基于老城區特殊交叉口信號優化研究

孟 順 陶 浪 尚 苒 程 航 高 濤 何 彤 林新宇

（蘭州交通大學交通運輸學院，蘭州 730070）

基于老城區特殊交叉口信號優化研究

孟 順 陶 浪 尚 苒 程 航 高 濤 何 彤 林新宇

（蘭州交通大學交通運輸學院，蘭州 730070）

為了解決地級市及縣城城區交通擁堵的現狀，對老城區目前的交通特征及存在的突出問題進行了系統分析，并以L縣老城區為例，對較擁堵的H十字交叉口進行了實地數據調查。通過詳細分析H十字交叉口現狀與存在的問題，對此交叉口進行渠化設計，提出優化交叉口的信號配時方案，從而能夠在一定程度上緩解L縣老城區交通擁堵的問題，同時對類似的地級市及縣城城區擁堵交叉口的優化研究具有一定的借鑒意義。

老城區；交通擁堵；信號配時；H十字交叉口；交通延誤

引言

隨著社會經濟的快速發展，城市機動車保有量的迅速增長，城市機動化水平的不斷提高，越來越凸顯的交通擁堵和交通安全等交通問題已經蔓延到地級市及縣城城區。目前國內學者側重于大城市交通改善方便的研究，如華芳等[1]通過杭州老城的例子，以保護優先為原則，構建層次分明，理性與彈性結合，編制體系與管理體系銜接的規劃設計方案。楊槿等[2]基于蘇州老城區1661家文化企業分布信息，綜合運用核密度估計，分析文化企業空間演化過程。楊明等[3]通過分析老城區基本特征與問題，提出道路、公交、停車、慢行以及交通管理層面的改善措施。馮長春等[4]從城市土地集約利用的概念和內涵入手，建立了一套指標體系，并以北京市東城區為例，成功應用了多指標綜合評價方法。但對中小城市甚至是地級市及縣城城區的研究文獻還較為缺乏。隨著城市化進程的不斷加快，加強對中小城市甚至是地級市及縣城城區交通改善與建設的研究，將有效促進城市建設的發展。交叉口作為城市交通網絡中的重要組成部分，是城市交通擁擠的主要發生地。單點交叉口交通信號控制占城市交叉口的90%以上，即使未來實現線控、面控，但在線控、面控不能覆蓋的區域還會有大量獨立控制的交叉口存在，因此，解決城市交通問題的關鍵在于如何合理、有效地組織好單點交叉口的交通[5]。單交叉口是構成城市交通網絡的重要節點，單交叉口信號配時是交通控制的關鍵因素[6]。

本文提出了在多相位可變相序基礎上的信號配時優化方法，同時對不同信號相位的控制方式進行了仿真模擬并對結果進行對比，選擇最佳的交通信號配時方案，以減少交通沖突，對L縣某十字交叉口的交通流暢做出貢獻。依據信號配時方案對此交叉口進行系統有效的渠化設計，優化交叉口單點配時方案，從而在一定程度上緩解L縣老城區交通擁堵的問題。對類似的地級市及縣城城區擁堵交叉口的優化研究有一定的借鑒意義。

1 L縣老城區H十字交叉口現狀

L縣城在老城區組團的基礎上分別向南北兩個方向擴張，形成了以老城區為中心，南北同時擴張的北部政府機關中心和南部居住區中心的三中心組團狀。其中老城區的主要功能齊全，北部中心和南部中心城市功能較為單一。2011年以后，隨

著L縣經濟的快速發展，城市建設加快。L縣現有大貨車、小汽車總計4萬余輛，三輪車和摩托車的數量也已十萬輛有余，連續四年里，機動車的年增長量超過4000輛，同時還有1000多到2000輛本地車輛在外地掛牌。全縣機動車駕駛員數量已達到17萬人，其中摩托車和三輪車駕駛員有將近5萬人。平面交叉口的渠化有些不合理或者沒有渠化，在此類交叉口處車輛和行人交通流屬于無序狀態，造成交通混亂；有些路口沒有設置左轉專用車道或右轉專用車道，沒有分離右轉車道的三角導流島，引起人行橫道標線和停車線都靠后，進一步造成交叉口面積增大。

H十字交叉口位于新城區與老城區的交界處，是文峰北路與文峰東路、文峰西路交叉形成的四路交叉口，是L縣城區內規模較大的交叉口之一，由于其地理位置關鍵，H十字交叉口起著連接舊城區與新城區的上下班工作通勤功能。

