城市道路交叉口右轉交通空間設計要素相關關系分析

吳昊，江劍英，謝林華

(珠海市規(guī)劃設計研究院，廣東 珠海 519000)

長期以來，國內外學者對左轉交通空間設計的研究非常重視，而忽視了右轉。實際觀察可見，在未設置右轉專用相位情形下，信控交叉口右轉車輛與行人和非機動車的沖突十分明顯。其原因主要有：① 從相關法律法規(guī)來看，根據(jù)中國《道路交通管理條例》規(guī)定，右轉車輛遇到紅燈和黃燈時若不妨礙被放行車輛和行人的通行，可以通行。《道路交通安全法》規(guī)定，在獲得通行權的相位里，人行橫道上的行人其通行權高于機動車，但長期以來形成的“車不讓人”的駕駛習慣很難在短時間內改變，可以預計右轉機動車與行人之間的沖突仍將長期大量存在；② 右轉交通的混合特征亦大大增加了交叉口右轉機動車與非機動車交互的復雜性；③ 從右轉車輛微觀交通運行特征來看，右轉車流在交叉口處于兩種狀態(tài)，一種是減速右轉，另一種是啟動右轉，均會與分、匯流車流產(chǎn)生較大的速度差，顯著增加車輛之間產(chǎn)生交通沖突的概率。

為此，該文通過分析右轉車流與交叉口渠化、其他交通參與者之間的關系,及其對交叉口通行能力的影響和交通沖突產(chǎn)生機制進行歸納總結,并以實地調研的方式，使用描述性統(tǒng)計方法、方差分析以及多元回歸分析法，對右轉交通設計要素之間的耦合作用進行系統(tǒng)分析,探索交叉口右轉彎車速與各影響因素之間的數(shù)量依存關系，為城市道路交叉口的規(guī)劃、改造及精細化設計提供科學的依據(jù)。

1 右轉交通運行狀況影響因素

在城市規(guī)劃設計體系中，交通設計承接和協(xié)調城市和交通規(guī)劃，指導交通基礎設施建設(圖1)。宏觀的城市交通規(guī)劃側重于根據(jù)城市發(fā)展需求從整體上把握交通設施網(wǎng)絡的布局，精細化交通設計則是系統(tǒng)性地解決中微觀層面交通問題的重要手段。精細化交通設計要求統(tǒng)籌交通環(huán)境各類設計要素，從交通的實際參與者角度出發(fā)，平等地考慮交通的各類參與者。

圖1 城市道路系統(tǒng)規(guī)劃設計流程簡圖

城市道路交叉口右轉交通環(huán)境中各要素的交互具有較高的復雜性，而交通空間設計權衡的關鍵是通行能力和交通沖突，下文對右轉交通空間設計與交叉口通行能力之間的耦合關系以及交通沖突的產(chǎn)生機制、影響因素等進行簡要的歸納總結。

1.1 通行能力

美國通行能力手冊(HCM)中將右轉車對車道組飽和流率的影響以車道組基本飽和流率與右轉車校正系數(shù)相乘的形式表達，加拿大《信號控制交叉口通行能力導則(第3版)》修正系數(shù)包括：左右轉彎半徑、停車、行人影響、綠燈時長、左右轉專用車道等，其中轉彎半徑對飽和流量的影響直接用修正系數(shù)來表達，以轉彎半徑基準值為15 m，小于15 m時進行修正。

目前應用比較廣泛的是CJJ 37—90《城市道路設計規(guī)范》給出的方法，該方法根據(jù)直行車道通行能力、有無右轉車道以及轉向車輛比例等確定交叉口通行能力；而停車線法中右轉車道通行能力的計算考慮車型比例以及有無過街行人等因素的影響；沖突點法在計算交叉口通行能力的過程中加計右轉專用車道的右轉車實際到達數(shù)。有學者對右轉彎半徑與飽和流率之間的相關性進行分析，結果表明右轉彎半徑與飽和流率之間存在明顯正相關。文獻[7]探究右轉彎速度與轉彎半徑之間的關系，結果表明二者存在正相關關系。

1.2 交通安全

不同流向交通流之間的相互干擾產(chǎn)生沖突，交通沖突未經(jīng)妥善處理就會轉化為交通事故，蒙納斯大學事故研究中心、英國交通研究實驗室以及部分學者對車速以及車速離散性與交通事故之間的關系進行了研究，結果表明平均車速與車速之間的差值越大，則交通流運行越不穩(wěn)定，事故率越高。

文獻[10]考慮交通流接受間隙以及車輛跟馳行為，并建立右轉機動車穿越非機動車的微觀行為模型，以揭示右轉機動車與非機動車的干擾機理；文獻[11]研究發(fā)現(xiàn)非機動車面對小型車進行“加速超車”的可能性是面對大型車時的2倍，由此可見，右轉機動車的車型亦對沖突交通流的行為表現(xiàn)有影響，不同車型對右轉彎線形提出不同要求，中國城市典型信號交叉口設計中，在有右轉專用道的情況下通常存在兩種渠化方式(圖2)，分別是劃線渠化道和實體渠化道，兩種渠化設計方式在機動車通行效率、行人過街安全以及土地利用等方面各有利弊，最大的不同在于對行人過街的處理。有研究表明：行人在結伴通行或者專用右轉進口道且在行人綠燈初期過街等情形下發(fā)生沖突的可能性更大。

