城市錯位路口遞階設計方法及應用

金成英，吳 楠，趙俊軍，王 聰

(昆明理工大學 交通工程學院，云南 昆明 650093)

錯位路口是一種特殊的平面交叉口，是由2個或多個T形路口緊密相連形成的不規則路口，一般間距在150 m以內［1］。如錯位路口位于城市干路上，易導致路口及其相關路段的交通延誤［2］，道路通行能力下降，行車安全性降低，嚴重影響整個城市交通網的通行能力［3］。若把2個錯位路口當做1個大交叉口處理，由于路口的面積過大，會造成路口空間資源浪費，且信號周期相對延長導致排隊長度增加，影響下游路口的正常運行;若把2個錯位路口當2個交叉口處理，則交織段內沖突點較多，導致行車秩序混亂，引起交通擁堵及交通事故。

本文基于時間和空間一體化的理念，針對城市錯位路口提出遞階性設計方法，根據設計方案，利用仿真軟件Tranmodeler進行仿真，通過對仿真結果的定量分析，得到城市錯位路口遞階設計的最優方案，從而提高城市錯位路口的通行能力和行車安全。

1 遞階設計方法

在城市交通管理中，城市錯位路口的處理方式有2種:一是通過道路及路口的工程改造，將錯位路口改成規則的十字路口，但需耗費大量人力、財力，且對道路空間資源的要求很大，在城市道路資源有限的狀況下，此方案難以實施;二是根據路口的現有交通條件和實際交通量，提出遞階性設計方法。所謂遞階設計方法，即首先對路口作一體化考慮，空間上作為獨立路口進行渠化，時間上實現與交叉口渠化相匹配的信號控制方式，分層次設計，選取最佳方案，最大限度地提高錯位路口的通行能力，減少行車延誤。

1.1 錯位路口渠化協同設計

針對錯位路口處的交通問題，在空間上排除交通沖突點，通過相位相許的設計，具體可采取的交通渠化措施有:1)根據路口流量大小及排隊長度，可考慮增加進口道車道數，如借用出口車道辟出一條距離交叉口25～35 m的專用左轉車道，或者借用非機動車道，辟出一條距離交叉口25～35 m的專用右轉車道，以提高路口的通行能力。2)在路口進口道處設左轉待轉區，使單位時間內通過更多的左轉車輛，減少左轉車輛的行車延誤。3)為規范行車秩序及減少機動車與非機動車之間的相互干擾，路口進口道處可設計中央隔離欄及機動車與非機動車之間的隔離欄。4)若路口的面積較大，且行人較多，為了保證安全，可設置交通安全島。5)關聯路口道路標志標線的協同設計。

1.2 信號控制方式選擇

1)錯位路口的距離在50 m之內時，可當1個大交叉口處理，并采用單點控制。為確定交叉口周期時長和綠信比(有效綠燈時間與信號周期時長的比值)，以路口機動車延誤時間為指標。采用韋伯斯特定時信號延誤公式［4］來計算車輛延誤，用近似解法可求得路口最佳信號周期時長，再根據車道流量比計算各個相位實際有效綠燈時間。2)錯位路口的距離為50～250 m時，若流量較小，可當1個交叉口處理;若流量較大，當2個交叉口處理，此2個交叉口的信號周期一樣，且信號控制采用同步協調信號聯動控制方式。信號聯動控制是在同步協調控制的基礎上，針對2個關聯錯位路口，在不增加信號機的基礎上，配合錯位路口協同設計，實現路口間的聯動控制。具體采用哪種方案，需要對交叉口道路條件和交通流量流向進行定性和定量分析后確定。3)錯位路口的間距＞250 m時，當2個交叉口處理，路口采用相同的信號周期，信號控制采用互交式干道協調控制，協調方向綠燈開啟時刻相互錯開，形成1條“綠波帶”，使大部分干道方向的車輛不用停車而直接通過路口，提高通行能力［5］。

2 實例應用及仿真評價

2.1 問題描述

保岫西路與杏花路路口以及保岫西路與同仁街路口，位于保山市隆陽區中心城區的重要地段，2個路口相鄰50 m左右。周邊分布了馬里商業中心、保山影劇院、隆陽區幼兒園等，交通吸引點多，交通吸引點的分布情況如圖1所示。保岫西路為東西向主要交通干道，高峰時刻的流量較大。同仁街與杏花路為南北向重要干道，高峰時刻流量同樣很大，交通量如圖2所示，圖2中單位為pcu/h。

圖1 交通吸引點分布情況圖

圖2 保岫西路與同仁街、保岫西路與杏花路流量圖

保岫西路與同仁街路口為非信控口，保岫西路與杏花路路口為信控口，同時這2個路口間距較短，并且保岫西路兩側為商業區、步行街，人流大，2路口中間連接段行人、非機動車和機動車混行嚴重，行人和非機動車亂穿馬路影響機動車的通行，交通秩序混亂，安全性差并且路口通行能力下降，高峰時期嚴重擁堵。

