十字型交叉口远引左转设置方法及通行能力研究Research on the Setting Method and Traffic Capacity of the Left Turn at the Cross-shaped Intersection

纪超　杨春霞　李梦龙

摘  要：针对左转交通流对于十字型交叉口车辆通行产生重大影响这一现象，文章提出十字型交叉口远引左转的设置方法及适用条件，从而提高交叉口通行效率及行车安全。通过分析十字型交叉口远引渠化的重要几何参数，构建了远引左转交通流的排队长度模型、掉头开口位置计算模型及开口大小与中央分隔带的设置，分析了十字型交叉口远引渠化后的通行能力计算方法。以太原市杏花岭区的一个十字型交叉口作为研究对象，分析结果表明一定条件下，十字型平面交叉口主干道左转远引设置可以减少交叉口延误和停车次数，提高交叉口通行能力，最后利用Vissim仿真证明以上方法是有效的。

关键词：远引左转；渠化；十字型交叉口；通行能力

中图分类号：U491    文献标志码：A    DOI：10.13714/j.cnki.1002-3100.2023.13.015

Abstract： In view of the phenomenon that the left-turn traffic flow has a great influence on the traffic at the intersection， this paper puts forward the setting method and applicable conditions of the far-off left turn at the intersection， so as to improve the traffic efficiency and driving safety at the intersection. By analyzing the important geometric parameters of the long-distance channelization of the cross intersection， the queue length model of the long-distance left-turn traffic flow， the calculation model of the U-turn opening position， the opening size and the setting of the central separation zone are constructed， and the calculation method of the capacity after the long-distance channelization of the cross intersection is analyzed. Taking a cross intersection in Xinghualing District， Taiyuan City as the research object， the analysis results show that under certain conditions， the setting of the left turn of the main road of the cross intersection can reduce the delay and parking times of the intersection and improve the traffic capacity of the intersection. Finally， Vissim simulation proves that the above methods are effective.

Key words： turn left far; channelization; cross-shaped intersection; capacity

0  引  言

交叉口被認为是路网的重要组成部分，其中怎样提高道路安全，减少交通延误，一直是交通工程领域所研究的重点问题[1]。根据近几年国外学者研究发现，在交叉口路段中央设置U型转弯的设计措施，能有效地降低交叉口的交通冲突[2-4]，其中Distefano N等[5]提出了一种适用于窄绿化带的掉头车道设计方法，即在对向车道最外侧设置掉头港湾。Alexander[6]考虑了远引交叉口主要交通流和次要交通流的车头时距和滞后等特征，给出了远引交叉口通行能力的计算方法。Ronghan[7]为了寻找中央分隔带开口的最优位置，建立了基于SLU车道通行能力的单目标优化模型。而国内对远引交叉口的理论研究相对较少，主要有：王宇轩[8]对专用相位左转与远引掉头左转这两种左转交通组织方式的车辆行驶特性进行研究，并通过实例进行Vissim效果评估。最后得出，在该交叉口情况下，使用远引掉头可以显著减低车辆延误，改善交叉口的运行效率，但在远引掉头左转中，并未考虑到车辆转换车道所造成的延误。

目前，国内对远引交叉口的理论研究相对较少，主要存在以下几个问题：（1）对远引交叉口相应的关键几何参数研究不够深入。（2）缺少对远引交叉口整体运行效果的评价。

本文重点研究了十字型交叉口左转车流利用远引掉头进行交通组织的方法，并就十字型交叉口远引左转的设置方法，远引渠化的重要几何参数特性进行了分析，建立了通行能力的数学计算模型，并以一个具体的实例进行现状与渠化后的Vissim仿真。

1  十字型交叉口远引左转交通组织分析

1.1  远引方式

由于常规措施无法永久解决交通拥堵的问题，本文提出了一种新的交通组织方案，即通过一系列信号的协调，在下游中央隔离带寻找合适的位置设置开口，使左转交通流在开口处回转以实现间接左转。图1、图2分别为主干道与次干道车流左转远引示例图。

1.2  十字型交叉口實施左转远引的适用条件

十字型交叉口设置左转远引的方法可以降低交叉口的交通流冲突，提高交叉口的运行安全性。然而，为了使远引后的交叉口能够实现最佳的交通组织效果，则需要满足一定的前提条件。

1.2.1  道路系统条件

考虑到实施远引左转的交通组织措施从根本上来说是将该交叉口的交通流转移到其它路段，会对其他路段的车流量造成影响。经研究发现，棋盘式路网比较适合实施远引左转交通组织，而自由式及线条式路网则相对困难。