圖2 兩種常見的右轉渠化方式及機非人沖突示意圖

也有學者結合工效學的相關概念進行研究，結果表明：車速以及駕駛員盲區(qū)是導致交通沖突和事故的兩個主要原因。影響車輛轉彎軌跡的主要因素包括交叉口幾何條件、車輛及駕駛員自身因素，以及其他交通參與者的干擾等。

由此可見，右轉交通的運行狀況不僅與交通參與者及其微觀行為有關，而且受交叉口渠化方式、信控模式等因素的影響。從通行效率以及交通安全性兩個角度出發(fā)，右轉交通設計中往往需要仔細考量右轉彎速度，以及右轉彎速度與轉彎半徑、人非參與者等影響因素之間的關系。為實現(xiàn)交叉口交通系統(tǒng)高效率高安全性運行的目標，需要同時考慮的影響因素包括轉彎空間以及參與主體，而轉彎空間規(guī)劃設計具有更強的可操作性，如轉彎線形等。

2 右轉彎線形確定方法綜述

實際的右轉交通規(guī)劃設計工作的局限性在于未平等考慮右轉交通環(huán)境中的各類參與者，且處于定性考量階段而無可靠的定量依據(jù)作為支撐。該節(jié)以右轉彎線形之轉彎半徑的確定方法為例對其存在的問題進行分析，并對右轉彎線形國內外相關規(guī)范規(guī)定進行簡要歸納。

2.1 路緣石轉彎半徑建模方法

CJJ 37—2012《城市道路工程設計規(guī)范》中要求道路交叉口設計應符合現(xiàn)行行業(yè)標準CJJ 152—2010《城市道路交叉口設計規(guī)程》的規(guī)定，CJJ 152—2010中規(guī)定了路緣石轉彎半徑的確定方法，計算公式為：R=V2/127(μ+i)。其中：R為路緣石轉彎半徑(m)；V為道路設計速度(km/h)；μ為橫向力系數(shù)；i為路面橫坡度。該模型的建立考慮的是轉彎空間要素，忽略了車型以及道路等級適應性。

2.2 各國關于右轉彎線形的規(guī)定

(1)美國：根據(jù)車輛車速≤15 km/h時的轉彎軌跡確定最小轉彎半徑，提供了與不同轉彎角度、車型等相對應的最小轉彎半徑，針對不同類型公路提出了推薦的轉彎半徑，曲線半徑取9 m可滿足小客車轉彎要求。

(2)中國：JTG D20—2017《公路路線設計規(guī)范》中規(guī)定鞍式列車在不同轉彎速度條件下的路面內緣最小半徑，非渠化平面交叉口轉彎空間設計主要考慮載重汽車，轉彎路面內緣圓曲線半徑可取15 m。

(3)德國：明確提出9類右轉彎線形以及選取轉彎線形時應考慮的因素，并對常規(guī)和受限條件下不同等級道路可選用的轉彎曲線類型進行規(guī)定。

(4)日本：針對各類型設計車輛給出轉彎半徑范圍。

(5)英國：規(guī)定轉彎半徑、漸變率以及漸變段長度，交叉口最小半徑取10 m。

以城市道路交叉口的右轉交通空間為研究對象,對右轉交通環(huán)境各要素之間的相互影響進行歸納總結，具體體現(xiàn)為右轉交通流對交叉口通行能力和交通安全性的影響,并歸納總結右轉彎半徑的確定方法以及各國對右轉彎線形設計的相關規(guī)定，從而得出右轉交通的主要影響因素類型包括轉彎空間和參與主體。

3 右轉交通空間設計要素相關關系分析

3.1 試驗設計

右轉交通環(huán)境各要素之間相互作用的邏輯可以表達為：各因素對右轉機動車交通流的影響通過右轉彎車速較為直觀地體現(xiàn)出來，而車速又進一步影響交叉口通行能力和交通安全性。該文選取彎道幾何特征、渠化特征、離開道路特征等作為右轉彎車速的影響因素進行調查研究，具體如表1所示。

表1 右轉車速影響因素

3.2 結果分析

3.2.1 數(shù)據(jù)基本特征分析

研究共計采集數(shù)據(jù)1 143條，首先利用SPSS24.0軟件對采集的有效數(shù)據(jù)進行初步的描述性統(tǒng)計分析。變量中右轉彎半徑和右轉彎車速均為計量資料，描述性統(tǒng)計值如表2所示，其中右轉彎半徑平均值為16.811 m，右轉車速平均值為18.89 km/h。

