交叉口借道左转方案的交通安全仿真研究

张柯宇，贾志绚，范英飞

(太原科技大学 交通与物流学院,太原 030024)

为了提高道路通行能力，实现对交叉口时空资源的有效利用，学者们进行了诸多研究，其中，对左转车辆进行合理的控制是常用的方法之一：T Elazzony，H Talaa等[1]，Esawey，Sayed Tarek[2]建立了远引掉头的微观仿真模型并取得了较好的成效；沈超群确定了远引掉头的适用条件及范围[3]；翟京、孙海波[4]、林培群等[5]通过实例研究得出禁左设计在优化左转组织中效果明显；蔡晓萌研究了左转专用道右置的前提条件及相应设施设置[6]；Wu等提出信号交叉口左转车流可借用对向出口道的交通组织方式来增加左转车辆通行能力[7]；朱腾洲等提出了移位左转的放行方法，让相对方向直行和左转车辆可以同时放行[8]。现阶段对于禁左控制方式以及左转车道位置设置的研究较多，而对于一些新型左转控制方式还在进一步探索中。

借道左转作为一种新型的左转控制方式被逐渐应用到实际中，借道左转是指通过临时借用对向出口道内侧一条或多条车道作为本向左转专用道，以提升本向左转车流通行效率的一种信号控制方法[9]。现阶段对于借道左转的研究主要涉及到借道左转的设置条件[10]及特性分析[11]，对配套的信号设置及安全性仿真研究较少，本文分析了借道左转适用条件、提出了借道左转预信号设置的点位、启亮时间和绿灯时间的具体量化模型，并以实际交叉口作为案例，进行交通安全仿真验证，为交叉口的规划设计与运营管理提供参考依据。

1 借道左转适用情况

对于设置了专用左转相位的交叉口，因左转车道数有限，在左转车流很大时，专用左转车道无法满足左转需求，会导致左转车辆排队溢出而导致交叉口乃至整个路段的拥堵。借道左转控制方式为左转车辆提供了一种“分流”方法，“借用”对向出口道作为临时左转车道，加以标志、标线及信号灯等的辅助，实现对左转车辆的控制。借道左转能够在道路资源固定的前提下，充分利用交叉口时空资源，大大提高左转车辆通行能力。

借道左转实施过程中需要左转车辆穿过中央分隔线驶入对向出口道，若设置不合理，不仅无法达到预期效果，还可能导致交通事故的发生。因此，借道左转的应用需谨慎，其设置需要一定条件：第一，实施借道左转的交叉口不能是短间距交叉口，且对向出口道应至少有两条以上，确保右转车辆不与借道车辆发生冲突。第二，实施借道左转的进口道须有专用左转相位或交叉口采用四进口轮放的相序。

2 借道左转辅助设施设置

实际应用中，借道左转车辆需要越过中心线驶入对向车流的出口道，相当于在某一时段逆行一段距离，为确保安全，需要设置辅助设施。

2.1 标志标线

借道左转是一个新生事物，需辅以相应的指示标志来引导。该标志应设置在左转车道上游，内容为借道左转指示、左转指示箭头，也可采用主标志与辅标志相结合的方式。为使标志含义更明确，建议借道左转指示标志采用LED可变标志形式(如图1所示)，与借道左转预信号相协调。实际应用中，常用绿色表示通行，红色表示禁行。图1(a)中借道左转指示标志与文字说明为绿色，图1(b)中借道左转指示标志与文字说明为红色。

图1 借道左转可变指示标志

对于满足设置借道左转条件的交叉口，其进口道车道线需重新规划：在借道起点应施划明显的导流标线，引导车辆驶入所借车道，在所借车道内可施划可变导向车道标线，所借车道上方应设有车道指示灯，提醒驾驶员需按照车道指示灯的指向行驶。所借车道一般为靠近中央分隔带的内侧车道，外侧车道则需要留给右转车辆通行。为确保右转车辆能按照要求驶入“规定”车道，应施划右转导向线。

2.2 预信号设置

预信号的设置要考虑三个方面，一是设置点位；二是预信号启亮时机，启亮时应保证上一相位车辆完全通过借道路段，确保预信号亮起时不予其他车辆发生冲突；三是预信号绿灯时间，预信号绿灯时间应保证使驶入借道左转车道的车辆全部清空。

(1)预信号设置点位

预信号设置点位应在借道左转路段起点处，借道左转路段长度L可按下式计算[8]：

L=10N

(1)

(2)

式中：L为借道左转路段长度(m)；N为高峰小时内每一左转车道的平均排队车辆数(pcu)；q为左转交通量(pcu/h)；C为信号周期(s)；n为左转车道数。

(2)预信号启亮时间

为保证上一相位车辆全部通过借道路段，预信号的启亮时间应较正常左转车道信号延迟一段时间。延迟时间t1计算公式如下：

(3)

式中：L为借道左转路段长度(m)；v1为车辆启动后的速度，即交叉口限制速度(m/s).

