信號控制交叉口物理渠化對通行能力的影響

丁柏群，鄒 慧

(東北林業(yè)大學(xué) 交通學(xué)院，哈爾濱 150040)

目前，我國大城市和特大城市的交通需求與交通供給之間的矛盾日益激化，交通擁堵情況也越來越嚴(yán)重。交叉口是城市道路交通的瓶頸，也是提高交通運(yùn)行效率的重點(diǎn)。在提高道路和交叉口通行能力、緩解交叉口擁擠問題的方法上，除了在交叉口設(shè)置信號燈等手段對交通進(jìn)行管理外，采用合理的物理渠化設(shè)計也具有很大的現(xiàn)實意義[1]。物理渠化設(shè)計的主要優(yōu)點(diǎn)為投資少、見效快、明顯提高道路交通效率。目前，渠化設(shè)計在城市道路特別是交叉口設(shè)計、建設(shè)和改造中已經(jīng)有了越來越多的體現(xiàn)；由于各城市交通特點(diǎn)的不同，使渠化設(shè)計及其效果有一定的差異性[2]。趙芳[3]針對城市平面交叉口渠化特點(diǎn)對其設(shè)計原則和基本方法進(jìn)行了探討。江穎[4]分析了左轉(zhuǎn)待行區(qū)的渠化方法，通過現(xiàn)場的實地調(diào)研，對左轉(zhuǎn)待行區(qū)車道的通行能力模型進(jìn)行修正，并結(jié)合具體算例和軟件輔助仿真，探討了設(shè)置左轉(zhuǎn)待行區(qū)對車道通行能力的影響。楊靜[5]對典型信號交叉口右轉(zhuǎn)車道的標(biāo)線渠化模式和物理渠化模式進(jìn)行適用性研究，通過右轉(zhuǎn)機(jī)動車受行人影響的沖突延誤指標(biāo)分析兩種設(shè)計模式下交叉口右轉(zhuǎn)車延誤。

哈爾濱市在近期的城市道路規(guī)劃與改造中，逐漸在條件允許的信號控制交叉口開始采用隔離柵、分離島等物理渠化方式分離交通流，使部分交通流如右轉(zhuǎn)車輛、調(diào)頭車輛無需經(jīng)過信號控制或不受直行、左轉(zhuǎn)車流阻塞；使用左轉(zhuǎn)彎等待線等標(biāo)線渠化方式使左轉(zhuǎn)車輛在直行車輛綠燈時間內(nèi)提前進(jìn)入交叉口。由于實體分離設(shè)施的介入，物理渠化的實施效果往往比標(biāo)線渠化更為有效。本文著重分析研究物理渠化對信號控制交叉口交通運(yùn)行和通行能力等方面的影響。

1 交叉口物理渠化

渠化是通過導(dǎo)流島與路面標(biāo)線相結(jié)合的方式，以分隔或控制沖突的車流，使之進(jìn)入一定的路線，從而滿足平面交叉的基本要求，目的是減少沖突或明確分開沖突，以控制交通流，調(diào)整沖突角度，減少不必要的路面鋪裝。經(jīng)過渠化設(shè)計的平面交叉在時間、空間上得到了充分地利用，提高了交叉口的通行能力并增進(jìn)了其安全性。

交叉口渠化可以規(guī)范車輛行駛、減少車流沖突、避免了車輛行駛時互相侵占車道或者干擾行車線路的不良駕駛行為、有效地保證行人和自行車的安全，以達(dá)到降低交通事故發(fā)生的可能性、提高道路交通安全性及通行能力的目的[6]。

物理渠化也稱交通分離，即通過適當(dāng)?shù)墓こ檀胧┙ㄔO(shè)，使道路上的各種交通形態(tài)和方式實現(xiàn)空間分離，車輛各行其道，達(dá)到對道路交通資源充分利用的目的，從而保障車輛及行人安全與出行暢通的一種交通流疏通引導(dǎo)辦法[7]。借助實體設(shè)施形成的物理渠化比標(biāo)線渠化具有更強(qiáng)的約束力和執(zhí)行力，可以更有效地規(guī)范車輛行駛路線、保障行人車輛安全，是快速高效出行必須的基礎(chǔ)性工作。此外，實體渠化島在具有控制車道寬度，控制車速，防止超車等渠化效果的同時，還具有行人過街安全島的功能[8]。

