信號控制交叉口物理渠化對通行能力的影響

丁柏群，鄒 慧

(東北林業(yè)大學 交通學院，哈爾濱 150040)

目前，我國大城市和特大城市的交通需求與交通供給之間的矛盾日益激化，交通擁堵情況也越來越嚴重。交叉口是城市道路交通的瓶頸，也是提高交通運行效率的重點。在提高道路和交叉口通行能力、緩解交叉口擁擠問題的方法上，除了在交叉口設置信號燈等手段對交通進行管理外，采用合理的物理渠化設計也具有很大的現(xiàn)實意義[1]。物理渠化設計的主要優(yōu)點為投資少、見效快、明顯提高道路交通效率。目前，渠化設計在城市道路特別是交叉口設計、建設和改造中已經(jīng)有了越來越多的體現(xiàn)；由于各城市交通特點的不同，使渠化設計及其效果有一定的差異性[2]。趙芳[3]針對城市平面交叉口渠化特點對其設計原則和基本方法進行了探討。江穎[4]分析了左轉(zhuǎn)待行區(qū)的渠化方法，通過現(xiàn)場的實地調(diào)研，對左轉(zhuǎn)待行區(qū)車道的通行能力模型進行修正，并結(jié)合具體算例和軟件輔助仿真，探討了設置左轉(zhuǎn)待行區(qū)對車道通行能力的影響。楊靜[5]對典型信號交叉口右轉(zhuǎn)車道的標線渠化模式和物理渠化模式進行適用性研究，通過右轉(zhuǎn)機動車受行人影響的沖突延誤指標分析兩種設計模式下交叉口右轉(zhuǎn)車延誤。

哈爾濱市在近期的城市道路規(guī)劃與改造中，逐漸在條件允許的信號控制交叉口開始采用隔離柵、分離島等物理渠化方式分離交通流，使部分交通流如右轉(zhuǎn)車輛、調(diào)頭車輛無需經(jīng)過信號控制或不受直行、左轉(zhuǎn)車流阻塞；使用左轉(zhuǎn)彎等待線等標線渠化方式使左轉(zhuǎn)車輛在直行車輛綠燈時間內(nèi)提前進入交叉口。由于實體分離設施的介入，物理渠化的實施效果往往比標線渠化更為有效。本文著重分析研究物理渠化對信號控制交叉口交通運行和通行能力等方面的影響。

1 交叉口物理渠化

渠化是通過導流島與路面標線相結(jié)合的方式，以分隔或控制沖突的車流，使之進入一定的路線，從而滿足平面交叉的基本要求，目的是減少沖突或明確分開沖突，以控制交通流，調(diào)整沖突角度，減少不必要的路面鋪裝。經(jīng)過渠化設計的平面交叉在時間、空間上得到了充分地利用，提高了交叉口的通行能力并增進了其安全性。

交叉口渠化可以規(guī)范車輛行駛、減少車流沖突、避免了車輛行駛時互相侵占車道或者干擾行車線路的不良駕駛行為、有效地保證行人和自行車的安全，以達到降低交通事故發(fā)生的可能性、提高道路交通安全性及通行能力的目的[6]。

物理渠化也稱交通分離，即通過適當?shù)墓こ檀胧┙ㄔO，使道路上的各種交通形態(tài)和方式實現(xiàn)空間分離，車輛各行其道，達到對道路交通資源充分利用的目的，從而保障車輛及行人安全與出行暢通的一種交通流疏通引導辦法[7]。借助實體設施形成的物理渠化比標線渠化具有更強的約束力和執(zhí)行力，可以更有效地規(guī)范車輛行駛路線、保障行人車輛安全，是快速高效出行必須的基礎性工作。此外，實體渠化島在具有控制車道寬度，控制車速，防止超車等渠化效果的同時，還具有行人過街安全島的功能[8]。

2 交叉口調(diào)查

2.1 交叉口位置與幾何平面布局

研究對象選取哈爾濱市征儀路—保健路交叉口。兩條道路均為城市主干道，交通流量很大。周邊分布有哈爾濱醫(yī)科大學、學府中學等6所高校和中小學，哈爾濱醫(yī)科大學附屬第二醫(yī)院等3所大型醫(yī)院，黑龍江省森林植物園、黑龍江測繪局、黑龍江省林業(yè)科學研究院、黑龍江省外運機動車檢測站等單位，以及金博花園、大眾嘉園、大眾新城等眾多居民小區(qū)。有7條公交線路經(jīng)過該交叉口。

