左轉(zhuǎn)待行區(qū)對信號交叉口通行能力影響研究

張琦暉

摘 要：交叉口處由于左轉(zhuǎn)車流需要跨越多個車道運(yùn)行，是影響通行效率的主要因素。由于車輛在交叉口處因頻繁減速停車再起步等動作，引起車輛排隊，長時間將形成交通擁堵，造成能源的浪費(fèi)與環(huán)境的污染。因此，如何管理交叉口處來自各個方向車流之間的關(guān)系，是提升城市平面信號交叉口服務(wù)水平的主要研究內(nèi)容，通過對左轉(zhuǎn)交通流的特性進(jìn)與待行區(qū)進(jìn)行研究，結(jié)合VISSIM仿真軟件實(shí)例分析得出，設(shè)置左轉(zhuǎn)待行區(qū)能夠有效降低平均延誤、提升左轉(zhuǎn)車通行能力。

關(guān)鍵詞：信號交叉口;左轉(zhuǎn)待行區(qū);通行能力;交通仿真

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，越來越多的人們選擇購買汽車作為私人交通工具，這也使得私家車數(shù)量有了很大提升。造成城市擁堵的原因有很多，如交通事故、道路施工、惡劣天氣、大型活動等等、交通基礎(chǔ)設(shè)施存在缺陷等。建設(shè)合理的城市道路網(wǎng)、努力提高城市公共交通發(fā)展水平、控制城市小汽車數(shù)量、減少交通事故、處理好不同交通設(shè)施之間的矛盾關(guān)系以及交叉口信號相位問題等等，是目前亟待解決的問題。

1 研究綜述

交通流理論是道路通行能力研究的主要來源。國外對此研究比較深入，在仿真模型方面，HCM模型的準(zhǔn)確度在世界范圍內(nèi)較高，因此國外在計算道路通行能力的方法上還是重點(diǎn)于參考HCM模型[1]。中國的道路條件混雜，道路類型多，國內(nèi)交通方向的學(xué)者通過學(xué)習(xí)國外相關(guān)知識，結(jié)合本國實(shí)際情況，主要提出了以下幾種算法：停車線法[2]，研究直行車道設(shè)計通行能力來推導(dǎo)其他不同種類車道的設(shè)計通行能力。通過從每一條車道到每一個進(jìn)口道的方式計算，交叉口周期時長小于等于180 s是計算交叉口處設(shè)計通行能力的前提條件;沖突點(diǎn)法[3]，計算通行能力的基本點(diǎn)在交叉口內(nèi)部的沖突點(diǎn)。其主要用于兩相位的信號交叉口。

2 交通流特性研究

2.1 平面交叉口左轉(zhuǎn)車流分析

平面交叉口中左轉(zhuǎn)車流可分為以下三種情況：①設(shè)有左轉(zhuǎn)專用車道，設(shè)有左轉(zhuǎn)專用相位;②設(shè)有左轉(zhuǎn)專用車道，不設(shè)左轉(zhuǎn)專用相位;③不設(shè)左轉(zhuǎn)專用車道，不設(shè)左轉(zhuǎn)專用相位。左轉(zhuǎn)車流的運(yùn)行方式，根據(jù)交叉口有無左轉(zhuǎn)專用相位，又可分為保護(hù)型和許可型。

信號交叉口的左轉(zhuǎn)車流，由于行駛方向與其他方向的車輛不同，車流路徑會產(chǎn)生交叉，使得車輛之間產(chǎn)生幾種性質(zhì)不同的交叉點(diǎn)：在交叉口處左轉(zhuǎn)車流與直行車流分開，形成分流點(diǎn);左轉(zhuǎn)車流與對向直行車流路徑交叉，產(chǎn)生沖突點(diǎn);左轉(zhuǎn)車流通過交叉口后，與縱向直行車流匯合，形成合流點(diǎn)。

2.2 左轉(zhuǎn)待行區(qū)交通流分析

左轉(zhuǎn)待行區(qū)實(shí)際上將左轉(zhuǎn)車道進(jìn)行了延長[4]。待行區(qū)設(shè)置在左轉(zhuǎn)車道的正前方以方便左轉(zhuǎn)車輛駛?cè)?，特殊情況下會根據(jù)交叉口的平面布局實(shí)際情況選擇矩形或弧形待行區(qū)。但設(shè)置左轉(zhuǎn)待行區(qū)的前提是需要有左轉(zhuǎn)相位。當(dāng)同向直行相位亮起綠燈時，左轉(zhuǎn)車輛可駛?cè)氪袇^(qū)等待;當(dāng)下一相位左轉(zhuǎn)綠燈啟亮?xí)r，車輛即可駛出。左轉(zhuǎn)信號燈綠燈結(jié)束時，左轉(zhuǎn)車輛需停至停車線前，等待下一周期同向直行相位綠燈開啟再駛?cè)搿４诵袨榕c無左轉(zhuǎn)待行區(qū)時的左轉(zhuǎn)車流運(yùn)行沒有多少區(qū)別，只是所有的待轉(zhuǎn)車輛多進(jìn)行了一次起步和停車動作。

3 交叉口VISSIM仿真實(shí)驗(yàn)

