四路交叉口左轉專用信號配時改進方法研究★

李 銳 曹 怡

(河海大學土木與交通學院，江蘇 南京 210098)

四路交叉口左轉專用信號配時改進方法研究★

李 銳 曹 怡

(河海大學土木與交通學院，江蘇 南京 210098)

通過分析機動車左轉車流在四路交叉口中的交通流特性，從交叉口左轉車流運行特征出發(fā)，構建了交叉口左轉專用相位信號配時模型，并在此基礎上提出改進策略，結合紹興市交叉口實際案例，闡述了該方法的應用情況。

四路交叉口，左轉專用相位，信號配時，優(yōu)化

在城市道路交通系統中，城市的交叉口是關鍵，交叉口不僅是道路網中通行能力的瓶頸，而且還是道路交通事故高發(fā)區(qū)域。日本大城市中的機動車在市中心的行車時間約1/3花在平面交叉口上；美國交通事故約有一半以上發(fā)生在交叉口。我國城市道路交叉口處的交通延誤和交叉口范圍內交通事故數量也呈逐年上升的趨勢，因此對城市交叉口的研究將大大改善交叉口范圍內的交通運行質量及安全狀況。四路交叉口在城市交叉口中占有很大的比例，在四路交叉口中左轉車流對交叉口影響最大。左轉車流不僅是產生沖突點的主要因素，而且也給對向直行車流的通行造成極大的影響，因此如何減少左轉車流對交叉口的影響成為提高交叉口通行效率及安全狀況的主要問題。從20世紀60年代起，國內外學者[1-3]就開始針對信號交叉口左轉車流特性進行研究，并在左轉信號設置條件、左轉信號設置優(yōu)化方法、左轉信號協調控制等多個方面取得了一定的研究成果。本文將在充分參考前人研究成果的基礎上，結合四路交叉口左轉車流特性，提出交叉口左轉專用車道信號配時的簡易方法，并對交叉口范圍內左轉車流交通控制進行優(yōu)化，最后結合工程實例進行分析說明。

1 左轉專用相位綠燈時間設置方法

本文將重點研究交叉口左轉專用相位信號設置方法。左轉專用相位有前置和后置兩種，前置左轉相位指在交叉口對向沖突直行車輛前放行左轉車流；后置左轉相位指在交叉口對向沖突直行車輛后放行左轉車流。通常情況下，后置左轉車道的啟動損失比前置左轉車道的啟動約少1 s[4]。

現有信號燈相位設計公式[5]計算：即通過計算交叉口進口道有效交通量來計算交叉口信號周期，進而對各相位綠燈時間進行分配。

(1)

(2)

其中，Ve為等效交通量；V為交叉口進口實際交通量；H為公交車、貨車車輛數；L為左轉車輛數；n為進口有效車道數；T為周期時間；P為相位數。

這種方法計算過程簡單，但是該方法沒有考慮專用轉向車道的交通情況，因此對有左轉專用相位的交叉口信號配時效果有待進一步提升。在對交叉口信號配時原理進行研究的基礎上，提出改進方法，并構建出一種更適合于左轉專用相位的信號配時計算模型。

有左轉專用相位的四路信號交叉口，一般分為兩類：一類是交叉口有專用右轉車道；另外一類是交叉口沒有專用右轉車道，僅僅有左轉專用車道。對于這兩類交叉口應該分別考慮。

對于有右轉專用車道的交叉口，其等效交通量為：

(3)

對于沒有右轉專用車道的交叉口，其等效交通量為：

(4)

其中，V東s，V東r，V東l分別為交叉口東進口機動車直行、右轉、左轉的當量交通量(其他方向當量交通量同此)；V東sr為交叉口東進口機動車直行與右轉當量交通量(其他方向當量交通量同此)；al為左轉車輛等效交通量修正系數，它與左轉車輛通過交叉口的距離和速度有關，對于交叉口范圍內4個方向寬度差別不大的情況下，al一般取1.1；對于交叉口范圍內4個方向寬度差別很大的交叉口，al的取值需要重新確定。

接下來，利用式(2)來計算交叉口信號周期，對于4相位，隨著等效交通量的增大，周期增加速度很快，對于周期大于120 s的計算結果，應該進行修正。最后，根據每個相位的不同等效交通量(左轉專用相位的等效交通量為alVl/nl)分配綠燈時間。對于周期內黃燈時間的選取，一般可以取2 s～4 s。

與傳統方法相比，本文將更加關注交叉口等效交通量中左轉車流等效流量的研究過程。因此，將通過分析左轉車輛對直行車輛之間的影響，確定交叉口左轉車輛等效流量的影響修正系數，并考慮左轉車流通過交叉口時各時間因素的影響修正。

