短間距交叉口控制策略研究

相文森

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092）

短間距交叉口控制策略研究

相文森

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092）

為解決城市道路網中短間距交叉口引起的蓄車能力低、交通擁堵問題，提出針對該類交叉口進行交通組織方案優化，并運用信號協同控制方案在交通仿真軟件VISSIM中對優化方案進行仿真，驗證交叉口改善方案效果。

短間距交叉口；信號協同控制；蓄車能力；交通組織優化

0　引言

在城市道路網中，經常會碰到短間距交叉口，特別是通過小跨徑橋梁連接的河道兩側道路位置。對于短間距交叉口，由于彼此交叉口之間距離較短，導致蓄車能力有限，因此必須對短間距交叉口在交通組織方案中進行統籌考慮、協調控制，提升交叉口通行能力。

1　定義

在《城市道路交叉口規劃規范》（GB 50647—2011）中，所謂的短間距交叉口即相鄰交叉口間距小于上游交叉口所需出口道總長與下游交叉口所需進口道總長之和的兩交叉口［1］。

ΔL＜L上游出+L下游進

進出口道的總長度包含展寬段長度和漸變段長度，對于交叉口進口道總長規范中也給出了相應的規定（見表1）。

表1　平面交叉口進口道展寬段和漸變段長度　（m）

對于出口道展寬段長度，視道路等級，主干路不應小于60 m，次干路不應小于45 m，支路不應小于30 m，有公交港灣停靠站時，還應增加設置停靠站所需的長度，展寬漸變段長度不應小于20 m。本文所講的短間距交叉口不同于“小街坊密路網”城市規劃理念中的交叉口，“小街坊密路網”是指在一定的規劃范圍內采用相近的道路間距，路網密度較高，試圖創建功能混合、適宜步行、交通高效的城市街區空間，而本文所指的短間距交叉口還是指在“大街坊寬馬路”背景下因為條件限制（水系、地形等原因）造成的個別短間距交叉口。

2　短間距交叉口存在的主要問題

2.1通行效率折減

道路由基本路段和路口組成，其通行能力很大程度上是由交叉口通行能力決定的，而在短間距交叉口節點，因為存在兩個相近的交叉口，對道路的通行能力除了單個交叉口本身造成的通行能力折減外，還存在兩個交叉口協作配合之間的“互動折減”，即對兩個路口進行協調控制時，因為兩個路口間存在相位差ΔT，構成綠燈損失。如圖1所示，對于B交叉口來說，其進口道①要提前亮綠燈，這樣才能保證T0時A交叉口的①進口道有車輛可以釋放；同樣，B交叉口的進口道②要延遲亮綠燈，這樣才能保證B交叉口的②進口道亮綠燈時有車輛可以釋放。即對于短間距交叉口，要保證A交叉口的通行效率，B交叉口的運行效率就存在損失。

圖1　短間距交叉口示意

2.2運行可靠性差

短間距交叉口的“瓶頸區”長度短，蓄車能力有限，若信號控制協調不好，容易導致車輛溢出，影響上游交叉口的運行。

2.3交叉口部分轉向功能喪失

大部分短間距交叉口都由支路和干路組成，通常為了保證干路的通行能力，往往會犧牲部分支路的轉向功能，如按照右進右出組織。

2.4慢行交通

對于大部分位于河道位置的短間距交叉口，往往也是行人和非機動車較為集中的位置，短間距交叉口雖然可以減小行人的繞行距離，增加可達性，但在制定交通組織方案時還應充分考慮慢行交通與機動車交通在時間和空間上的協調。

3　短間距交叉口的類型

在片區現狀路網或者規劃路網中，考慮到不同等級道路之間的間距，一般短間距交叉口有以下幾種類型：

3.1干路型

構成短間距交叉口的三條道路中有兩條為干路（主干路或者次干路），基本形式如圖2所示。

圖2　干路型短間距交叉口類型

3.2準干路型

構成短間距交叉口的三條道路中有一條為干路（主干路或者次干路），基本形式如圖3所示。

圖3　準干路型短間距交叉口類型

3.3支路型

構成短間距交叉口的三條道路均為支路，基本形式如圖4所示。

4　短間距交叉口信號協同控制設計

短間距交叉口尤其是小于50 m的超短距離交叉口信號協調方案的主要目的就是保證兩個交叉口之間的路段在前后兩個信號周期變化時沒有交通流的“淤積”。

圖4　支路型短間距交叉口

要實現交通流“零淤積”，保證道路的通行效率，減少交叉口延誤，就需要對交叉口群施行信號協同控制設計。

4.1短距離交叉口信號協同控制基本思想

（1）整體性思想。與車路協同的交叉口信號控制設計不同的是，短距離交叉口的信號控制設計應將兩個交叉口看成一個整體，在理論上實現作為一個“異形”交叉口的功能。

（2）功能有增有減。被定義為短距離的兩個交叉口，尤其是距離小于50 m的交叉口，強化主路交叉口的車道通行能力，增加直行車道，同時，將支路上的交叉口進行車道改進，通過減少左轉車道，降低支路交叉口對車流的分散作用。

（3）化零為整思想。可將在一個相位內通過停車線的車輛看作一個該相位車道寬度總和，長為該相位內同一行駛方向所有進口道車輛排隊長度最大值的長方形“車輛”。計算車輛速度時選取所有車道車輛的平均速度。

4.2交叉口信號協同控制配時參數

（1）共同周期。在進行信號協同控制設計時，基于上文中提出的整體性思想，參與信號協同控制的短距離交叉口需采用統一的信號周期，稱為共同周期。本文中兩個短距離交叉口的信號周期的確定是基于英國WEBSTER法的改進。

