十字路口通行方案改良研究

焦 昂 楊運強

（中國地質大學（北京），北京 100083）

1 問題假設

考慮路口交通狀況復雜，為便于問題的分析，進行相關假設：通過每條道路車流量穩定，即不考慮早晚高峰、每日限行、季節影響等外界因素；默認所有（直行+左轉）綠燈均允許右轉；所有通過路口的車輛長度、通行速度相同，即每輛車通過路口所用時間相同；假設每輛車通過路口后，去往各個道路的可能性相同。

本文將車輛作為主要研究對象，同側道路的行人同時時間，視為與車輛綠燈時間相同。

2 問題分析

十字路口如圖1所示。

圖1 十字路口

由圖1可知，路口為南北走向為主干道、東西走向為一般道路的十字路口，東側道路將分流為快速公路入口和另一從快速公路正下方通行的支路。

2.1 十字路口主干道

本路口由南北方向的主干道和東西方向的一般道路交匯形成。主干道①和③車流量大、一般道路②和④車流量小。對此，將主干道①、③兩側分別設立兩組（直行、左轉）三盞（紅、黃、藍）紅綠燈，共計四組指示燈。考慮主干道車流量較大，適當增加綠燈時間，減少紅燈時間。

2.2 西側一般道路

西側路口②連接一般道路，其車流量較少，在其對側設立一組紅綠燈同時控制道路直行和左轉。由于其車流量較少，適當縮短綠燈時間，相應延長紅燈時間。

2.3 東側一般道路

東側路口④連接一般道路，但不同于普通一般道路。其道路后半段將分支為快速公路入口和支路兩條道路，快速公路入口處車流量較多。此處視其為單向進入，不設出口。支路車流量少于一般道路，考慮車流量時，④道路總車流量應介于主干道和一般道路之間，但由于快速公路入口為單向駛入，雙向行駛的車流量小于一般道路，在其對側設立紅綠燈時，將其綠燈時間調整為4個道路中最短時長，將其紅燈時間設為4個道路中最長的時長。

3 問題求解

3.1 參考對照

西環南路路口為南北方向主干道的十字路口，與北京市通州區的西環南路十字路口情況相似，將其作為實際應用參考，進行簡單對比，如圖2所示。

圖2 西環南路（主干道）十字路口

以西環南路為主干道的十字路口，與本研究的路口情況較為相似。二者的組成部分均為南北向主干道匯流東西向一般道路形成十字路口，東西兩側為一般道路，車流量少于主干道。在實際生活中，位于通州區的西環南路的南北向主干道與京滬高速出入口相連，主干道部分車流量較大。主干道部分通過兩組三盞的指示燈進行交通指揮，其中一組綠燈時間較長，用于指揮主干道直行車輛；另一組綠燈時間較短，用于指揮車輛左轉進入兩條支路。兩側的一般道路車流量較少，均采用一組三盞的紅綠燈，同時指揮左轉和直行。

按照我國相關規定，左拐車輛應避讓直行車輛。主干道對于左轉和直行采用兩組信號燈分別控制的方式，有效避免了左轉車輛和直行車輛的沖突。但兩側的一般道路車流量少，均采用一組紅綠燈，同時對直行和左轉車輛進行放行。漷馬路和永昌南路上車輛左轉過程中遇到對側直行車輛時，左轉車輛需要避讓對側直行車輛，在道路中央進行短暫停留，可能導致通行時間不足，被迫停在路中間造成交通擁堵。這一現象在早晚高峰時段較為明顯，極大地增加了道路的擁堵程度和道路的交通事故發生率。

3.2 通行方案設計

針對上述左轉、直行相互沖突的問題，采取將兩條對側的一般道路分別放行的方式，進行了紅綠燈的優化設計，總流程如圖3所示。

圖3 十字路口交通流程

十字路口的交通流程分為四步：南北主干道車輛直行，其余均為紅燈等候放行；南北主干道車輛左轉，其余均為紅燈等候放行；西側一般道路車輛直行+左轉，其余均為紅燈等候放行；東側一般道路車輛直行+左轉，其余均為紅燈等候放行。將東西兩條一般道路設定為單獨通行的交通方案，有效避免了直行車輛和對側左轉車輛相撞的可能性。

車輛相撞情況如圖4所示。

圖4 車輛相撞示意圖

3.3 通行時間設計

十字路口由主干道和一般道路組成，將其通行車流量作為設定通行時間的主要依據。根據2017年天津市發布的數據，不同類型道路之間車流量總體呈現快速路＞主干道＞次干道＞支路的趨勢，且每小時的平均車流量之比約為3.57∶1.65∶1.00∶0.61。南北方向為主干道；西側路段②為一般道路，這里將其視為次干道分析；東側路段④連接一快速公路入口和一支路，但快速公路入口并非雙行，為單向駛入，分析十字路口流動的車流量時，將這一部分忽略。

根據上述車流量關系，為方便計算，將各路段車流量之比簡化為3.5∶1.5∶1.0∶0.6，根據上述所得數據，繪制車流量分析圖。

西環南路作為路口的實際應用參考，主干道直行交通燈每周期中，各顏色的信號燈所占時間為綠燈48 s、黃燈2 s、紅燈50 s。主干道左轉交通信號燈為左轉綠燈30 s、左轉黃燈2 s、紅燈68 s。東西兩支路的紅綠燈均為一組，且各顏色信號燈所占時間為綠燈30 s、黃燈2 s、紅燈68 s。

十字路口車流量分析如圖5所示。

圖5 十字路口車流量分析

查找資料可知，交通信號燈的時長從20～90 s不等，且一般通行時間不低于20 s。設信號燈時長的計算公式為：

式中：t0——不隨車流量變化的固定時間，即下限時間，此處將其定義為20 s；At1——隨車流量變化的時間量；A——車流量參數，采用相對分析。將At1的上限時長定義為30 s，即保證Ti總小于50 s。根據數據顯示的車流量比值關系，將主干道At1部分定義為上限值30 s，通過各部分車流量比值關系，可優化設計后的通行性能。

4 評價與改進

通過對實際生活中的相似路口進行觀察對比，發現實際中存在的問題，通過優化設計方案解決了該問題，使其應對復雜路況時，能夠減少交通事故、緩解高峰時的擁堵情況。

設計通行時長時，參考相關論文和現實物體，使得經過假設后的運算結果更偏向實際生活，增加了運算結果的可靠性。但對側輔路進行單獨放行的試驗方案會使實際生活中每個路口等待時間增長，可能導致通行效率降低。

5 結語

綜上所述，文章基于實際路況提出問題假設，設計針對性解決方案，不斷提升交通通行效率，方便人們的正常出行，減少交通安全事故，為相關設計人員提供參考。