，标线为白色虚线边框，存在单独停止线，称为第二停止线。直行待行区设置图详见图1.

图1 直行待行区设置示意图Fig.1 Schematic of through-movement waiting area

1.2 直行待行区的设置要求

设置直行待行区的原因在于冲突点与停车线距离较大，直行待行区作为提升道路交叉口通行能力的一种交通组织措施，能够充分利用道路空间。针对T型错位交叉口，根据大量调研数据，直行待行区的设置需要依从如下条件[7]：

(1)交叉口路口流量条件。

在一个绿灯时长的信号周期内，路口进口道直行车饱和度或流量比较大，导致直行车辆无法全部通过时，渠化时可以设置直行待行区。

(2)交叉口路口长度条件。

直行待行区进口道的长度应能容纳等待直行的车辆，同时渠化的路口有足够的车道数。

(3)交叉口相邻路口条件。

为保证车辆能够顺利通行，并具有较强的疏散能力，避免引起车辆堆积，使交叉口处于过饱和状态，造成交通拥堵，因此设置直行待行区的交叉口下游路口车道要多。

1.3 阶梯型停车线

阶梯型停车线作为提升交叉口通行能力的一种非常规交通组织方式，可以在特定情形下充分利用道路空间，确保过街行人安全通过人行横道，避免因车辆遮挡造成交通事故，缓解紧急制动时车辆的减速距离，以及提高道路的通行能力。针对于特定的城市道路平面交叉口，根据同向各个车道车辆行驶的不同特性，将停车线与人行横道之间的距离设置成阶梯型的布置形式[8]，阶梯型停车线的分布详见图2.

图2 阶梯型停车线设置示意图Fig.2 Diagram of stepped stop line

2 直行待行区、阶梯型停车线设计及配套设施研究

2.1 直行待行区相位相序设置方式

根据交叉口情况，在平面十字交叉口设置直行待行区的相位通常采用左转前置式、直行前置式和轮流放行三种方式[9]。

(1)左转前置式

左转前置式放行方式适用于左转车流较多、直行车流不多的交叉口，左转与直行分开放行，左转前置式放行方式不可同时设置左转待转区。

(2)直行前置式

直行前置式放行方式适用于直行和左转车流均较多的交叉口，使左转与直行分开放行，可单独设置直行待行区，也可设置综合待行区。

(3)轮流放行式

轮流放行式适用于车流不均衡的交叉口，在左转与直行车流较多且相差不大的交叉口，可单独设置直行待行区，也可设置综合待行区。

在T型交叉口设置直行待行区时常规信号相位方案为三相位，相位一东进口道车辆左转，东西进口道车辆驶入直行待行区等待；相位二东西方向直行；相位三南进口道左转车辆放行。

2.2 直行待行区几何设计

(1)与同向左转同时放行

采用左转前置式放行方式时，直行待行区的设置不可影响对向左转行车轨迹，交叉口冲突示意图详见图3.

直行待行区与同向左转相位同时放行，直行待行区理论长度：

La1=L1-n·d-ds

(1)

式中：Lr1为右侧第一个待行区长度(m)；L1为进口道停车线到被交道中线的距离(m)；n为向左转车道数；d为车道宽度(m)；ds为最小通行安全距离，取2 m.

直行待行区所能容纳的车辆数为：

(2)

(2)与横向左转同时放行

采用综合待行区直行前置式或轮流放行方式时，直行待行区的设置不可影响相交道路左转行车轨迹，交叉口冲突示意图详见图4.

图4 与横向左转放行冲突点示意图Fig.4 Diagram of conflict points with lateral left turn

最右侧直行待行区长度为：

La1=L1-ds

(3)

右侧第一条直行待行区长度由Lr1决定，取L1为右侧第一条待行区长度，L2为次靠近右侧第一条待行区长度，往下类推：

L1=La1

(4)

(5)

式中：w1为左转行驶轨迹起点与终点的横向长度；w2为左转行驶轨迹起点与终点的纵向长度。

2.3 直行待行区交通标线和路面文字标记

(1)交通标线

直行待行区标线的施划时应充分考虑相交道路车辆的左转，避免交通冲突。直行待行区设置于直行车道前端，从交叉口内部开始施划，但不能影响上一相位车辆的正常行驶，有多条直行车道的直行待行区可设置为阶梯状，直行待行区标线图详见图5.

图5 直行待行区标线图Fig.5 Line chart of through-movement waiting area

(2)路面文字标记

GB5768-2015《道路交通标志和标线》12.6.3规定[10]：在直行待行区内施划的箭头和文字，文字高度为150 cm，宽度为100 cm，间距为50 cm，颜色均为白色，文字居中布置于直行待行区内。

2.4 阶梯型停车线设计

本文选取的T型错位交叉口，东进口紧邻支路出入口。该出入口两侧未设置辅道，出口出来右转车辆与主路东往西直行车汇流产生冲突。现只考虑行人安全与车辆的视距要求，为避免外侧车道车辆遮挡内侧车道驾驶员的视线而造成视野盲区，建立基于视距三角形比例关系的停车线设置最小安全距离模型[11]。假设车辆红灯变绿灯的前几秒，仍有滞留在人行横道的行人继续前行通过人行横道，最外侧车道车辆停车线与人行横道边缘距离按《城市道路交叉口设计规程》[12](CJJ152-2010)取d1=1 m，详见图6.