2 交叉口調(diào)查

2.1 交叉口位置與幾何平面布局

研究對象選取哈爾濱市征儀路—保健路交叉口。兩條道路均為城市主干道，交通流量很大。周邊分布有哈爾濱醫(yī)科大學(xué)、學(xué)府中學(xué)等6所高校和中小學(xué)，哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院等3所大型醫(yī)院，黑龍江省森林植物園、黑龍江測繪局、黑龍江省林業(yè)科學(xué)研究院、黑龍江省外運(yùn)機(jī)動車檢測站等單位，以及金博花園、大眾嘉園、大眾新城等眾多居民小區(qū)。有7條公交線路經(jīng)過該交叉口。

征儀路—保健路交叉口屬于十字形交叉口，采用信號控制，各方向入口均為7車道，其中2個左轉(zhuǎn)車道，4個直行車道，1個右轉(zhuǎn)車道；出口為4車道。對向行車道之間有綠化帶隔離，具體情況如圖1和圖2所示。

圖1 征儀路—保健路交叉口整體布局

圖2 征儀路—保健路交叉口進(jìn)口道幾何尺寸

2.2 信號配時方案的調(diào)查

交通信號控制方案由兩部分所決定：相位方案和配時方案。征儀路—保健路交叉口信號控制方案見表1。

表1 信號控制方案

2.3 交通流量調(diào)查

對征儀路—保健路交叉口交通量的調(diào)查結(jié)果見表2。

表2 交叉口交通量調(diào)查表 pcu

2.4 速度調(diào)查

對征儀路—保健路交叉口車輛運(yùn)行速度的調(diào)查結(jié)果見表3。車速采用雷達(dá)測速儀測量。

表3地點(diǎn)車速調(diào)查表km·h-1

Tab.3 Survey of spot speed at the intersection unit：km·h-1

進(jìn)口道周 期一二三四五六七八九十平均南入口右轉(zhuǎn)2828182225192625252223.8直行3332333435373836373334.8左轉(zhuǎn)2017181919202220212019.6回轉(zhuǎn)1717201819202221192119.4北入口右轉(zhuǎn)3536314441393433373236.2直行3139393937323440414137.3左轉(zhuǎn)3133323333312929313331.5回轉(zhuǎn)2728293128272826242827.6東入口右轉(zhuǎn)2726262926272730273027.5直行2933343129313031293331.0左轉(zhuǎn)3031293331322930283130.4回轉(zhuǎn)2931292423242423262225.5西入口右轉(zhuǎn)2827282329282829303128.1直行3031323329272629293029.6左轉(zhuǎn)2929293127333235333130.9回轉(zhuǎn)2927242724283028293127.7

3 仿真及討論

采用VISSIM仿真軟件，對哈爾濱市征儀路—保健路交叉口物理渠化前后的交通運(yùn)行狀況進(jìn)行了仿真分析，仿真模型如圖3和圖4所示，其輸出飽和流率值見表4。

圖3 渠化前征儀路—保健路交叉口的交通現(xiàn)狀仿真圖

圖4 渠化后征儀路—保健路交叉口的交通現(xiàn)狀仿真圖

表4 物理渠化前后交叉口飽和流率

車道組或進(jìn)口道的通行能力可表示為：

(1)

式中，Ci為車道組i或進(jìn)口道i的通行能力(pcu/h)；Si為車道組i或進(jìn)口道i的飽和流率(pcu/綠燈小時)；(g/c)i為車道組i或進(jìn)口道i的綠信比。

對于右轉(zhuǎn)車輛和回轉(zhuǎn)車輛，由于不受信號控制，其通行能力可表示為：

(2)

式中：Qa為主要道路上的交通量，pcu/h；Qb為次要道路上可能通過的車輛數(shù)，pcu/h；q為Qa/3600，pcu/s；t0為臨界間隙時間，s；t為次要道路上車輛跟馳的車頭時距，s。

經(jīng)計算，渠化后交叉口南北方向通行能力提高了25.6%，東西方向通行能力提高了35.1%，總通行能力提高了29.9%。可見渠化措施對交叉口通行能力的影響非常顯著。

物理渠化降低了交通影響較大、危險程度較高的沖突點(diǎn)的數(shù)量，對交叉口通行能力和交通安全均有積極作用。以東進(jìn)口為例：右轉(zhuǎn)彎渠化車道的設(shè)置使右轉(zhuǎn)車輛不受信號燈控制，除由南向北直行車輛進(jìn)入北出口時會受到部分合流影響外，基本不與其它方向交通流產(chǎn)生干擾，同時轉(zhuǎn)彎半徑增大，使合流點(diǎn)遠(yuǎn)離交叉口，合流角度減小，沖突趨向緩和，危險程度降低；左轉(zhuǎn)彎等待線規(guī)范了左轉(zhuǎn)車輛的行駛路徑，使左轉(zhuǎn)車輛進(jìn)入西出口道時，既不影響南進(jìn)口道回轉(zhuǎn)車輛的行駛，也不影響西進(jìn)口右轉(zhuǎn)車輛的行駛；對于回轉(zhuǎn)車輛，只有當(dāng)由西向東直行相位開放時，回轉(zhuǎn)車流與直行車流有部分合流，影響正常行駛，但是對于其它信號相位，回轉(zhuǎn)車輛無需等待信號燈，其它流向的車輛對回轉(zhuǎn)車輛的影響也很小。

