基于移位左轉設計的T型交叉口通行能力分析

中圖分類號：U491 文獻標志碼：ADOI： 10.13714/j.cnki.1002-3100.2025.15.015

Abstract： Displaced left-turn （DLT） represents the most efficacious and pioneering intersection design， resolving the conflict between left turns and opposite straight traffic. In this paper，the design of T-shaped intersections based on displaced left-turn is implemented，and the optimization model of intersection parameters is established to minimize the average vehicle delayattheintersection. Theoperational performance of the T-shaped intersection based on the displaced left-turn design isverified through VISSIM simulation. The resultsindicatethattheaveragevehicledelayofthe T-intersectionbased onthe displacedleft-turn design is significantly reduced，and the intersection performance is substantially enhanced. The sensitivity test of the T-shaped displacedleft-turn intersection isdesigned to analyze its optimal application scenario.

Key words： traffic engineering; displaced left-turn; T-shaped intersection;VISSIM

0引言

現階段的城市交通特點是：城市交通基礎設施接近飽和狀態，不易拓建，難以滿足日益增長的交通需求。在道路網中，左轉車流作為制約交叉口通行能力的最大短板，對交叉口沖突、延誤、事故以及信號配時的復雜性都有重大影響。故解決交叉口的沖突、擁堵問題的重中之重便是減少左轉車流與其他方向車流的沖突。因此，更為新穎的非常規交叉口交通組織——移位左轉被提了出來，其通過將左轉車道渠化轉移，重組道路斷面，來實現相對方向直行和左轉同時放行，規避左轉車流對其他方向交通流的沖突干擾，從而減少信號相位提升整個路口通行效率。目前國內已有多例十字型移位左轉交叉口在深圳市啟用。

移位左轉的概念最早于1987年由 Mier et al.2提出。因其獨有的組織方式，如何最大限度發揮其疏散交通、提升交叉口性能成為首要研究目標[3-4]。

羅丹丹等基于車流波動理論研究了交叉口適宜設置借道左轉車道的車流量臨界條件。蔣賢才等將移位左轉交叉口改進，并提出一個移位左轉交叉口設計要點計算模型。安實等探討了平行流交叉口主預信號協調控制策略，有效解決了平行流交叉口多次停車的問題。宋浪等8預設16種交叉口布設方案，并融入優化模型中，以實現集口設置方案選擇、車道分配和信號配時的組合優化。巨金鵬等在T型交叉口上采用了移位左轉設計，并確定移位左轉的車道長度。王旭等構建了T型移位左轉交叉口信號控制模型，并驗證了其對交叉口內延誤的降低具有顯著效果。潘福全等則在移位左轉交叉口的模型搭建中考慮非機動車過街的通行效率。

目前的研究表明移位左轉設計均聚焦于十字型交叉口的挖掘與提升上，對于城市路網同樣普遍的T字型交叉口的研究較少。本文創新性地將移位左轉設計應用于T字型交叉口，針對交叉口幾何布局和信號配時展開優化。旨在為T字型交叉口的移位左轉設計的普遍性應用找到參考和依據。

1T型交叉口基于移位左轉設計

如圖1所示的傳統T型交叉口，其完成所有車流的放行通常需要3個相位，基于移位左轉設計后的T型交叉口（見圖2），僅需2個相位即可實現交叉口內所有車流的放行。相位相序對比見圖3，通過移位重組交叉口斷面，增設次級交叉口，可利用北進口左轉車流通行時的空置時間實現西進口左轉車流的預存，待下一相位全部放行，如此利用時間差規避左轉與其他車流的沖突，直接縮短了信號周期長度，加快了交叉口內的車流通過效率。

