學府大道與宿州大道交叉口次路“左轉遠引設置”研究

鞏舜妹， 張啟貴， 段莉敏， 陳元元， 劉少婧

(宿州學院 資源與土木工程學院 安徽 宿州 234000)

在城市道路交通系統(tǒng)中，交叉口為多向交通流提供轉向功能，既是道路網(wǎng)節(jié)點，也是道路系統(tǒng)的“瓶頸點”。在交通流量較大的交叉路口，交通阻塞、交通事故頻發(fā)，嚴重降低了路口的運行效率，威脅著交通參與者的安全。為了提高車輛在道路交叉口的安全性與通行效率，諸多學者做了一定的研究。CARTER等[1]對城市交叉口的“左轉遠引設置”模式進行了研究，遠引設置可有效降低交通事故率；ZHAO等[2]通過對城市路段及交叉口歷史事故率的研究，確定了遠引設置的4種形式，提出了車輛遠引掉頭距離理論；WU等[3]從消除道路交叉口的沖突角度出發(fā)，提出了車輛“變相左轉”的新型交通組織方法；劉攀等[4]從駕駛員的駕駛行為角度出發(fā)，提出遠引設置可有效簡化駕駛行為，左轉遠引比直接左轉的延誤小；林培群等[5]研究了“變相左轉”與直接左轉2種交通組織的車輛延誤，挖掘了變相左轉前后行車的安全性；韓高峰等[6]研究了不同流量密度下左轉遠引對車輛行駛效率的影響，確定了遠引掉頭的具體形式。本文從提高交叉口的總體通行效率角度入手，運用VISSIM微觀交通仿真方法，明確并精細化左轉遠引掉頭的設置思路及設計方案，降低交叉路口的總體車輛延誤時間，節(jié)約經(jīng)濟成本。

1 現(xiàn)狀分析與組織方法革新

1.1 交通現(xiàn)狀分析

目前，平面交叉口遠引設置的研究尚處于初級階段，對于城市的新建區(qū)域而言，由市區(qū)延伸而形成的多車道城市道路多以直線交通為主，符合“左轉遠引掉頭”設計要解決的主要城市道路類型問題。以學府大道與宿州大道交叉口為例，宿州大道是貫穿宿州市東西方向的主干路，直行方向單車道的交通量平均達到了1 200輛/h，右轉方向單車道的交通量平均為96輛/h；學府大道是貫穿于大學城教育園區(qū)南北方向的主干路，直行方向單車道的交通量平均達到了900輛/h，右轉方向單車道的交通量平均為100輛/h。學府大道與宿州大道交叉口的平均交通量如表1所示。東進口與西進口的直行交通量最大，北進口的直行交通量相對最小。

表1 學府大道與宿州大道交叉口各個進口道直行和右轉交通量調(diào)查數(shù)據(jù) 單位：輛/h

1.2 交通組織方法革新

在減少信號相位數(shù)的同時，革新交通組織方法，引入道路平面交叉口主路與次路“左轉遠引設置”的理念。“左轉遠引設置”的提出，是繼交叉路口渠化、拓寬與優(yōu)化設計后的一次交通組織革新。引入道路平面交叉口主路與次路“左轉遠引設置”的理念，可有效減少信號交叉口的信號相位數(shù)，可使傳統(tǒng)的四相位交叉口轉變?yōu)樾滦偷亩辔唤徊婵冢鶕?jù)現(xiàn)場所調(diào)研的交通流數(shù)據(jù)，重新進行動態(tài)的信號配時，在時間維度和空間維度上賦予主線交通更多的通行時間，同時輔以“左轉遠引設置”專用的標志標線和動態(tài)化誘導標志牌，將原本的左轉交通流引入到直線交通上，進而對不同比例的左轉交通流的延誤時間進行仿真分析，以驗證新型交通組織方法的實用性。為了研究不同左轉車流量比例對直行交通流的影響，設置了左轉交通量占直行交通量的比例，如表2所示。

表2 左轉交通量占直行交通量的設置比例

由表1和表2的數(shù)據(jù)可知：隨著左轉車輛占直行交通量百分比的不斷提高，學府大道與宿州大道交叉口的交通流主要集中在南北直行和東西直行主線上，左轉交通流最大時，僅占東進口直行車流的25%；左轉交通流最小時，僅占北進口直行交通流的10%。在以直線交通為主的線路上，為了提高整個交叉口的通行效率，降低整體延誤，設置遠引掉頭模式意義重大。