图6 视距三角形比例关系模型示意图Fig.6 Sketch map of apparent distance triangle scale relation model

根据图6几何比例关系，可得：

(6)

(7)

(8)

(9)

联立式(6)-(9)得：

(10)

式中：X为最外侧车道中线与人行横道起点的水平距离，m；W为外侧车道的侧向净宽，m；d1，d2，d3，…，di分别为最内侧至最外侧对应1，2，3，…i车道停车线与人行横道的距离，m；B1，B2，B3，…，Bi分别为从最外侧至最内侧对应1，2，3，…，i车道的车道宽度，m；n为半幅道路总的车道数。

3 工程实例

3.1 几何现状

本文选定了特定的T型错位信号交叉口，其中两交叉口中心线间距小于100 m，东进口道为三车道，设一字形停车线，东进口紧邻支路出入口。该出入口两侧未设置辅道，出口驶出的右转车辆与主路东往西直行车汇流冲突，存在安全隐患；出口出来需左转(掉头)车辆直接汇入东进口左转车道，等待左转(掉头)，与主路东往西直行车辆严重冲突，使主路车辆通行受阻。西进口道为三车道，交叉口渠化现状详见图7，由东向西标记为一号交叉口和二号交叉口。

图7 交叉口现状图Fig.7 Current status of intersection

3.2 交通流量现状

交叉口各方向交通量如表1所示。

表1 交叉口各方向交通量Tab.1 Intersection traffic volume in all directions

3.3 信号配时现状

交叉口现状信号配时如表2所示。

表2 信号相位配时(s)Tab.2 Timing of signalization

3.4 交叉口问题分析

(1)交叉口空间不够，缺少交通组织。

交叉口空间太小，内部车辆行车轨迹混乱，导致交叉口整体通行能力较差。

(2)交叉口车道布置不合理。

由一号交叉口北进口道驶入的车辆要进行直行、右转和左转。其中右转的车辆与东进口道直行车辆产生较小的冲突，而左转、直行的车流要在较短的路段上多次变换车道进入南进口道，会与东进口道上的交通流产生交织，造成了主路的交通堵塞，从而影响了整个交叉口的通行能力。

(3)交叉口信号灯设置不合理。

一号交叉口北进口道未设置信号灯，出来右转车辆与主路东往西直行车汇流冲突，存在安全隐患；需左转(掉头)车辆直接汇入东进口道左转车道，等待左转(掉头)，与主路东往西直行车辆严重冲突，使主路车辆通行受阻。支路车流横跨三条车道来实现左转掉头，严重降低了路口进口道的通行效率。

3.5 交叉口渠化方案设计

(1)一号交叉口支路出口设置灯控，在东往西直行停止后放行，从时间上隔离主路车辆及出入口车辆，这样的布设方案明显降低了车辆之间的交通冲突，减少车辆延误，达到优化。

(2)一号交叉口东进口设置阶梯状停车线，依据公式(10)模型，设d2=3 m，d3=5 m以提供足够的空间给支路出口车辆左转(掉头)，从空间上隔离主路车辆及出口出来车辆，详见图8.

图8 交叉口渠化设计图Fig.8 Design drawing of intersection channelization

(3)一号交叉口支路出入口西侧设置直行待行区，出口出来往西行直行的车辆在待行区等待行人过街结束后通过，提高道路有效利用率。

渠化后的信号相位配时如表3所示。

表3 信号相位配时(s)Tab.3 Timing of signalization

渠化前后的冲突点对比分析如表4所示。

表4 渠化前后冲突点对比Tab.4 Comparison of conflict points before-after canalization

4 基于VISSIM的渠化方案仿真分析

通过交通仿真分析，对比渠化后的交叉口的车辆平均延误和平均排队长度得到相关数据如表5所示。

表5 各进口道车辆延误与排队长度对比分析表Tab.5 Comparison of vehicle delay and queue length in each entrance lane

由表5可知，设置直行待行区以及阶梯型停车线后，一号交叉口东进口道的直行车辆平均排队长度明显减少，直行车辆平均延误降低，说明在东进口道设置直行待行区以及阶梯型停车线后，直行待行区的利用率较高，能消除北进口和东进口车辆产生的交织冲突提高通行效率。其他进口道设置直行待行区后车辆延误和排队长队变化虽然不明显，但交叉口的整体的通行效率有所提高。

5 结论

本文以T型错位交叉口为例，对紧邻支路出入口的东进口提出设置直行待行区及阶梯型停车线的交通组织方案，并对提出的渠化方案进行VISSIM仿真对比，仿真结果表明：东进口设置直行待行区及阶梯型停车线在降低交叉口延误的同时能够缩短路口车流左转排队长度，进一步提升路口通行效率。但设置直行待行区可能会导致车辆的二次停车次数增加。