征儀路—保健路交叉口屬于十字形交叉口，采用信號控制，各方向入口均為7車道，其中2個左轉(zhuǎn)車道，4個直行車道，1個右轉(zhuǎn)車道；出口為4車道。對向行車道之間有綠化帶隔離，具體情況如圖1和圖2所示。

圖1 征儀路—保健路交叉口整體布局

圖2 征儀路—保健路交叉口進口道幾何尺寸

2.2 信號配時方案的調(diào)查

交通信號控制方案由兩部分所決定：相位方案和配時方案。征儀路—保健路交叉口信號控制方案見表1。

表1 信號控制方案

2.3 交通流量調(diào)查

對征儀路—保健路交叉口交通量的調(diào)查結(jié)果見表2。

表2 交叉口交通量調(diào)查表 pcu

2.4 速度調(diào)查

對征儀路—保健路交叉口車輛運行速度的調(diào)查結(jié)果見表3。車速采用雷達測速儀測量。

表3地點車速調(diào)查表km·h-1

Tab.3 Survey of spot speed at the intersection unit：km·h-1

進口道周 期一二三四五六七八九十平均南入口右轉(zhuǎn)2828182225192625252223.8直行3332333435373836373334.8左轉(zhuǎn)2017181919202220212019.6回轉(zhuǎn)1717201819202221192119.4北入口右轉(zhuǎn)3536314441393433373236.2直行3139393937323440414137.3左轉(zhuǎn)3133323333312929313331.5回轉(zhuǎn)2728293128272826242827.6東入口右轉(zhuǎn)2726262926272730273027.5直行2933343129313031293331.0左轉(zhuǎn)3031293331322930283130.4回轉(zhuǎn)2931292423242423262225.5西入口右轉(zhuǎn)2827282329282829303128.1直行3031323329272629293029.6左轉(zhuǎn)2929293127333235333130.9回轉(zhuǎn)2927242724283028293127.7

3 仿真及討論

采用VISSIM仿真軟件，對哈爾濱市征儀路—保健路交叉口物理渠化前后的交通運行狀況進行了仿真分析，仿真模型如圖3和圖4所示，其輸出飽和流率值見表4。

圖3 渠化前征儀路—保健路交叉口的交通現(xiàn)狀仿真圖

圖4 渠化后征儀路—保健路交叉口的交通現(xiàn)狀仿真圖

表4 物理渠化前后交叉口飽和流率

車道組或進口道的通行能力可表示為：

(1)

式中，Ci為車道組i或進口道i的通行能力(pcu/h)；Si為車道組i或進口道i的飽和流率(pcu/綠燈小時)；(g/c)i為車道組i或進口道i的綠信比。

對于右轉(zhuǎn)車輛和回轉(zhuǎn)車輛，由于不受信號控制，其通行能力可表示為：

(2)

式中：Qa為主要道路上的交通量，pcu/h；Qb為次要道路上可能通過的車輛數(shù)，pcu/h；q為Qa/3600，pcu/s；t0為臨界間隙時間，s；t為次要道路上車輛跟馳的車頭時距，s。

經(jīng)計算，渠化后交叉口南北方向通行能力提高了25.6%，東西方向通行能力提高了35.1%，總通行能力提高了29.9%。可見渠化措施對交叉口通行能力的影響非常顯著。

物理渠化降低了交通影響較大、危險程度較高的沖突點的數(shù)量，對交叉口通行能力和交通安全均有積極作用。以東進口為例：右轉(zhuǎn)彎渠化車道的設置使右轉(zhuǎn)車輛不受信號燈控制，除由南向北直行車輛進入北出口時會受到部分合流影響外，基本不與其它方向交通流產(chǎn)生干擾，同時轉(zhuǎn)彎半徑增大，使合流點遠離交叉口，合流角度減小，沖突趨向緩和，危險程度降低；左轉(zhuǎn)彎等待線規(guī)范了左轉(zhuǎn)車輛的行駛路徑，使左轉(zhuǎn)車輛進入西出口道時，既不影響南進口道回轉(zhuǎn)車輛的行駛，也不影響西進口右轉(zhuǎn)車輛的行駛；對于回轉(zhuǎn)車輛，只有當由西向東直行相位開放時，回轉(zhuǎn)車流與直行車流有部分合流，影響正常行駛，但是對于其它信號相位，回轉(zhuǎn)車輛無需等待信號燈，其它流向的車輛對回轉(zhuǎn)車輛的影響也很小。