3.1 建立仿真平臺

（1）建立路網(wǎng)，根據(jù)底圖中交叉口幾何要素，在仿真軟件中畫出交叉口。

（2）車流量加載與交通流參數(shù)調(diào)整。加載車流量，車流量由交叉口實(shí)際采集數(shù)據(jù)得到。為了保證仿真精度，根據(jù)在交叉口現(xiàn)場調(diào)查的車速分布數(shù)據(jù)、行人過街步速等，對VISSIM軟件中原有的車速分布進(jìn)行調(diào)整。

（3）路徑?jīng)Q策與沖突區(qū)設(shè)置。由于該交叉口渠化的原因，需要利用鼠標(biāo)拖動，調(diào)整渠化路段中的路徑?jīng)Q策，保證仿真效果的真實(shí)程度。在四相位方案下不存在沖突區(qū)，但要在合流點(diǎn)處設(shè)置讓行規(guī)則，避免兩股車流在合流處相互碰撞。

（4）在VISSIM軟件中的左轉(zhuǎn)待行區(qū)的設(shè)置方法。由于VISSIM仿真軟件不能直接地模擬車輛利用左轉(zhuǎn)待行區(qū)完成左轉(zhuǎn)這一過程，需要對條件的等價轉(zhuǎn)換后才能在仿真軟件中產(chǎn)生“左轉(zhuǎn)待行區(qū)”。需要將車輛的左轉(zhuǎn)過程分解為兩個階段：車輛在第一階段時駛?cè)氪D(zhuǎn)區(qū)進(jìn)行等待、車輛在第二階段時通過左轉(zhuǎn)待行區(qū)，完成左轉(zhuǎn)。在VISSIM仿真軟件中，軟件本身的邏輯結(jié)構(gòu)只能是車輛根據(jù)信號燈的顏色來選擇通過或停止，這樣也只能完成一個階段的車輛運(yùn)行情況。所以采用“虛擬相位”這一方法，來模擬出車輛在有左轉(zhuǎn)待行區(qū)的情況下完成左轉(zhuǎn)。其中，將虛擬相位的信號燈就放置在原有左轉(zhuǎn)車道的停車線前，左轉(zhuǎn)相位的信號燈放置在左轉(zhuǎn)待行區(qū)停車線前，通過這樣的布設(shè)方式，就能完成在VISSIM仿真中達(dá)到左轉(zhuǎn)待行區(qū)的目的了。關(guān)于虛擬相位的時間設(shè)置，如圖2所示。

3.2 有無左轉(zhuǎn)待行區(qū)條件下對通行能力的影響分析

根據(jù)仿真數(shù)據(jù)得知，當(dāng)未設(shè)置左轉(zhuǎn)待行區(qū)及使用原有信號配時的條件下，10 min內(nèi)交通量為677 pcu，平均延誤時間為33.1 s，平均排隊長度為18.4 m;當(dāng)設(shè)置左轉(zhuǎn)待行區(qū)、使用新設(shè)計的信號配時，10 min內(nèi)交通量控制不變的條件下交叉口車輛平均延誤時間為27.0 s，平均排隊長度為13.8 m。對比分析得知，設(shè)置左轉(zhuǎn)待行區(qū)以及重新設(shè)計信號相位配時后，交叉口處平均延誤時間減少6.1 s，效率提高18%，排隊長度減少4.6 m，效率提高25%。在通行能力方面，當(dāng)設(shè)置左轉(zhuǎn)待行區(qū)以及重新設(shè)計信號相位配時后，0 min內(nèi)交通量為816 pcu;兩者比較可以得知通行能力提升9.5%。

4 結(jié)論

通過對各項數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，明顯發(fā)現(xiàn)：當(dāng)設(shè)置了左轉(zhuǎn)待行區(qū)后交叉口的交通狀況得到了明顯的改善，各路口處的排隊長度縮短;同時可以很明顯的看到，左轉(zhuǎn)待行區(qū)對應(yīng)車道的延誤時間減小很多，其交通狀況也得到了極大的改善。本次研究左轉(zhuǎn)待行區(qū)僅僅是一個開始，如在對實(shí)地調(diào)查中如果有更加詳細(xì)的車輛數(shù)據(jù)，會使研究工作更加細(xì)致準(zhǔn)確，以及在實(shí)際情況下由于設(shè)置了左轉(zhuǎn)待行區(qū)，左轉(zhuǎn)相位的綠燈時長計算方式應(yīng)與原公式不同，設(shè)計左轉(zhuǎn)相位時間長度理論上比原有的相位時長要短，這些變量的取值問題還需做更深入的研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]Yang Zhao，Liu Pan，Chen Yuguang，et al.Can Left-turn Waiting Areas Improve the Capacity of Left-turn Lanes at Signalized Intersections[J].Procedia-Social and Behavioral Sciences.2012（43）：192-200.

[2]王波.城市道路交叉口交通組織與信號控制策略研究[D].吉林大學(xué)，2005.

[3]羅榮鋒.城市道路信號交叉口左轉(zhuǎn)交通流的組織方法研究[D].長安大學(xué).2010.

[4]宗二凱.城市道路信號交叉口左轉(zhuǎn)車道通行能力研究[D].北京工業(yè)大學(xué)，2012.