2 左轉遠引掉頭設置思路及設計方案

2.1 設置思路

傳統(tǒng)的交通組織控制方式在一定范圍內(nèi)可以降低道路交通沖突點，較好地解決交通擁擠問題。但兩條相交道路流量相差甚遠時，依然采用傳統(tǒng)的四相位交通組織控制方法，不合理的時間與空間設置務必導致整個道路交叉口通行效率降低。此外，在右轉車輛不受信號燈限制的前提下，左轉車輛所遇到的合流沖突、分流沖突以及交叉沖突持續(xù)增多，大大降低了整個交叉口的通行效率。

在城市道路路段和交叉口的總體延誤中，車輛在交叉口的延誤占據(jù)了絕大部分。為了降低交叉口的總體延誤，利用公式計算出現(xiàn)狀交通組織下的交叉口車輛平均延誤，而后引出新型的交通組織方法，研究優(yōu)化后的車輛平均延誤，使得交叉口的通行能力最佳化。信號交叉口的機動車輛延誤計算公式：

(1)

式中：dij為i相位j進口道的機動車輛平均延誤；λi為信號交叉口i相位的綠信比；xij為i相位j進口道方向的飽和度；Pf是機動車輛平均延誤的修正系數(shù)；T為分析周期；K是取決于不同控制方案的修正系數(shù)；I是所研究交叉口上游處機動車輛過濾的修正系數(shù)；d0是機動車輛排隊的初始延誤。

2.2 設計方案

“左轉遠引掉頭”指的是次路車流要實現(xiàn)左轉，需要在交叉口先右轉，然后在路段上實行遠引掉頭，再直行通過交叉口。通過車輛遠引設置把交叉口的左轉沖突引到城市路段上來解決。學府大道與宿州大道交叉口次路左轉遠引示意圖如圖1所示。

圖1 學府大道與宿州大道交叉口次路左轉遠引示意圖

由圖1可知：次干路的南進口車流要實現(xiàn)左轉，需提前進入右轉的第2車道，從東出口的第2車道、第3車道或者第4車道駛離，在主干路的遠引設置開口處掉頭，最后直行通過交叉口，南進口的右轉第1車道專供右轉車流行駛，避免了左轉車流和右轉車流之間的合流沖突與分流沖突，由于右轉不受信號燈的控制，左轉遠引的成功設置極大地減少了交叉口的整體時間延誤，在次干路右轉交通流較小的情況下，南進口的第1車道和第2車道均可供左轉車流通行，很大程度上提高了交叉口的整體通行效率。“左轉遠引掉頭”是變相左轉的一種形式，它將原本按照信號燈行駛的左轉車流轉移至相鄰信號相位的直行車道上行駛，在以直線型為主的信號交叉口，減少了交通沖突點和信號相位數(shù)，節(jié)約經(jīng)濟成本，提升通行效率。

相比較于傳統(tǒng)的四相位信號控制交叉口，左轉遠引掉頭設置更適應于主路直行交通量較大的路口，將傳統(tǒng)的左轉車道渠化轉移，設置于相應方向的右轉車道和直行車道之間，即左轉車流實行“折彎式左轉”，當交通流大到一定程度時，可適時的在相鄰信號相位設置“折拐式信號燈”，與此相位的直行信號燈共用一個信號相位，以此實現(xiàn)主干路直行方向的綠色暢通。

3 案例分析

以宿州市學府大道與宿州大道交叉口為例，采用VISSIM交通微觀仿真軟件對傳統(tǒng)的信號控制方案和新型的信號控制方案所產(chǎn)生的信號延誤進行對比分析。在同等的交通量環(huán)境下，設置左轉交通流與直行交通流的比值為10%、15%、20%和25%進行仿真，延誤時間對比分析如圖2所示。

圖2 延誤時間對比分析圖

由圖2可知，新型的“左轉遠引設置”的車輛平均延誤時間遠低于傳統(tǒng)車輛行駛的平均延誤時間，當左轉交通流的比例占直行交通流的10%、15%和20%時，傳統(tǒng)交通組織方式的車輛平均延誤均為38.2 s,而新型的交通組織方式的平均車輛延誤分別為19.3 s、19.9 s和20.7 s，新型的“左轉遠引設置”減少了一半的延誤時間；當左轉交通流的比例占直行交通流的25%時，傳統(tǒng)的交通組織方式的車輛平均延誤為47.6 s,而新型的交通組織方式的車輛平均延誤為26.5 s，新型的“左轉遠引設置”又減少了將近一半的延誤時間。

4 結 語

從降低整個交叉口車輛整體延誤的角度出發(fā)，引入新型的“左轉遠引設置”優(yōu)化方法。當左轉車流占直行交通流的10%、15%、20%和25%時，設置左轉遠引可有效地提高整個交叉口的通行效率，減少信號相位數(shù)，降低車輛的平均延誤時間，表明次路左轉遠引的設置對道路交叉口交通流組織的優(yōu)化設計有較好的借鑒價值。