山地城市復雜路口交通組織優(yōu)化研究

劉權富，陸百川，鄧 捷，張 凱

（1.重慶交通大學 交通運輸學院，重慶 400074；2.重慶山地城市交通系統(tǒng)與安全實驗室，重慶400074）

交通組織優(yōu)化是指通過在空間和時間上科學合理地分配道路資源，將交叉口的交通效益最大化。信號交叉口的交通組織優(yōu)化主要由渠化設計和信號配時優(yōu)化組成，渠化設計反應車道對道路的空間使用權，即各行其道的原則，配時優(yōu)化反應車道對道路的時間使用權，即遵守交通信號的原則。渠化設計決定配時設計，同時又受配時設計的制約，需要將渠化設計與配時設計結合，反復協(xié)調優(yōu)化，以發(fā)揮交叉口的最大潛力。近年來，國內外專家學者在關于交叉口的交通組織優(yōu)化方面做了大量研究，但多集中于十字交叉口、丁字交叉口、環(huán)形交叉口的交通組織優(yōu)化，而對復雜路口的研究則缺乏案例分析和規(guī)律性研究。本文從復雜路口的特征分析開始對復雜路口的交通組織優(yōu)化進行研究，并以重慶市某復雜路口的實例對其進行分析應用。

1 山地城市復雜路口特征分析

重慶市是典型的山地城市，主城被長江和嘉陵江分隔，地勢高低起伏，道路狹窄，車道數(shù)少，城市組團特征明顯。道路起伏坡度大，蜿蜒曲折，存在大量的復雜路口，大量的交通集中在城市主干道和快速路上，交通行為比較特殊。

1.1 幾何特征

重慶市主城區(qū)道路形態(tài)受地理條件的限制，道路交叉口具有明顯的山地特色，存在大量的多路口交叉口、X形交叉口、畸形交叉口等復雜路口，如大溪溝交叉口、南坪西路交叉口等；同時存在交叉口坡度較大等在平原城市少見的復雜路口，如馬家?guī)r交叉口、凱旋路與新華路交叉口等；有的交叉口相交道路是曲線，如臨江門交叉口等。這些類型的復雜路口在山地城市較普遍，具有一定的代表性。

1.2 交通運行特征

山地城市道路蜿蜒曲折，路幅較窄，自行車不宜出行，在各種交通出行方式中，可以忽略自行車的出行。居民的短距離出行中，步行比例占總出行方式的50%以上，交通流受行人的干擾大。調查顯示，公共交通出行方式約占出行比例的33.4%，公交出行的比例較大，同時公交線路比較集中，部分路段公交車的比例達到30%以上，大量的公交線路集中在主干道上。

由于城市的組團式結構，大量的城市機動車交通量集中在主干道上，主干道上的交通量大于道路通行能力，導致主干道交通擁堵；城市的多個商業(yè)中心，采用單向交通組織，緩解商業(yè)中心交通量大的問題。

1.3 交通管理特征

山地城市道路交叉口由于受到用地的限制，多數(shù)進口道沒有進行車道劃分、拓寬渠化，在主干道與支路相交的部分交叉口多采用右進右出的交通管理方式。在交通管理過程中，缺乏對特殊路口的針對性管理，大都采用宏觀層面上的統(tǒng)一管理模式，交通參與者的交通行為無法有效約束。部分交叉口的交通標線模糊，駕駛員不按照車道功能劃分行駛，隨意變換車道，隨意路邊停車，在交通量不大的路口，行人不遵守交通規(guī)則等現(xiàn)象屢禁不止，闖紅燈現(xiàn)象嚴重。