此外，實體渠化設(shè)施對交通行為的約束力和執(zhí)行力更大，保障安全的能力也更強(qiáng)。

表5為物理渠化前后交叉口車輛排隊長度的仿真結(jié)果，可見渠化使各進(jìn)口道右轉(zhuǎn)和回轉(zhuǎn)車輛的排隊長度顯著降低，特別是在現(xiàn)有交通狀況下右轉(zhuǎn)車輛排隊現(xiàn)象完全消除。此外，左轉(zhuǎn)彎待轉(zhuǎn)區(qū)的設(shè)置使左轉(zhuǎn)車輛的等待時間有所降低，排隊長度下降了2.45 m，降低了14.4%，有效的緩解了左轉(zhuǎn)車道車輛的排隊溢出。

表6為交叉口交通延誤情況。采用物理渠化后，右轉(zhuǎn)車輛已經(jīng)基本上不再產(chǎn)生延誤；回轉(zhuǎn)車道的延誤也有明顯降低。根據(jù)HCM 2000分級標(biāo)準(zhǔn)[9-10]，渠化前該交叉口的道路服務(wù)水平為D級，渠化后服務(wù)水平上升到了C級。

表5 物理渠化前后交叉口車輛排隊長度

表6 物理渠化前后車輛延誤表

4 結(jié) 論

(1)哈爾濱市征儀路—保健路信號控制交叉口采用了右轉(zhuǎn)和回轉(zhuǎn)車道彎物理隔離、中央隔離帶端部后移、設(shè)置左轉(zhuǎn)彎待轉(zhuǎn)區(qū)等渠化措施，結(jié)合了時間分離與空間分離的優(yōu)勢，有效緩解了回轉(zhuǎn)車輛和右轉(zhuǎn)車輛與其它方向車流的沖突，降低了交叉、分流、合流的風(fēng)險。

(2)渠化后東西方向通行能力提高了35.1%，南北方向通行能力提高了25.6%，交叉口總通行能力提高了29.9%，效果十分顯著。

(3)仿真分析表明，渠化后右轉(zhuǎn)車輛的排隊長度降低了22.5 m，回轉(zhuǎn)車輛的排隊長度降低了9.8 m，降低了75.4%，左轉(zhuǎn)車輛的排隊長度降低了2.45 m，降低了7.4%；行車延誤降低達(dá)33.8%，服務(wù)水平由原來的D級提高到現(xiàn)在的C級。

【參 考 文 獻(xiàn)】

[1]徐 彥.城市信號交叉口交通流仿真研究[D].武漢：華中科技大學(xué)，2005.

[2]楊 波，劉海洲.城市交叉口渠化設(shè)計方法與評價——以成都市為例[J].道路交通與安全，2008，8(6)：39-43.

[3]趙 芳.城市道路交叉口渠化設(shè)計方法[J].工程建設(shè)與設(shè)計，2013(12)：147-149.

[4]江 穎.左轉(zhuǎn)待行區(qū)對信號交叉口通行能力的影響研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2013.

[5]楊 靜，史玉茜，楊曉光.典型信號交叉口右轉(zhuǎn)渠化島設(shè)計模式的適用性研究[J].交通與運(yùn)輸，2012，27(B12)：124-128.

[6]李志平.城市交通控制交叉口通行能力研究[D].西安：長安大學(xué)，2010.

[7]吳 兵，李 曄，楊佩昆，等.交通管理與控制第二版[M].北京：人民交通出版社，2009.

[8]付立家，黃葉娜，白 云.城市信號交叉口交通組織優(yōu)化設(shè)計方法[J].公路交通技術(shù)，2008(11)：119-121.

[9]美國交通研究委員會.道路通行能力手冊(HCM 2000)[M].北京：人民交通出版社，2007.

[10]巴興強(qiáng)，溫 文.基于SOA的黑龍江省交通信息平臺分析與設(shè)計[J].森林工程，2013，29(5)：92-93.