借BRT車道掉頭的交叉口渠化與信號(hào)控制優(yōu)化

王 振，高俊誠(chéng)，趙 霞，楊春霞

(太原科技大學(xué) 交通與物流學(xué)院，太原030024)

BRT是一種介于快速軌道交通與常規(guī)公交之間的新型公共客運(yùn)系統(tǒng)，具有容量大、速度快、經(jīng)濟(jì)、靈活等優(yōu)點(diǎn)。越來越多的城市選擇修建BRT來解決日益擁堵的交通問題。對(duì)BRT系統(tǒng)來說，為保障其快速性，理想狀態(tài)是將有BRT通過的交叉口都采用立交的形式修建，但受城市用地及其他限制，這種方式很難實(shí)現(xiàn)。因此，隨著BRT在城市交通的推廣和建設(shè)，如何對(duì)含有BRT車道的平面交叉口進(jìn)行管控也成為城市交通的實(shí)際問題和難題。

在不改變?cè)新肪W(wǎng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上充分開發(fā)現(xiàn)有車道的可變特性，提高交叉口時(shí)空資源利用率的研究是一種比較有效的解決交叉口擁堵的方法。美國(guó)通過對(duì)道路的車道功能的研究，率先提出可變車道的觀念并進(jìn)行實(shí)踐。此后，可變車道在國(guó)外被不斷完善。zhou等人[1-2]對(duì)可變車道劃分和信控方案進(jìn)行協(xié)同優(yōu)化，最大程度上提升車道的利用率，并明確的講述可變車道在道路上實(shí)施時(shí)的具體條件和配套的一些標(biāo)志等的設(shè)置。在國(guó)內(nèi)，基于可變車道的設(shè)置理念，河北省邯鄲市[3]首先提出借道左轉(zhuǎn)的概念。文獻(xiàn)[4-8]對(duì)具體的借道左轉(zhuǎn)在城市道路交叉口上組織適用條件及如何進(jìn)行車道的設(shè)置進(jìn)行詳細(xì)的闡述，對(duì)在設(shè)置有可變車道的城市交叉口的信號(hào)燈相位放行方案進(jìn)行研究；曾昕等人[9]考慮交叉口各流向之間的均衡化與直右車道的設(shè)置，以進(jìn)、出口道通行能力匹配等為約束，提出新的車道規(guī)劃建議；陳松[10]提出借對(duì)向出口道左轉(zhuǎn)適用條件，建立借對(duì)向出口道左轉(zhuǎn)交叉口的信號(hào)控制方案優(yōu)化模型；關(guān)昊天[11]以車輛最短時(shí)間通過交叉口為目標(biāo)，通過模型分析，給出一個(gè)借道左轉(zhuǎn)相對(duì)合適的開口位置。

文章基于借道左轉(zhuǎn)的設(shè)計(jì)思路，根據(jù)太原市平陽路與學(xué)府街交叉口的實(shí)際條件，在北進(jìn)口道內(nèi)側(cè)的BRT快速車道上加設(shè)可變車道，使其可以在設(shè)置的時(shí)間段允許車輛借BRT車道掉頭。并根據(jù)車流情況優(yōu)化該交叉口的相位放行方案，對(duì)優(yōu)化前后的交叉口利用Vissim仿真[12]軟件進(jìn)行仿真。以平均延誤，平均排隊(duì)長(zhǎng)度，平均停車時(shí)間等指標(biāo)對(duì)現(xiàn)狀與優(yōu)化后的交叉口進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1 道路及車流量設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

1.1 交叉口的幾何條件

研究節(jié)點(diǎn)為太原市小店區(qū)平陽路與學(xué)府街交叉口，為典型的十字交叉口。平陽路為南北走向的城市主干道，上面設(shè)有BRT快速公交車道。學(xué)府街是一條東西走向的次干道。2條道路連接城市南北，為該區(qū)域重要的交通轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)，人流量、車流量巨大。項(xiàng)目所研究的交叉口及附近道路所在城市的具體位置如圖1所示。

圖1 項(xiàng)目研究交叉口位置

1.2 交叉口的渠化及相位配時(shí)

該交叉口為典型的十字交叉口。其中南北方向是平陽路，東西方向是學(xué)府街，北進(jìn)口道為6車道，其余南北與東西方向進(jìn)出口道都為5車道。每條車道的寬度為3.5 m.車道的功能分配及信號(hào)燈設(shè)置情況如圖2所示。

圖2 交叉口渠化示意圖

根據(jù)實(shí)地調(diào)查，該交叉口配時(shí)方案為四相位配時(shí)，總周期時(shí)長(zhǎng)為160 s.具體的相位放行方案以及每個(gè)相位的時(shí)長(zhǎng)如圖3所示。

圖3 相位放行方案

1.3 交通量數(shù)據(jù)調(diào)查及存在問題分析

此次對(duì)交叉口調(diào)查選在早上(7:00～8:00)進(jìn)行調(diào)查，調(diào)查中發(fā)現(xiàn)此路段多為小轎車和公交車，將小轎車統(tǒng)計(jì)為小車，其余車輛統(tǒng)一統(tǒng)計(jì)為大車。以小轎車為標(biāo)準(zhǔn)車型。大車換算系數(shù)為2.25折算。通過調(diào)查，得到各流向小時(shí)交通量見表1.

