十字型交叉口遠引左轉設置方法及通行能力研究Research on the Setting Method and Traffic Capacity of the Left Turn at the Cross-shaped Intersection

紀超　楊春霞　李夢龍

摘? 要：針對左轉交通流對于十字型交叉口車輛通行產生重大影響這一現象，文章提出十字型交叉口遠引左轉的設置方法及適用條件，從而提高交叉口通行效率及行車安全。通過分析十字型交叉口遠引渠化的重要幾何參數，構建了遠引左轉交通流的排隊長度模型、掉頭開口位置計算模型及開口大小與中央分隔帶的設置，分析了十字型交叉口遠引渠化后的通行能力計算方法。以太原市杏花嶺區的一個十字型交叉口作為研究對象，分析結果表明一定條件下，十字型平面交叉口主干道左轉遠引設置可以減少交叉口延誤和停車次數，提高交叉口通行能力，最后利用Vissim仿真證明以上方法是有效的。

關鍵詞：遠引左轉；渠化；十字型交叉口；通行能力

中圖分類號：U491? ? 文獻標志碼：A? ? DOI：10.13714/j.cnki.1002-3100.2023.13.015

Abstract： In view of the phenomenon that the left-turn traffic flow has a great influence on the traffic at the intersection， this paper puts forward the setting method and applicable conditions of the far-off left turn at the intersection， so as to improve the traffic efficiency and driving safety at the intersection. By analyzing the important geometric parameters of the long-distance channelization of the cross intersection， the queue length model of the long-distance left-turn traffic flow， the calculation model of the U-turn opening position， the opening size and the setting of the central separation zone are constructed， and the calculation method of the capacity after the long-distance channelization of the cross intersection is analyzed. Taking a cross intersection in Xinghualing District， Taiyuan City as the research object， the analysis results show that under certain conditions， the setting of the left turn of the main road of the cross intersection can reduce the delay and parking times of the intersection and improve the traffic capacity of the intersection. Finally， Vissim simulation proves that the above methods are effective.

Key words： turn left far; channelization; cross-shaped intersection; capacity

0? 引? 言

交叉口被認為是路網的重要組成部分，其中怎樣提高道路安全，減少交通延誤，一直是交通工程領域所研究的重點問題[1]。根據近幾年國外學者研究發現，在交叉口路段中央設置U型轉彎的設計措施，能有效地降低交叉口的交通沖突[2-4]，其中Distefano N等[5]提出了一種適用于窄綠化帶的掉頭車道設計方法，即在對向車道最外側設置掉頭港灣。Alexander[6]考慮了遠引交叉口主要交通流和次要交通流的車頭時距和滯后等特征，給出了遠引交叉口通行能力的計算方法。Ronghan[7]為了尋找中央分隔帶開口的最優位置，建立了基于SLU車道通行能力的單目標優化模型。而國內對遠引交叉口的理論研究相對較少，主要有：王宇軒[8]對專用相位左轉與遠引掉頭左轉這兩種左轉交通組織方式的車輛行駛特性進行研究，并通過實例進行Vissim效果評估。最后得出，在該交叉口情況下，使用遠引掉頭可以顯著減低車輛延誤，改善交叉口的運行效率，但在遠引掉頭左轉中，并未考慮到車輛轉換車道所造成的延誤。

目前，國內對遠引交叉口的理論研究相對較少，主要存在以下幾個問題：（1）對遠引交叉口相應的關鍵幾何參數研究不夠深入。（2）缺少對遠引交叉口整體運行效果的評價。

本文重點研究了十字型交叉口左轉車流利用遠引掉頭進行交通組織的方法，并就十字型交叉口遠引左轉的設置方法，遠引渠化的重要幾何參數特性進行了分析，建立了通行能力的數學計算模型，并以一個具體的實例進行現狀與渠化后的Vissim仿真。

1? 十字型交叉口遠引左轉交通組織分析

1.1? 遠引方式

由于常規措施無法永久解決交通擁堵的問題，本文提出了一種新的交通組織方案，即通過一系列信號的協調，在下游中央隔離帶尋找合適的位置設置開口，使左轉交通流在開口處回轉以實現間接左轉。圖1、圖2分別為主干道與次干道車流左轉遠引示例圖。

1.2? 十字型交叉口實施左轉遠引的適用條件

十字型交叉口設置左轉遠引的方法可以降低交叉口的交通流沖突，提高交叉口的運行安全性。然而，為了使遠引后的交叉口能夠實現最佳的交通組織效果，則需要滿足一定的前提條件。

1.2.1? 道路系統條件

考慮到實施遠引左轉的交通組織措施從根本上來說是將該交叉口的交通流轉移到其它路段，會對其他路段的車流量造成影響。經研究發現，棋盤式路網比較適合實施遠引左轉交通組織，而自由式及線條式路網則相對困難。