1.2.2  路段条件

实施远引左转是需要一定条件的，左转车辆绕行的距离需要适中。如果绕行距离过长，延误就会增加，就与提高通行效率的目的相违背。如果绕行距离过短，驾驶员无法在短时间内完成远引左转的运行过程。另外，对信号交叉口的信号配时进行合理调整。中央分隔带开口处应设置好标志标线，指示驾驶员顺利通行。

2  十字型交叉口远引几何参数分析

远引左转交通流的排队长度、远引掉头开口与交叉口之间的距离和开口的大小等都是重要几何参数，直接影响了十字型交叉口远引左转设置的合理性和运行效果，下面将逐一分析和推导。

2.1  远引左转交通流的排队长度

2.2  远引掉头开口与交叉口之间的距离

2.3  远引掉头开口大小

远引掉头开口大小也是影响远引左转的因素之一，其开口形式、半径和通道宽度应确保左转车辆能够顺利掉头。

2.3.1  开口形式的选择

本文采用了专用左转车道加单向掉头的开口形式，如图5所示，专用左转车道可以有效地将直行车流与左转车流分离开来，并且在掉头车辆无法安全插入对向车道的情况下将部分排队车辆安全等待在专用左转车道上，有效地缓解了交通拥堵。

2.3.2  开口半径的计算

开口半径与掉头车辆的尺寸大小和转弯半径有关。参考《城市道路工程设计规范》[11]可知车辆的设计尺寸如表1所示，以及车辆在开口处掉头的行驶轨迹如图6所示。

2.3.3  通道宽度的计算

远引左转车辆在中央分隔带开口处需要足够的空间掉头。从理论上可知，在开口处掉头回转的车辆行驶轨迹近似为半圆弧形[12]。所以有：

2.4  中央分隔带的设置

2.4.1  中央分隔带的类型

在我国，中央分隔带是主要的交通安全设施之一，在城市一般公路和高速公路上被普遍使用。中央分隔带可以保护行人；更重要的是，中央分隔带的开口还可以起限制或者引导机动车转向的功能。本文所探讨的远引交叉口采用的是绿化带这种形式，这种形式可以最安全得将对向车流进行分离。

2.4.2  中央分隔带的宽度

在远引平面交叉口中，中央分隔带除了考虑设置必要的标志标牌以及左转车道的空间以外，还需要考虑对中央分隔带宽度的要求。中央分隔带的宽度为内侧车道边沿间的距离，如图8所示。

3  远引渠化后交叉口通行能力计算方法

4  实例仿真

本文以太原市杏花岭区一个交叉路口为例进行分析。该交叉口东西向为主干道，南北向为次干道。道路几何条件以及高峰小时交通流量如图9和表2所示。

根据现场调查的数据分析，该交叉路口为三相位信号控制，具体配时方案如图10所示。根据前文的分析，当将主干道和次干道的左转车辆远引到交叉路口上游时，该交叉路口变为两相位信号控制，用Webster法重新配时，得到一个新的配时方案如图11所示。

主干道直行车辆的运行速度取50km/h。根据第二章相关公式可求得十字型交叉口远引掉头开口与交叉口之间的距离L取363m。根据公式（6）可求得交叉口开口处的理论平均排队长度约为4.2，取5辆车的长度，即L=34m。

根据以上结果，对交叉路口进行远引渠化，在距离交叉路口363米的地方设置远引掉头开口，排队长度为34m，开口半径取10m，通道宽度取6m。采用上文建立的十字型交叉口远引左转通行能力计算模型，计算出远引之后交叉口的整体通行能力。另外，把现状与渠化方案用Vissim进行仿真（如图12所示），分别得到两种交通组织方法的各项指标如表3所示。

由表3可知，相比较于原有的方案，交叉口实施远引左转的交通组织方法后，交叉口周期时长减小，由原来的144s下降到了80s；平均延误也有明显的下降，由原来的46.63s下降到了26.84s；交叉路口的平均停车次数相对下降较小，降低了12.5%；而平均排队长度和通行能力都有明显的改善，一个降低了38%，一个提高了46%。

5  结  论

本文研究了十字型交叉口主干道远引左转的交通组织方式，以及远引掉头开口与交叉口之间的距离、远引左转交通流的排队长度、开口位置大小的计算方法和中央分隔带的设置方法；根据上述基础内容，又深入研究了交叉口实施远引左转后通行能力的计算方法。通过模拟分析，验证了在一定条件下采用远引左转交通组织方法比常规的交通组织方法具有更高的运行效率，并且可以有效提高交叉路口的通行能力。

参考文献：

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