圖1傳統T型交叉口

圖2T字型移位左轉設計示意圖

圖3相位相序對比

（b）基于移位左轉的 T 型交叉口相位相序

2T型交叉口基于移位左轉設計

2.1目標函數

以最小化交叉口的總車均延誤為優化目標，目標函數如公式（1）所示：

式中： d^sub 為次級交叉口的車輛延誤； d_i^main 為主信號相位 i 的車輛延誤， i=1，2 分別表示東、西進口主交叉口放行與北進口左轉； q^sub 為次級交叉口的車流量； q_i^main 為主信號相位 i 的車流量。

2.2約束條件

由于移位左轉設計的特殊性將交叉口重構成主、次級交叉口，因此需要分別對移位左轉交叉口車道幾何布局與主、級次交叉口信號做約束討論。

2.2.1 車道布局約束

移位左轉各車道長度的確定對于其性能影響不容忽視。考慮到現實交通網絡中的車流時常存在重交通流方向（即交通流方向上的非對稱性），因此對于移位左轉布局設計是需要基于交通流在方向上的非對稱性分別展開設計。式 （2）表示左轉彎車道l₁ 和過渡段 l₂ 需要滿足入口左轉車輛的最大到達隊列長度。式（3）表示過渡路段 l₂ 須滿足左轉車輛的轉向需求。式（4）表示左轉車輛儲存段的長度的設置需要兼顧其車道功能的發揮與行車安全，當左轉車輛的數量達到最大時，左轉車輛儲存車道 l₃ 的長度要滿足左轉車輛到達數最大時的排隊需求。同時，由于道路空間資源的限制，為了不影響上下游交叉口的正常使用，如式（5）所示，需要對各車道長度進行一定的限制，車道長度關系如圖2所示。

l₁+l₂+l₃?l

其中： Q_wl 為西進口的左轉交通量 （pcu/h） ； h_s 為左轉排隊車輛的車頭間距 τ（m） ： m_wl 為西進口的左轉車道數； n 為一個小時內的交叉口信號周期個數； S_wl 為西進口左轉車道的飽和流率； r 為車輛的最小轉彎半徑 τ（m） ; w_l 為單條機動車道的寬度 τ（m） ：w_c 為雙黃線或中央分隔帶的寬度 τ（m） ; k 為單個信號周期內左轉車輛到達的非均勻系數。通常情況下，其取值范圍為1.5～2；l為相鄰交叉口之間的合理上限值。

2.2.2 主交叉口信號約束

移位左轉主交叉口仍保留傳統基本交叉口形態，因此需要對其信號相位作一般約束，以保障行人與非機動車的過街安全。因此主信號一般約束需滿足式 （6）和式（7）：

其中： c 為信號周期時長； T_?L 為信號損失時間； g_i 為主信號第 i 相位的綠燈時長； 、 g_i^max 分別表示各相位最短、最大綠燈時長。

2.2.3 次級交叉口信號約束

為了確保車輛進行左轉預存的時候不影響其他方向車流使用進口，預信號開啟和關閉時刻均需要在前一相位車流隊尾安全通過并駛離交叉口后。因此，為使車輛盡可能低啟停次數地駛離交叉口，同時確保左轉車輛能夠在其他相位車流占用 l₂ 前駛入移位左轉車道 l₁ ，次級交叉口預信號需滿足式（8）至式（11）。

圖4信號配時方案

其中： g_sub 為次級交叉口綠燈時長； Δt_star 為預相位的綠燈開啟時間差； Δt_close 為預相位的綠燈關閉時間差； t_leave 為主干道直行車流越過停止線駛入出口道的時間； v_leave 為主干道直行車流從進口道駛離的速度，信號配時方案如圖4所示。

3案例分析

3.1基礎設計

為了驗證所構建模型的性能，選取市甘洪路-人園路交叉口基于移位左轉設計，按圖2方案對其重新優化，并在VISSIM軟件中構建基于移位左轉設計的交叉口及現狀仿真模型，通過仿真試驗以評估改進優化后T字型移位左轉交叉口的性能。