1.1 交叉道路幾何現狀

H十字交叉口是四路交叉，典型的十字交叉口，對與之相關道路的幾何現狀進行調查，調查結果見表1。

1.2 交叉口幾何現狀

對交叉口進口道的道路等級，斷面形式，路幅寬度，車道數，車道寬，車道功能等情況進行調查，詳細結果見表2。

1.3 交通流現狀

2016年6月對H十字交叉口上班高峰期、平峰的高峰小時流量進行了調查，采用15min調查法獲取（表3）。

1.4 交叉口信號配時現狀

交通控制最直觀明顯地調控交通流，是解決城市交通安全、提高道路通行能力的主要措施之一，交通控制的目的，就是要將不同流向的車流，在時間上分離[7]。采用信號控制是交通控制的主要方法之一，信號控制的技術關鍵在于信號配時。信號控制的目的在于最大限度地提高交叉口的使用效率。具體說來，就是一方面對道路使用者(即道路用戶)來講，要使延誤、停車、排隊盡可能小;另一方面對道路管理效率來講，要使交叉口的通行能力盡可能大[8]。

表1 道路幾何條件調查表

表2 交叉口幾何條件調查表

表3 H十字交叉口交通量

通過調查，可知該交叉口全天候采用同一信號控制方案，沒有對高峰期設置相應的信號控制方案，該信號周期為68s，其中東西向綠燈時間為27s，南北向綠燈時間為35s，黃燈時間為3s，沒有全紅時間，信號周期如圖1所示。

圖1 H十字交叉口現狀信號配時圖

2 交叉口存在問題分析

2.1 道路幾何現狀存在的問題

從H十字交叉口四條道路的幾何現狀情況來看，存在問題如下：

（1）東西方向的道路雖路況良好，但是未設置非機動車道與機非分隔帶；

（2）南北方向雖有非機動車道，但北關街機動車道數明顯少，車道寬度變窄；

（3）東西向缺少對非機動車的考慮。

2.2 交通流現狀問題分析

交叉口流量調查數據顯示，H十字交叉口各個進口道的左轉車流與對向行駛的直行車流沖突較為嚴重，加之與左轉車流混行搶道的掉頭車流，不僅妨礙左轉車流在左轉相位時間內通過交叉口，也易與對向直行車流搶用車道，使交叉口通行能力下降，造成延誤；在交叉口內部，設置了交警服務臺，占用了一部分交叉口內部空間，不利于直行與左轉車流的安全行駛。

2.3 交叉口通行能力及延誤分析

交叉口的通行能力由組成該交叉口的各進口道的通行能力組成，各進口道的通行能力由組成它的各條進口車道的通行能力組成[9]。延誤是評價信號控制交叉口信號控制參數是否最佳的重要指標。在對交通信號控制參數進行優選時需要綜合考慮交叉口各進口方向的車輛延誤情況，因為一個相位延長綠燈時間的同時，必然延長了相沖突相位的紅燈時間[10]。計算得H十字交叉口通行能力及延誤（表4）。

分析表4，H十字交叉口的飽和度為0.41，對比而言，H十字北進口直行、左轉、右轉飽和度0.56、0.56、0.59與南進口直左、右轉車道的飽和度0.56、0.59均大于交叉口飽和度0.41，故北進口與南進口在上班高峰期內存在擁堵問題。交叉口四個進口道，東進口與南進口的延誤較大。H十字交叉口的飽和度接近0.5，因此，降低交叉口的飽和度是優化的目標之一。提供兩種措施解決此問題，拓展車道和誘導車流。進口道的延誤與信號周期有關，降低延誤，需從信號配時方面考慮。

表4 H十字交叉口的通行能力、延誤

2.4 H十字交叉口現狀存在問題分析

通過實地踏勘和現場交通量調查分析，從交叉口的設計，轉彎車流的誘導，信號配時的合理性及其他方面，分析H十字交叉口存在以下問題：

（1）從交叉口的設計上來講，H十字交叉口屬于錯位交叉口，其各個方向的直行車流與對應的出口道之間并非正對關系，車輛在交叉口內行駛需進行方向調整。

（2）關于轉彎車流，H十字交叉口不論對右轉車流還是左轉車流，均未采取規范行駛路徑的措施。對于右轉車流，由于交叉口的四個拐角處均采取內凹的設計方式，導致四個進口道的右轉車流轉彎時可利用空間變大，容易與過街行人及非機動車產生沖突；由于交叉口的空間范圍較大，在左轉車流轉彎路徑不明確的情況下，極易與對向的直行車流產生沖突。

（3）信號配時的合理性是交叉口是否暢通的關鍵。H十字交叉口現狀采取兩相位。第一相位南北向35s的綠燈，3s的黃燈，以及30s的紅燈，第二相位東西向27s的綠燈，3s的黃燈，以及38s的紅燈。據現場觀測，在現狀信號配時方案中，南進口、北進口的車流在高峰期內存在二次排隊的現象。