表1 各流向小時(shí)交通量

通過實(shí)際的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)狀平陽路一學(xué)府街路口在早高峰時(shí)期，北進(jìn)口道車輛排隊(duì)現(xiàn)象比較明顯，有很多小轎車為了節(jié)省時(shí)間搶道，特別是在掉頭與左轉(zhuǎn)車道，車輛排隊(duì)秩序較為混亂，而且高峰時(shí)北進(jìn)口道掉頭及左轉(zhuǎn)車流量較大，掉頭與左轉(zhuǎn)車輛無法在綠燈通過時(shí)間內(nèi)通過，這樣就加大了北進(jìn)口左轉(zhuǎn)車道的車輛延誤。同時(shí)由于該交叉口周圍有商業(yè)中心，學(xué)校等交通吸引點(diǎn)，在早高峰時(shí)期此交叉口有比較多的行人(電動(dòng)車)，增大了交叉口在高峰時(shí)期的交通管理難度。

2 運(yùn)用借BRT車道掉頭的方法進(jìn)行優(yōu)化

2.1 借BRT車道掉頭基本內(nèi)容

2.1.1 借BRT車道掉頭的方法

借BRT車道掉頭實(shí)質(zhì)上是一種可變車道方案。它的主要原理均是擴(kuò)大進(jìn)口道掉頭車輛的通行空間。設(shè)置方法是當(dāng)交叉口進(jìn)口道設(shè)有BRT車道并且在BRT車道設(shè)置在最內(nèi)側(cè)時(shí)，將進(jìn)口BRT車道的靠近交叉口一段選取合適距離設(shè)置為借道區(qū)，在相鄰的外側(cè)車道適當(dāng)位置通過標(biāo)線開口，供掉頭車輛進(jìn)入借道掉頭區(qū)快速駛離路口，以提高掉頭車輛通行效率。這兩種設(shè)置方法本質(zhì)上是一種動(dòng)態(tài)的借道方案。在設(shè)置過程中，需在借道區(qū)的起點(diǎn)附近配套設(shè)置掉頭車輛進(jìn)入的信控裝置，聯(lián)合交叉口信號(hào)燈進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制，利用合理的時(shí)空關(guān)系，使排隊(duì)車輛能夠及時(shí)的進(jìn)入并且能夠快速的駛離借道區(qū)。既能緩解掉頭車道的交通壓力，也不會(huì)影響別的車道的車輛正常行駛。

2.1.2 借BRT車道掉頭設(shè)置條件

(1)高峰期路口掉頭及左轉(zhuǎn)車流量大，經(jīng)常造成交通擁堵的路口。

(2)進(jìn)口道須有BRT車道，可以用來設(shè)置可變車道。

(3)在需要設(shè)置借道掉頭的快速公交車道上，設(shè)計(jì)專門的標(biāo)志標(biāo)線，標(biāo)出車借道車進(jìn)出口，還需在借道進(jìn)口的側(cè)面或者周圍設(shè)置醒目的標(biāo)志，盡可能使其可以配合交叉口的信號(hào)燈，達(dá)到最佳引導(dǎo)效果。同時(shí)適當(dāng)調(diào)整相位相序，設(shè)置借道掉頭的專用相位。

(4)借道區(qū)距離設(shè)置應(yīng)根據(jù)規(guī)范，避免借道掉頭區(qū)對(duì)BRT車流產(chǎn)生較大影響，同時(shí)減少在設(shè)置動(dòng)態(tài)借道掉頭時(shí)路段的清空時(shí)間。

2.2 優(yōu)化方案

2.2.1 渠化交通優(yōu)化方案

鑒于北進(jìn)口高峰時(shí)期掉頭及左轉(zhuǎn)不能及時(shí)通過交叉口而造成交通擁堵的情況，渠化主要針對(duì)北進(jìn)口進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。具體措施通過如下方式：路口北進(jìn)口由里往外第二條車道掉頭車輛借用右側(cè)北往南方向快速公交車道行駛，可變車道設(shè)置長(zhǎng)度在60 m左右，其他進(jìn)口道保持不變。具體渠化交通優(yōu)化方案如圖4所示。

圖4 優(yōu)化后渠化示意圖

2.2.2 信號(hào)控制優(yōu)化方案

(1)首先，在此交叉口北進(jìn)口道加一組掉頭的信號(hào)燈5D，如圖4中所示。然后，在快速公交車道上的借道掉頭區(qū)入口處設(shè)立一個(gè)單獨(dú)的信號(hào)燈，快速公交車輛按照信號(hào)燈顯示在燈紅時(shí)停在借道掉頭區(qū)入口處，當(dāng)變?yōu)榫G燈時(shí)，可進(jìn)入“可變車道”后盡量快速通過，勿做停留，具體設(shè)置方法如圖5所示。