2 左轉專用信號相位設置優(yōu)化策略

在之前研究的綠燈時間設置方法的基礎上，還可以從以下三個方面對交叉口左轉專用相位的信號控制系統進行優(yōu)化：

1)增設左轉專用車道。對于左轉車流量較大的交叉口，在道路條件和經濟條件允許的情況下，可以通過增加左轉專用車道的數量來達到快速、高效分流左轉車輛的目的。

2)設置左轉車輛等待區(qū)。通過設置左轉車輛等待區(qū)，可以增加交叉口處左轉專用車道的長度，故可以使更多的左轉車輛進入左轉車道等待通過交叉口；另一方面，左轉等待區(qū)的設置可以減少左轉車輛通過交叉口的距離，從而減小左轉車輛修正系數，縮短交叉口信號周期，使得整個交叉口的運行效率提高。

3)合理選擇設置前、后置左轉專用信號相位。在機動車流高峰時段，較大的左轉與直行車輛到達車流將會對交叉口通行造成較大壓力，如果在一個周期內僅有一個左轉綠燈相位，往往會造成左轉車道被直行車道阻塞或者左轉車輛排隊溢出，阻塞相鄰直行車道的情況。對此，可以考慮增加左轉專用相位在整個信號周期中出現的次數來解決，即在一個信號周期內設置前置和后置2個左轉專用相位來滿足左轉車輛的交通需求。

3 實例應用

以紹興市中興路—勝利東路交叉口改善設計為例，研究四路交叉口左轉車道設置及專有信號相位優(yōu)化措施。

結合紹興市中興路—勝利東路交叉口現狀交通特征情況(如圖1所示)，將從交叉口組織設計和信號配時兩個方面對交叉口進行改造。在交叉口組織設計中，設計方案對東西方向車道進口進行拓寬，增加了一條左轉專用車道，并且對交叉口進行了合理的交通渠化，此外，方案還對交叉口范圍內交通標志、標線進行了完善，方案設計參見圖2。

對于該交叉口信號配時設計優(yōu)化，將利用中興路—勝利東路交叉口機動車交通流量實際觀察數據(如表1所示)，結合上述信號燈配時方法對交叉口進行信號配時，配時方案如圖3所示。

表1 中興中路—勝利東路交叉口高峰小時交通流量流向表

借助VISSIM軟件對交叉口進行模擬仿真分析，本方案在車均通行效率、左轉車輛通行效率方面均比交叉口原配時方案有所提升。

4 結語

通過對四路交叉口左轉專用相位信號配時方案及改進措施的研究，形成了以下一些研究成果：

1)通過對交叉口左轉車流特性的研究，簡要提出了設置左轉專用車道和左轉專用信號相位的基本要求，并對其進行評價。

2)在對左轉車流特征及現行信號配時方法研究的基礎上，重新調整了配時方法中左轉車流量修正系數al的取值，提出了更加符合有左轉專用相位的信號交叉口的信號配時公式。

3)以紹興市中興路—勝利東路交叉口設計改造為例，從交通組織設計和信號配時優(yōu)化兩方面對四路交叉口左轉車道配時及其優(yōu)化應用過程進行了說明。

[1] Kell J H,Fullerton I J.Manual of signal design[M].Washington D C:Prentice-Hall,Inc,1982.

[2] LI Zhenyang.Dynamic left-turn phase optimization using fuzzy logic control[D].Knoxville:The University of Tennessee,2004.

[3] 馬萬經，楊曉光.信號控制交叉口群左轉交通協調設計方法[J].同濟大學學報(自然科學版)，2008，36(11)：1507-1511.

[4] David A.Novcy,Daniel B.Fambro,Kent C.Kacir.Traffic Characteristics of Protected/Permitted Left-Turn Signal Displays.79th Annual Meeting of the Transportation Research Board,Washington DC:2000.

[5] 王 煒，過秀成.交通工程學[M].南京：東南大學出版社，2000.

Traffic signal improvement for left-turn phase at 4-lagged intersection★

Li Rui Cao Yi

(CollegeofCivilandTransportationEngineering,HohaiUniversity,Nanjing210098,China)

According to analyze the characteristic of left-turn traffic volume at 4-lagged intersection, construct the traffic signal model with left-turn phase for 4-lagged intersection, then optimal improvements strategy is introduced, at last, traffic signal improvement for left-turn phase at 4-lagged intersection is used with the tested intersection of Shaoxing city.

4-lagged intersection， left-turn phase， signal timing， optimization

2015-04-03

李 銳(1984- )，男，博士，講師

1009-6825(2015)17-0110-03

U412.35

A

★：江蘇省自然科學基金(項目編號：BK20140851);河海大學中央高校基本科研業(yè)務費項目(項目編號：2013B01314)