此外，實體渠化設施對交通行為的約束力和執(zhí)行力更大，保障安全的能力也更強。

表5為物理渠化前后交叉口車輛排隊長度的仿真結(jié)果，可見渠化使各進口道右轉(zhuǎn)和回轉(zhuǎn)車輛的排隊長度顯著降低，特別是在現(xiàn)有交通狀況下右轉(zhuǎn)車輛排隊現(xiàn)象完全消除。此外，左轉(zhuǎn)彎待轉(zhuǎn)區(qū)的設置使左轉(zhuǎn)車輛的等待時間有所降低，排隊長度下降了2.45 m，降低了14.4%，有效的緩解了左轉(zhuǎn)車道車輛的排隊溢出。

表6為交叉口交通延誤情況。采用物理渠化后，右轉(zhuǎn)車輛已經(jīng)基本上不再產(chǎn)生延誤；回轉(zhuǎn)車道的延誤也有明顯降低。根據(jù)HCM 2000分級標準[9-10]，渠化前該交叉口的道路服務水平為D級，渠化后服務水平上升到了C級。

表5 物理渠化前后交叉口車輛排隊長度

表6 物理渠化前后車輛延誤表

4 結(jié) 論

(1)哈爾濱市征儀路—保健路信號控制交叉口采用了右轉(zhuǎn)和回轉(zhuǎn)車道彎物理隔離、中央隔離帶端部后移、設置左轉(zhuǎn)彎待轉(zhuǎn)區(qū)等渠化措施，結(jié)合了時間分離與空間分離的優(yōu)勢，有效緩解了回轉(zhuǎn)車輛和右轉(zhuǎn)車輛與其它方向車流的沖突，降低了交叉、分流、合流的風險。

(2)渠化后東西方向通行能力提高了35.1%，南北方向通行能力提高了25.6%，交叉口總通行能力提高了29.9%，效果十分顯著。

(3)仿真分析表明，渠化后右轉(zhuǎn)車輛的排隊長度降低了22.5 m，回轉(zhuǎn)車輛的排隊長度降低了9.8 m，降低了75.4%，左轉(zhuǎn)車輛的排隊長度降低了2.45 m，降低了7.4%；行車延誤降低達33.8%，服務水平由原來的D級提高到現(xiàn)在的C級。

【參 考 文 獻】

[1]徐 彥.城市信號交叉口交通流仿真研究[D].武漢：華中科技大學，2005.

[2]楊 波，劉海洲.城市交叉口渠化設計方法與評價——以成都市為例[J].道路交通與安全，2008，8(6)：39-43.

[3]趙 芳.城市道路交叉口渠化設計方法[J].工程建設與設計，2013(12)：147-149.

[4]江 穎.左轉(zhuǎn)待行區(qū)對信號交叉口通行能力的影響研究[D].成都：西南交通大學，2013.

[5]楊 靜，史玉茜，楊曉光.典型信號交叉口右轉(zhuǎn)渠化島設計模式的適用性研究[J].交通與運輸，2012，27(B12)：124-128.

[6]李志平.城市交通控制交叉口通行能力研究[D].西安：長安大學，2010.

[7]吳 兵，李 曄，楊佩昆，等.交通管理與控制第二版[M].北京：人民交通出版社，2009.

[8]付立家，黃葉娜，白 云.城市信號交叉口交通組織優(yōu)化設計方法[J].公路交通技術(shù)，2008(11)：119-121.

[9]美國交通研究委員會.道路通行能力手冊(HCM 2000)[M].北京：人民交通出版社，2007.

[10]巴興強，溫 文.基于SOA的黑龍江省交通信息平臺分析與設計[J].森林工程，2013，29(5)：92-93.