圖5 BRT車輛按照專用信號(hào)燈指示行駛

(2)北進(jìn)口道需要掉頭的車輛可靠左行駛至掉頭專用的車道或者根據(jù)提示進(jìn)入借道掉頭車道。司機(jī)可根據(jù)電子動(dòng)態(tài)提示標(biāo)志觀察：當(dāng)電子標(biāo)志變?yōu)榫G色并且有“借道掉頭”字樣時(shí)，需要掉頭車輛可快速進(jìn)入“可變車道”準(zhǔn)備掉頭；當(dāng)標(biāo)志變?yōu)榧t色并且有“禁止借道”字樣時(shí)，則不允許掉頭車輛進(jìn)入“可變車道”掉頭，只能行駛至掉頭專用車道等候，此時(shí)，快速公交車駛?cè)肟勺冘嚨揽焖偻ㄟ^。需注意，掉頭車輛應(yīng)盡量快速駛離借道掉頭區(qū)。具體如圖6，圖7所示。

圖6 顯示屏綠色，可進(jìn)入“可變車道”借道掉頭

圖7 顯示屏紅色，不可進(jìn)入“可變車道”

(3)針對(duì)在實(shí)地調(diào)查中特別是在早晚高峰時(shí)期的北進(jìn)口左轉(zhuǎn)排隊(duì)車輛較多，阻擋了掉頭車輛通過交叉口。針對(duì)此問題重新設(shè)計(jì)了相位放行方案，增加一個(gè)北進(jìn)口左轉(zhuǎn)掉頭的專用相位，而且考慮了掉頭車輛駛離可變車道的時(shí)間，保障快速公交有充足的綠燈時(shí)間通過交叉口。如圖8所示。

圖8 優(yōu)化后相位放行方案

相位1：南北直行，5D早切段7 s，5D燈在開始時(shí)結(jié)束，顯示屏顯示禁止借道。

相位2：北口單放，3D燈相位開始時(shí)結(jié)束。2D，5D燈遲啟動(dòng)5 s，顯示屏顯示借道掉頭。

相位3：南北方向的左轉(zhuǎn)和掉頭，此時(shí)可變車道口顯示屏為綠色。

3 交叉口改善方案評(píng)價(jià)

在對(duì)交叉口運(yùn)用借BRT車道掉頭的方法進(jìn)行改善之后，分別把現(xiàn)狀與改善方案用vissim進(jìn)行仿真，然后導(dǎo)出幾種主要數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，對(duì)比分析結(jié)果見表2.

表2 優(yōu)化前后各參數(shù)對(duì)比

從表2中可以看出，實(shí)施新方案后北進(jìn)口直行的車均停車時(shí)間下降了10 s，降低了30%.同時(shí)延誤也有明顯的下降，服務(wù)水平由E上漲到C；北進(jìn)口左轉(zhuǎn)的車均延誤由59.5 s下降到44.3 s，下降了26%，車均停車時(shí)間更是下降了13 s；掉頭車輛的車均延誤下降9.6 s，車均停車時(shí)間由40.5 s下降到29.7 s，下降了27%，服務(wù)水平也是由E上升到D.同時(shí)，北進(jìn)口的左轉(zhuǎn)和掉頭車道平均排隊(duì)長(zhǎng)度由48.5 m下降到28.7 m，下降了42%，下降比較明顯。

4 結(jié)論

本文選取太原市一典型十字交叉口為例子，在此交叉口北進(jìn)口道采用借BRT車道掉頭的優(yōu)化方法，對(duì)原有的相位放行方案重新設(shè)計(jì)，增加一個(gè)相位，但總周期卻縮短10 s.并在北進(jìn)口道設(shè)置可變車道，增設(shè)信號(hào)燈，指示牌等相關(guān)的信號(hào)指示標(biāo)志。最后通過交通仿真軟件對(duì)現(xiàn)狀與優(yōu)化方案的模擬，結(jié)果發(fā)現(xiàn)此交叉口北進(jìn)口道車均排隊(duì)長(zhǎng)度，車均停車時(shí)間等指標(biāo)有較為明顯的改善，而且直行和掉頭的服務(wù)水平由E上升為D.

此借道掉頭的方法能夠在一定程度上緩解帶有BRT車道的交叉口擁堵情況，是解決BRT與普通車輛在交叉口時(shí)空優(yōu)先權(quán)的一種有效手段。但是目前BRT在國(guó)內(nèi)大多城市還沒有普及，很多城市沒有設(shè)計(jì)快速公交線路，所以此方法在局限性和適用性方面有待改進(jìn)。