2 復雜路口交通組織優(yōu)化

2.1 交通組織優(yōu)化概念及分類

道路交通組織優(yōu)化是利用科學合理的交通管理方法與措施，通過在空間和時間上科學合理的分配道路資源，提高道路通行能力和交通參與者的安全性，使道路交通始終處于高效、有序、安全的運行狀態(tài)。道路交通組織按照其范圍分為宏觀交通組織、區(qū)域交通組織、微觀交通組織。宏觀交通組織多是從總體調控和政策上進行控制，如經(jīng)濟調控、公交優(yōu)先政策、機動車保有量的控制等；區(qū)域交通組織主要是針對主干道、重點區(qū)域的交通組織，如干道協(xié)調控制等；微觀交通組織主要是針對單點交叉口的交通組織，如渠化設計、信號配時設計等。本文闡述的復雜路口交通組織屬于微觀交通組織。

2.2 復雜路口交通組織優(yōu)化流程

復雜路口交通組織優(yōu)化步驟一般可按圖1所示流程進行。

圖1 復雜路口交通組織優(yōu)化流程

2.3 復雜路口交通組織優(yōu)化方法

復雜路口交通組織優(yōu)化的原則：與城市總體規(guī)劃、城市綜合交通規(guī)劃相協(xié)調；盡量減少不同車流之間的沖突，減少行人與機動車之間的干擾，保證交通流運行安全，提高道路通行效率，滿足交通需求；渠化設計與信號配時優(yōu)化協(xié)調等。

1）合理的交通渠化。應結合山地城市復雜路口的幾何特征來進行合理的交通組織優(yōu)化，例如，設置導流線、導流島等設施疏導車流，誘導車輛安全行駛；拓寬車道提高路口的通行能力；規(guī)范行人與車輛的行駛秩序，在保證交通流運行安全和提高通行能力的前提下，盡量減少交叉口的沖突點數(shù)目。

2）改變復雜路口的形式。結合復雜路口實際情況可以通過改變交通流相交角度或局部調整交叉口中心線等方式，將部分復雜路口改變成相對規(guī)則的十字形路口。

3）縮小復雜路口的面積。針對復雜路口的具體情況，可以采取將進口停車線、行人過街人行橫道提前的方式，減小交叉口的面積，以利于交通組織。

4）信號配時優(yōu)化。根據(jù)渠化后的車道功能、交通流沖突特點、結合實際車輛運行情況確定信號相位相序，并根據(jù)各流向的交通流量進行驗算確定合理的信號配時方案。同時，在主干道的情況下，可以考慮多個相鄰路口之間的協(xié)調控制。

2.4 優(yōu)化方案仿真分析

在進行復雜路口交通組織優(yōu)化方案后，借助先進的交通仿真軟件模擬改善方案的交通運行情況，并通過仿真得到的評價指標進行分析。

目前，微觀交通仿真軟件數(shù)量眾多，既有商業(yè)化的，也有學術研究的。英國Quadstone公司開發(fā)的Paramics軟件，德國PTV公司開發(fā)的VISSIM軟件，美國Trafficware公司開發(fā)的Synchro系統(tǒng)，澳大利亞的SIDRAINTERSECTION軟件等等。

在眾多微軟交通仿真軟件中，SIDRAINTERSECTION是一款面對交叉口交通設計和分析研究的交通仿真軟件。SIDRAINTERSECTION可以確定造成交叉口交通擁擠的原因，模擬各種交通管理和控制措施對交叉口的影響效果，可獲得各種類型交叉口的通行能力、延誤、排隊長度和停車率，以及油耗、污染指數(shù)等評價參數(shù)，分析不同的渠化設計、信號相位和配時方案對交叉口時間和空間資源的利用，還可根據(jù)交通量的增長，分析設計方案的有效期等功能。

3 案例分析

3.1 復雜路口現(xiàn)狀及問題分析

該復雜路口位于商業(yè)中心附近，由北區(qū)路、中華路、臨江路交叉而成；該路口處于市中心地帶，機動車流量巨大；北區(qū)路存在一定的坡度，且與臨江西路夾角較小，公交車較多，交通組織困難；該路口有行人過街地下通道，信號配時只考慮機動車，不需考慮行人過街的影響。該交叉口現(xiàn)狀如圖2所示。通過交通調查獲得交叉口高峰時間段的最高15min流量換算出的高峰小時交通量，如圖3所示。