（4）從以人為本的觀點出發，H十字交叉口對于行人過街的安全問題欠缺考慮。由于交叉口范圍較廣，現狀斑馬線的位置與斑馬線的長度設計不科學。現場進行測試，在現有的信號配時下，正常成年人不能在綠燈時間內利用斑馬線通過交叉口，在交通出行個體中，仍包括老人，小孩等其他社會弱勢群體。

（5）交叉口對于非機動車的考慮欠全面，未考慮非機動車的過街問題。

3 改善措施及設計方案

3.1 改善措施

解決交叉口現狀問題的宗旨是減少交叉口的沖突點數量，從時間與空間兩個方面提出相對應的措施[11]。

針對于交叉口現狀存在的問題，提出以下幾種解決措施：

（1）為了解決直行車流在交叉口內行駛需要調整方向的問題，對交叉口內的直行車流涂畫導流線，引導直行車流按照合理的軌跡前進。

（2） 關于轉彎車流，分別提出不同的解決方案。對于右轉車流，改善交叉口拐角的設計方案，由內凹改設為外凸；對于進口道無右轉專用車道的路口，利用非機動車道，增加右轉專用車道。對于左轉車流，由于H十字交叉口內部空間較大，車輛行駛在交叉口內存在邊行駛邊尋找行駛路徑的問題，在渠化時，設置左轉待轉區，降低左轉與直行車輛發生碰撞的概率。

（3）由于信號配時不科學不合理，進口道排隊車輛存在二次等待的問題。信號配時由現狀的兩相位優化為三相位，設計南北向的左轉專用相位。相位設計方案如下：

第一相位為南北方向的綠燈，第二相位為南北向的左轉相位，第三相位為東西方向的綠燈，如圖2所示。

圖2 設計信號相位圖

（4）后移停車線的位置，斑馬線隨停車線的位置調整。同時，考慮老人、兒童等交通出行弱勢群體，在中央分隔帶處設置安全島（圖3）。

圖3 斑馬線優化圖

（5）H十字交叉口非機動車出行仍占有一定比例。在現階段，考慮非機動車出行數量，不設置非機動車專用相位；非機動車利用人行橫道過街。

（6）由于進口道的飽和度太大，故適當拓寬進口道。

3.2 設計方案

3.2.1 渠化方案

按照上述提出的渠化方案，對H十字交叉口進行改善，如圖4和圖5所示。

3.2.2 信號配時優化

根據上述公式，取L=5得：H十字交叉口信號周期T=85s。

（2）綠燈時間。信號周期內總的有效綠燈時間Ge=T-L，Ge=70s。

各相位綠燈時間：g1=25s，g2=20s，g3=25s。綠燈實際顯示時間Gi=gi-A+L，其中A代表時間延誤，取值5s，計算得出G1=25s，G2=20s，G3=25s，如圖6、圖7所示。

4 結語

（1）對交叉口的基本現狀進行了現場調查，并對調查的具體數據進行了詳細的分析。

（2）對交叉口存在的具體問題，如道路幾何現狀存在的問題，交通流現狀存在的問題進行了一一分析，并提出具體的解決措施。

（3）針對交叉口存在的諸多問題，設計了一套系統的改善方案。包括涂畫導流線解決直行車流在交叉口內行駛需調整方向；設置左轉待轉區，降低左轉與直行車輛發生碰撞的概率；信號配時由現狀的兩相位優化為三相位，并計算出優化后的交叉口高峰小時信號配時方案和平峰小時信號配時方案。

本文只是針對L縣老城區一具有代表性的單點信號控制交叉口進行了系統分析及提出了改善方案，而對于老城區多點信號控制交叉口的聯動及整個路網的協調控制將是下一步的主要研究內容。

圖4 交叉口渠化方案一示意

圖5 交叉口渠化方案二示意

圖6 渠化后高峰信號配時圖

圖7 渠化后平峰信號配時圖

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[3] 楊明,過秀成,於昊,湯祥,何小洲. 老城區交通特征、問題解析與改善對策初探[J].現代城市研究,2012,04:82-86.

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Research on Signal Optimization of Special Intersection Based on Old Street

(School of Traff i c and Transportation, Lanzhou Jiaotong University, Lanzhou Gansu ,China)
Meng shun Tao lang Shang Ran Cheng Hang Gao Tao He Tong Lin Xinyu

In order to solve the traff i c jam in the prefecture-level city and the county city, the paper analyzes the current traff i c characteristics and the outstanding problems of the old city, and takes the old city of L county as an example, carries on the fi eld investigation of the congested H intersection Data investigation.By analyzing the current situation and existing problems of H intersection, this paper puts forward the signal timing scheme to optimize the intersection at the intersection, which can alleviate the problem of traffic congestion in the old city of L county to a certain extent. It can be used as a reference for similar city-level and city-level congested intersection optimization research.

old town;traff i c congestion;signal timing;H intersections;traff i c delays

U491

A