2.2 遞階方案設計

基于2路口距離為50 m左右，可以當1個大交叉口處理，也可以當2個交叉口處理，結合實際情況進行定性及定量分析，選擇最佳設計方案。

2.2.1 1 個大交叉口

即把錯位口當1個大交叉口處理。

1)渠化設計

①交叉口各方向左轉車輛較多，需要渠化一條專用左轉車道，將各個方向距離交叉口25～35 m處辟出一條專用左轉車道;②南進口方向右轉交通量達500多輛，距離交叉口25～35 m處辟出一條專用右轉車道，且受信號燈控制;③由于交叉口面積較大，為規范行車軌跡，交叉口處施畫車道分割線;④東西進口道方向車流比較大且路幅資源少，加設中央隔離欄，減少進出交叉口車輛之間的相互干擾;⑤加設必要的標志標牌。具體空間渠化如圖3所示。

圖3 保岫西路與同仁街、保岫西路與杏花路渠化圖

2)相位相序及配時

①路口各個方向的左轉車流和直行車流較大，信號控制采用四相位控制;②為減少交叉口交叉沖突，且不致使下游交叉口擁堵嚴重，南進口右轉車輛受控;③根據單點信號配時公式計算信號周期為120 s，根據車道流量比計算各個相位的有效綠燈時間;④香柱巷方向幾乎無車輛通行，可以忽略，結合圖3，進口道車流編號如圖4所示，信號相位相序配時如表1所示。

圖4 錯位口當作1個大交叉口時進口道車流編號

表1 錯位口當1個大交叉口時的相位相序配時

2.2.2 2 個交叉口

即把錯位口當作2個交叉口處理。

1)渠化設計

①保岫西路與同仁街路口加設信號燈;②基于2交叉口之間的距離較短，為減少交叉口沖突點及保障行車安全，保岫西路與杏花路路口加設東西向的中央隔離欄，且西進口方向和北進口方向禁止車輛左轉;③南進口方向右轉交通量達500多輛，距離交叉口25～35 m處辟出一條專用右轉車道，且受信號燈控制;④東西進口方向交通量比較大且路幅資源少，加設中央隔離欄，減少進出交叉口車輛之間的相互干擾;⑤加設必要的標志標牌。空間渠化如圖5所示。

圖5 保岫西路與同仁街、保岫西路與杏花路渠化圖

2)相位相序及配時

①2個路口間距約為50 m，2路口的信號控制采用同步協調信號聯動控制方式，三相位控制;②為減少交叉口交叉沖突，且不致使下游交叉口擁堵嚴重，南進口右轉車輛受控;③根據單點信號配時公式計算信號周期，選擇需要較大信號周期的交叉口公共周期為100 s，對關鍵車流7，8，12等設成搭接車流如圖6所示;④香柱巷方向幾乎無車輛通行，可以忽略，結合渠化圖5，進口道車流編號如圖6所示。信號相位相序配時如表2所示。

圖6 錯位口當2個交叉口時進口道車流編號

表2 錯位口當2個交叉口時的相位相序配時

2.3 仿真方案評價

通過TranModeler仿真軟件對錯位路口現狀和上述2種方案進行仿真，如圖7，8所示。對交叉口進行時空優化后，2個方案均明顯優于錯位路口現狀。

圖7 錯位路口當1個大交叉口時的3D仿真界面

圖8 錯位路口當2個交叉口時的3D仿真界面

以研究區域內各個進口道車輛平均延誤、平均停車次數及各個方向車輛平均排隊長度為評價指標，結果如表3所示。

①2種方案均優于錯位路口現狀，現行錯位路口渠化不合理，且路口1無信號控制，高峰時期車輛沖突嚴重，交通秩序混亂，形成路段瓶頸，交通擁堵嚴重，致使錯位口及保岫西路干道通行能力差。

②將錯位口當一個大交叉口處理時，采用四相位的信號控制，路口的行車秩序明顯改善，但周期時間過長，對向車輛等待時間過長，各方向排隊長度和延誤均增多。

③將錯位口當2個交叉口處理時，路口2加設東西向的中央隔離欄如圖7所示，均采用三相位控制，且對錯位口信號同步協調聯動控制，各個方向的排隊長度和延誤較小。考慮到路口2加設中央隔離欄會引起相關路口轉向流量的疊加，則相關路口根據需要適當延長其方向的綠燈時間。

④將錯位路口當2個交叉口分別考慮的方案優于將錯位路口當1個大交叉口的方案，前者為最優的時空一體化優化方案。

表3 設計方案仿真評價

3 結論

以保山市隆陽區的錯位路口為實例，根據實際交通參數，對錯位路口進行協同渠化設計，且設計了與之匹配的信號聯動控制方案。基于TranModeler仿真結果表明，類似的交叉口即間距較短的錯位路口，不能確定當1個交叉口考慮還是當2個交叉口考慮時，需要根據道路條件與交通條件，提出各種設計方案，進行定性定量分析后得出最優方案。

［1］張元元，蘇躍江，王曉原.錯位路口改善策略及其仿真研究［J］.交通標準化，2010，15(226):26－31.

［2］馬俊來，王煒，李文權.錯位路口信號相位設計的線性控制法［J］.華中科技大學學報:城市科學版，2002，19(4):27－29.

［3］陳濤，魏朗，陳蔭三，等.城市錯位路口通行特性［J］.交通運輸工程學報，2003，3(1):62－67.

［4］楊佩昆，楊兆升.交通管理與控制［M］.北京:人民交通出版社，1999.

［5］王守寶，錢勇生.城市錯位路口的交通治理措施研究［J］.交通標準化，2008，6(178):109－112.