目前，該交叉口采用三相位定時信號控制，周期時長138s，各相位全紅時間1s，黃燈時間3s，第一相位時間（包括黃燈和全紅時間，下同）48s，第二相位54s，第三相位36s，現(xiàn)狀相位方案如圖4所示。

圖4 現(xiàn)狀相位方案

應用SIDRAINTERSECTION軟件對該路口現(xiàn)狀進行仿真分析，得到該路口的平均延誤為117.6s，服務水平為F級，如圖5所示。

通過現(xiàn)場調查及仿真結果分析，該路口存在的問題有：①北區(qū)路和臨江東路兩個進口道的服務水平偏低，車輛經(jīng)常滯留在下一周期放行，平均延誤時間高于其他路口，該進口道交通運行效率偏低；②北區(qū)路左轉車道渠化為3車道，直行車道卻只有1車道，而北區(qū)路左轉和直行車流量相差并不大，導致直行車道飽和度、延誤時間大大高于左轉車道，車道功能劃分不合理；③整個交叉口信號配時周期過長，且部分相位設計不太合理，如臨江東路車流量很大，而現(xiàn)狀相位配時較短，降低了通行能力；④部分交通標志標線模糊，影響駕駛員視線，降低了交叉口的通行能力。

圖5 現(xiàn)狀信號配時仿真結果

在交通組織優(yōu)化時，北區(qū)路考慮將一條左轉車道改為直行車道；臨江東路交通流量較大，由于受空間的限制，不可能采用增加車道的方法來提高該進口道的通行能力，因此，在交通組織優(yōu)化的時候要從信號相位配時方案考慮，增加進口道信號相位的時長，提高通行能力。

3.2 復雜路口交通組織優(yōu)化及仿真分析

針對現(xiàn)狀問題對其進行交通組織優(yōu)化，北區(qū)路一條左轉車道改為直行車道；臨江東路受道路空間限制，不可能拓展進口車道，采取增加信號相位時長的方法提高通行能力；重新進行相位方案及配時優(yōu)化，優(yōu)化后的信號相位方案如圖6所示。

圖6 優(yōu)化后信號相位方案

經(jīng)過SIDRAINTERSECTION優(yōu)化，得到該路口的周期時長為90s，第一相位Phase A為29s，第二相位Phase B為31s，第三相位Phase C為30s，優(yōu)化后的各評價指標見圖7。

從圖7可知，運用SIDRAINTERSECTION仿真軟件對該復雜路口仿真優(yōu)化后，交叉口的平均延誤由原來的117.6s減小到36.4s，服務水平由原來的F級上升到D級，且接近C級，各進口道的平均延誤較均衡，交叉口的交通通行狀況得到較大的改善，達到優(yōu)化的目的。

同時，利用SIDRAINTERSECTION仿真軟件，模擬出當交通量增長到一定比例時，該復雜路口的各項評價指標，如圖8所示。由圖8可知，當交通量增長到120%時，整個交叉口的最大飽和度接近于1，交通量增長到150%時，整個交叉口的最大飽和度接近于1.3。由此可以看出，該交通組織優(yōu)化方案能在一定時間內適用。

圖7 優(yōu)化后信號配時仿真結果

圖8 交通量增長后延誤、飽和度變化趨勢

4 結束語

復雜路口的交通組織優(yōu)化對于解決城市日益嚴重的交通擁堵問題，提高復雜路口的通行效率和安全性具有重要的意義。從分析復雜路口的特征出發(fā)，提出復雜路口交通組織優(yōu)化流程和方法，并以重慶市某復雜路口為例，提出交通組織優(yōu)化方案，利用交通仿真軟件對交通組織優(yōu)化方案進行仿真分析，結果表明，對復雜路口進行交通渠化、信號配時結合的交通組織優(yōu)化方案可以明顯改善交通運行狀況，提高交叉口的運行效率，而且簡單、實用。

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