（2）信號偏移。不同于線路上交叉口群“綠波”帶信號控制方案的設計，短距離兩個信號控制方案之間的時差非常短，應根據被理論化的長方形“車輛”通過交叉口之間路段的時間來對兩個交叉口相同相位之間的時間來設定信號偏移的數值。

4.3信號配時以及信號偏移時間設定方法

首先運用WEBSTER法設定出兩個交叉口的共同周期。其信號配時設計流程如圖5所示。

根據WEBSTER法，周期時長由流量比總和Y和總損失時間L決定。

流量比總和Y的計算公式為式中：Y為組成周期的全部信號相位的各個最大流量比y值之和；j為一個周期內的相位數；yi為第i相位的流量比。

圖5　信號配時設計流程圖

總損失時間L的計算公式為

式中：Ls為啟動損失時間，無實測數據時可取3 s；A為黃燈時長，可定3 s；I為綠燈間隔時間，s；k為一個周期內的綠燈間隔數。

則信號周期時長的計算公式為

則總有效綠燈時間、各相位的綠燈時間以及顯示綠燈時間計算公式為

式中：Ge為總有效綠燈時間；Gej為各相位的有效綠燈時間；gi為各個相位的顯示綠燈時間；lj為第j相位的啟動損失時間。

共同周期計算完成后，需要確定兩個交叉口之間的信號偏移值TΔ，其計算公式為

式中：Qmax為同一相位內同一行駛方向所有進口道車輛排隊長度最大值；LΔ為兩個短距離交叉口之間的距離；Va為車道平均速度。

同時，在交通組織方案上應做到以下幾點：

（1）上游交叉口與下游交叉口進、出口道車道規模應匹配，且渠化車道的劃分要適配，在條件允許的情況下車道盡量采取專用轉向車道。

（2）上下游交叉口應協調規劃控制，渠化組織應盡可能增大交叉口之間“瓶頸”區域的道路容量，在間距受限情況下，增加道路的寬度，進口道的增加不僅有利于轉向車道的組織，也有助于提升蓄車能力。

（3）以道路功能為導向，優先保證干道通行能力。以優先保證干道通行能力為基本準則，靈活處理其他道路轉向交通組織方式，視情況可采用右進右出或單向交通組織方式。

（4）重視人性化設計。注重慢行交通組織，體現“以人為本”設計理念，兼顧效率與安全。

對于兩個短間距交叉口，不適宜將兩個交叉口單獨采用定周期單點控制方式，該方式僅適用于中飽和和高飽和狀態下單點控制。短間距交叉口在“干路型”或者“準干路型”通道中屬于瓶頸路段，瓶頸狀態本質上是交通需求不斷增長的必然結果，對應的解決方式是快速消散交叉口的排隊，因此對應信號控制策略即通過合理調節上下游交叉口的信號配時參數，減少路段上游輸入、增大路段下游輸出，以緩解短間距交叉口內交通壓力。而對于“支路型”短間距交叉口，則應注重慢行交通的可達、連續，在交通組織方案上倡導單向交通。

5　案例研究

在上海某大型居住社區路網（見圖6）中，由于水系布局的影響，片區北部陶浜兩側的年喜路（支路）、年吉路（支路）與橫向道路構成短間距交叉口，片區南部李家涇兩側的美文路（支路）、楊南路（次干路）與橫向道路構成短間距交叉口，以上短間距交叉口涵蓋了干路型、準干路型和支路型三種類型，本文選取干路型短間距交叉口進行研究。

該交叉口由主干路陸翔路、次干路楊南路及支路美文路構成，為區別單獨控制與協調控制在交叉口通行效率上的差別，兩個交通組織方案如圖7所示。

方案一中兩個交叉口按照單獨的交叉口處理，保留各進口道所有轉向功能，考慮到美文路和楊南路之間路段不足30.0 m，為提升蓄車能力，在該段不布置人行過街設施，慢行交通過街通過美文路北側或者楊南路南側人行橫道通行。

方案二中為了保證主干道陸翔路的通行能力，美文路交通組織方式為右進右出，同時重點考慮慢行交通過街的便捷，美文路和楊南路之間路段布置一處人行橫道。區別于方案一，陸翔路美文路交叉口南進口展寬為4個車道，并布置單獨的右轉車道。

圖6　某大型居住社區路網

圖7　交通組織優化方案圖

應用交通仿真軟件VISSIM對以上兩個方案進行仿真，仿真效果如圖8和圖9所示。

圖8　方案一（無信號協同，僅僅交通組織優化方案）仿真效果圖

圖9　方案二（有信號協同同時配合交通組織優化方案）仿真效果圖

仿真運行后得出兩個改善方案實施以后陸翔路-楊南路交叉口東南西北四個方向進口道延誤數據。將這些數據與改善前目前該交叉口延誤數據相比對，發現運用了交叉口信號協同控制并配合交通組織以及慢行交通組織改善的方案二對該交叉口的改善效果明顯。

陸翔路-楊南路交叉口進口道延誤各方案比對如圖10所示。

圖10　陸翔路-楊南路交叉口進口道延誤各方案比對圖

6　結語

在“大街坊寬馬路”的城市格局背景下，短間距交叉口易成為路網中的瓶頸節點，節點擁堵的擴散導致道路通行能力的下降，為盡可能降低短間距交叉口范圍內的交通擁堵、提升交通轉換效率，對其進行交通組織方案優化和信號協同控制方案是十分有必要的，在實際方案論證中，也應注重慢行交通組織，體現人性化設計，兼顧效率與安全。

［1］GB 50647—2011，城市道路交叉口規劃規范［S］.

U412.35

A

1009-7716（2016）06-0276-04

2016-02-22

相文森（1986-），男，山東臨沂人，碩士，工程師，從事道路交通工程設計和研究工作。