(3)预信号绿灯时间

预信号绿灯时间应保证使驶入借道左转车辆全部清空。因此，预信号应较正常左转车道信号提前一段时间变灯，将所借车道归还。提前时间t2计算公式如下:

(4)

式中：L为借道左转路段长度(m)；v2为车辆路段行车速度(m/s).综上，借道左转预信号的绿灯时间为：

t=g-t1-t2

(5)

式中：g为左转相位信号绿灯时间(s).

3 交通安全仿真

3.1 交叉口现状

借道左转能提高左转通行效率，但必须是在保证安全的前提下才能实施，因此对交叉口进行安全仿真是很有必要的。以蚌埠市东海大道与曹山路交叉口为例，日常交通流量较大，南边为大学城，高峰时期南进口左转车辆增多，拥堵情况严重。

图2 东海大道与曹山路交叉口现状图

现状交叉口高峰小时交通量和信号相位配时如表1、表2所示。

表1 高峰小时交通量(pcu/h)

表2 现状信号相位配时(s)

3.2 交叉口借道左转设计

因交叉口道路空间资源有限，为缓解南进口左转车辆造成的交通拥堵，对道路空间进行充分利用成为突破口：将南出口内侧车道作为借道左转车道，增加南进口左转车辆通行能力。由于该交叉口南北方向为混合放行，无法直接使用借道左转控制方式，因此对该交叉口的信号配时重新进行计算，根据Webster法[12]计算的信号配时如表3所示：

表3 信号相位配时(s)

对南进口实施借道左转，需在南进口道上游设置预信号，根据式(1)-式(5)，v1取次干路曹山路的限制速度，为50 km/h，即13.89 m/s，v2取45 km/h，即12.5 m/s，得出预信号设置点位即路段长度L为：

L=10N=60 m

预信号的启亮时间为：

预信号的绿灯时间为:

t=g-t1-t2=18 s

图3 交叉口信号配时设置

3.3 仿真结果分析

通过VISSIM[13]对东海大道与曹山路交叉口现状以及设置借道左转后的情况进行仿真，选择追尾冲突、左转冲突、侧向冲突、正向冲突四种冲突类型为指标验证其安全性，对比数据如表4所示：

表4 借道左转设置前后交通仿真冲突风险占比(%)

从表4可以看出，采用借道左转控制方式后，追尾冲突风险减小了1.8%，左转冲突风险减小了5.4%，冲突风险总体降低了3.6%，安全性得到了提高。较为合理的解释是：现状交叉口南北方向为混合放行，南进口左转与北进口直行、北进口左转与南进口直行车辆有很大的交织区域，导致交叉口左转冲突较多，借道左转后，北进口与南进口改为单独放行，减少了左转冲突发生的几率；设置借道左转后，部分左转车辆需越过中心黄线驶入对向出口道，换道次数增加，导致侧向冲突风险的上升；在第三相位清尾时间，北进口“闯行”直行车辆与南进口借道左转车辆存在一定正向冲突的风险。

对比交叉口延误得到相关数据如表5所示：

表5 借道左转设置前后延误对比表(s)

由表5可以看出，在南进口设置借道左转后，南进口左转延误值有所降低，但由于优化后信号周期变长，北进口直行、东进口直行与西进口左转的延误比现状延误略有上升，但总车均延误降低，交叉口通行效率提高。

4 总结

借道左转作为一种新型的交通控制方式，在实际应用中能降低左转延误，提高左转通行效率，但在实施前需要保证其安全性。本文以实际交叉口为例，进行借道左转方案的设置，通过VISSIM对其安全性和延误进行了仿真对比，结果表明借道左转能够在保证安全的前提下提高交叉口的通行效率。借道左转的实施有很大的局限性，并不是适合所有的交叉口，在实施之前还需要经过严格的实地考察和分析。