1.2.2? 路段條件

實施遠引左轉是需要一定條件的，左轉車輛繞行的距離需要適中。如果繞行距離過長，延誤就會增加，就與提高通行效率的目的相違背。如果繞行距離過短，駕駛員無法在短時間內完成遠引左轉的運行過程。另外，對信號交叉口的信號配時進行合理調整。中央分隔帶開口處應設置好標志標線，指示駕駛員順利通行。

2? 十字型交叉口遠引幾何參數分析

遠引左轉交通流的排隊長度、遠引掉頭開口與交叉口之間的距離和開口的大小等都是重要幾何參數，直接影響了十字型交叉口遠引左轉設置的合理性和運行效果，下面將逐一分析和推導。

2.1? 遠引左轉交通流的排隊長度

2.2? 遠引掉頭開口與交叉口之間的距離

2.3? 遠引掉頭開口大小

遠引掉頭開口大小也是影響遠引左轉的因素之一，其開口形式、半徑和通道寬度應確保左轉車輛能夠順利掉頭。

2.3.1? 開口形式的選擇

本文采用了專用左轉車道加單向掉頭的開口形式，如圖5所示，專用左轉車道可以有效地將直行車流與左轉車流分離開來，并且在掉頭車輛無法安全插入對向車道的情況下將部分排隊車輛安全等待在專用左轉車道上，有效地緩解了交通擁堵。

2.3.2? 開口半徑的計算

開口半徑與掉頭車輛的尺寸大小和轉彎半徑有關。參考《城市道路工程設計規范》[11]可知車輛的設計尺寸如表1所示，以及車輛在開口處掉頭的行駛軌跡如圖6所示。

2.3.3? 通道寬度的計算

遠引左轉車輛在中央分隔帶開口處需要足夠的空間掉頭。從理論上可知，在開口處掉頭回轉的車輛行駛軌跡近似為半圓弧形[12]。所以有：

2.4? 中央分隔帶的設置

2.4.1? 中央分隔帶的類型

在我國，中央分隔帶是主要的交通安全設施之一，在城市一般公路和高速公路上被普遍使用。中央分隔帶可以保護行人；更重要的是，中央分隔帶的開口還可以起限制或者引導機動車轉向的功能。本文所探討的遠引交叉口采用的是綠化帶這種形式，這種形式可以最安全得將對向車流進行分離。

2.4.2? 中央分隔帶的寬度

在遠引平面交叉口中，中央分隔帶除了考慮設置必要的標志標牌以及左轉車道的空間以外，還需要考慮對中央分隔帶寬度的要求。中央分隔帶的寬度為內側車道邊沿間的距離，如圖8所示。

3? 遠引渠化后交叉口通行能力計算方法

4? 實例仿真

本文以太原市杏花嶺區一個交叉路口為例進行分析。該交叉口東西向為主干道，南北向為次干道。道路幾何條件以及高峰小時交通流量如圖9和表2所示。

根據現場調查的數據分析，該交叉路口為三相位信號控制，具體配時方案如圖10所示。根據前文的分析，當將主干道和次干道的左轉車輛遠引到交叉路口上游時，該交叉路口變為兩相位信號控制，用Webster法重新配時，得到一個新的配時方案如圖11所示。

主干道直行車輛的運行速度取50km/h。根據第二章相關公式可求得十字型交叉口遠引掉頭開口與交叉口之間的距離L取363m。根據公式（6）可求得交叉口開口處的理論平均排隊長度約為4.2，取5輛車的長度，即L=34m。

根據以上結果，對交叉路口進行遠引渠化，在距離交叉路口363米的地方設置遠引掉頭開口，排隊長度為34m，開口半徑取10m，通道寬度取6m。采用上文建立的十字型交叉口遠引左轉通行能力計算模型，計算出遠引之后交叉口的整體通行能力。另外，把現狀與渠化方案用Vissim進行仿真（如圖12所示），分別得到兩種交通組織方法的各項指標如表3所示。

由表3可知，相比較于原有的方案，交叉口實施遠引左轉的交通組織方法后，交叉口周期時長減小，由原來的144s下降到了80s；平均延誤也有明顯的下降，由原來的46.63s下降到了26.84s；交叉路口的平均停車次數相對下降較小，降低了12.5%；而平均排隊長度和通行能力都有明顯的改善，一個降低了38%，一個提高了46%。

5? 結? 論

本文研究了十字型交叉口主干道遠引左轉的交通組織方式，以及遠引掉頭開口與交叉口之間的距離、遠引左轉交通流的排隊長度、開口位置大小的計算方法和中央分隔帶的設置方法；根據上述基礎內容，又深入研究了交叉口實施遠引左轉后通行能力的計算方法。通過模擬分析，驗證了在一定條件下采用遠引左轉交通組織方法比常規的交通組織方法具有更高的運行效率，并且可以有效提高交叉路口的通行能力。

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