表1現狀流量表

交叉口基礎流量見表1，信號相位見圖3（a），信號周期時長為134s，各相位時長分別為41s、 39s 、45s，各相位間的黃燈時長為3s；基于移位左轉設計的T型交叉口各相位如圖3（b）所示，信號周期時長 C=60s ，各綠燈時長 g₁=36s ， g₂=18s ，g_sub=15s ， Δt_star=7s ！ Δt_close=5s ，各相位間的黃燈時長為 3s 。

考慮到軟件仿真需要一定的交通量加載時間，仿真數據收集的起始時間設置為 100s ，并在所有參數相同的情況下運行仿真10次，以確保所采集數據的準確性。在VISSIM仿真軟件中分別搭建上述路網模型并載入對應交叉口數據，利用節點評價法收集交叉口性能指標數據如表2和表3所示。

表2T型交叉口現狀性能分析

表3基于移位左轉設計的T型交叉口性能分析

3.2結果分析

對比表2和表3可以看出，基于移位左轉設計后的T型交叉口各方向車流性能指標均有明顯提升，西進口因移位左轉的設置，左轉車流需在次級交叉口排隊等候左轉，因此西進口左轉的停車次數相較現狀有一定程度增加。

基于移位左轉設計后的T型交叉口優化效益對比如圖5所示。因所選交叉口的右轉車流均不受相位控制，受移位左轉優化的增益并不顯著，故不做詳盡分析。

由圖5可知，交叉口設置移位左轉后，交叉口整體性能均獲得大幅度提升，得益于移位左轉組織簡化交叉口信號方案，直接縮短信號周期，使得單位時間內通過交叉口的頻率增加，因此，原本受制于長信號等待的北進口左轉車流得以釋放；同時因移位左轉合理轉移左轉車流與對向直行車流間的沖突，西進口設置移位左轉后，對于有大量直行車流的東進口通行效率的提升是顯而易見的；西進口直行現狀采用搭接相位，該方向周期內的綠燈放行時長長達 80s ，占總放行時間的 64% ，因此移位左轉對該方向的提升收益并不顯著。

由數據表明此方法大大降低了交叉口的延誤與排隊長度，但是停車次數這一指標僅有小幅度優化，收益甚小。

3.3 敏感性分析

為了探究T字型移位左轉交叉口的最佳使用場景，確保東、西方向進口道車流量之和以及直行、右轉車流間比例不變，調整交叉口西進口左轉車流的比率區間為 5%～40% 。由圖6可以知，移位左轉車流從 5% 逐漸增加至 20% 時，移位左轉車均延誤呈現較為穩定的態勢，當占比超過 25% 時，移位左轉車均延誤有較大增加，并有向交叉口蔓延的趨勢，直至占比達 30% 后，交叉口車均延誤增加至平穩趨勢；當左轉車流占比超過 25% 后，該向左轉及交叉口車均延誤驟增，之后車均延誤趨于穩定，此時仿真軟件中移位左轉車輛無法正常通行，擁堵持續蔓延至整個交叉口。由此可見，移位左轉的優勢是在一定程度上犧牲左轉車流以換取交叉口整體大范圍的性能提升。

圖5基于移位左轉設計后的交叉口性能比較

4結束語

本文考慮到城市路網中普遍存在的T型交叉口，旨在提高非常規交叉口設計對不同類型交叉口的普遍適用性，充分挖掘交叉口的潛在性能。以交叉口的車道布局、信號配時為綜合考量，構造了基于移位左轉設計的T型交叉口，在VISSIM軟件中分別搭建現狀與基于移位左轉優化后的T型交叉口路網模型，獲取交叉口性能評價指標并對比驗證移位左轉設計對T型交叉口的性能提升潛力。最后在此基礎上進行了敏感性試驗，探討了移位左轉設計在T型交叉口上的適用性。本文對于移位左轉交叉口信號協調控制模型的目標選取較為單一，移位左轉布局類型的組合亦不夠多樣，未來將從多目標優化視角下協調控制信號配時方案，更全面地提升移位左轉設計在T型交叉口中的優化性能。

圖6左轉比例對移位左轉交叉口影響

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