表2 數(shù)據(jù)集描述性統(tǒng)計表

由圖3可以較為直觀地觀察到右轉彎速度大小的分布情況，進一步根據(jù)描述性統(tǒng)計結果中顯示，右轉彎速度記錄數(shù)據(jù)偏度、峰度系數(shù)均小于1，且K-S檢驗結果中顯著性水平P值大于0.05，可知右轉彎速度記錄數(shù)據(jù)呈近似正態(tài)分布。

圖3 右轉彎速度頻數(shù)統(tǒng)計直方圖

對原始數(shù)據(jù)剔除異常數(shù)據(jù)16條，采納有效數(shù)據(jù)1 127條(表2)。

3.2.2 不同因素水平下右轉彎車速差異對比

研究的觀測變量為8個，各個觀測變量有1 127個有效觀測數(shù)據(jù)，具有多變量大樣本之特點，因此需要進行因子分析以檢驗變量之間的關系假設，其基本原理為找出各觀測變量均包含的共性因子。

利用SPSS24.0軟件對所得數(shù)據(jù)集進行因子分析(圖4)，根據(jù)KMO統(tǒng)計量為0.471，小于0.5，以及碎石圖(圖4)中各因子之間特征值差異較大可得，各因子之間并無統(tǒng)計學意義上的顯著相關性，即從本質上來講各變量之間不存在潛在的共性因子，因此認為該文對于右轉彎車速的影響因素分類較為合理。

圖4 因子特征值差異

在確保各因子之間相互獨立的基礎上，為了深入分析不同水平因素是否會對右轉彎車速產(chǎn)生顯著影響，即對比不同因素水平下的右轉車速均值是否有顯著差異，該文采用單因素方差分析法進行均值對比，單因素方差分析統(tǒng)計匯總如表3所示。

由表3可得：有無右轉專用道兩種情形下右轉彎車速均值有顯著差異，F(xiàn)統(tǒng)計值為104.935，顯著性水平P小于0.05；進入道路有無路內停車兩種情形下右轉彎車速均值有顯著差異，F(xiàn)統(tǒng)計值為79.815，顯著性水平P小于0.05；離開道路有無路內停車兩種情形下右轉彎車速均值有顯著差異，F(xiàn)統(tǒng)計值為35.657，顯著性水平P小于0.05；車型在不同水平下右轉彎車速均值有顯著差異，F(xiàn)統(tǒng)計值為1.190，顯著性水平P小于0.05；有無人行過街兩種情形下右轉彎車速均值有顯著差異，F(xiàn)統(tǒng)計值為95.840，顯著性水平P小于0.05。

表3 ANOVA統(tǒng)計匯總

由表3中顯著性水平P值小于0.05可得，不同進入道路設計車速水平下的右轉車速具有統(tǒng)計學意義上的差異。在進行事后檢驗的過程中，進入道路設計車速水平被分為5組，分別為[20,25]、[25,30]、[40,45,55]、[45,50,55]、[60]，可見，并非進入道路設計車速各水平下兩兩右轉車速均值之間均有顯著差異。離開道路設計車速水平被分為4組，分別為[20]、[25,30]、[30,40,45,50]、[40,45,50,55,60]，可見，并非離開道路設計車速各水平下兩兩右轉車速均值之間均有顯著差異。

3.2.3 右轉彎車速影響因素多元線性回歸分析

在對右轉彎車速影響因素的各自作用進行一一剖析的基礎上，為了構建右轉彎車速及其影響因素之間的數(shù)量依存關系，該文在對調查數(shù)據(jù)進行描述性統(tǒng)計和不同因素水平下右轉彎車速均值差異對比的基礎上，進一步對因變量(右轉彎車速)與自變量(右轉彎半徑、進入道路設計車速以及車型等)之間的關系進行多元線性回歸分析。

由于在處理實際問題時，人們總是希望選擇一些對因變量有顯著影響的變量作為自變量，以便進行預測和分析，而步進法就是依據(jù)這一原則提出的回歸分析方法。該文利用步進法對右轉彎車速及其影響因素進行回歸建模，表4為步進法對變量進行輸入的過程中模型擬合程度指標值R的變化過程，表5為多元線性回歸模型中各因素系數(shù)統(tǒng)計。

根據(jù)模型方差分析統(tǒng)計檢驗結果中顯著性水平P值小于0.05表明，所構建的回歸模型具有統(tǒng)計學意義。表4為各步模型匯總情況。從表4可以看出：多元線性步進回歸分析模型的相關系數(shù)R為0.726<0.789<0.829<0.838<0.845<0.850，說明第6步的因變量與自變量之間的相關性最佳；結合德賓-沃森檢驗及前述因子分析結果，認為符合線性回歸獨立性條件，即忽略自變量個數(shù)對R2的影響；根據(jù)第6步調整后R2=0.721可得，右轉彎半徑、有無人行過街、進入道路設計車速、離開道路有無路內停車、車型、進入道路有無路內停車等變量對右轉彎車速的解釋率為72.1%；而右轉彎半徑、有無人行過街、進入道路設計車速對右轉彎車速的解釋率為68.4%。

表4 步進法模型擬合程度指標值匯總

表5為第6步模型的多元線性回歸系數(shù)。常數(shù)項(常量)系數(shù)b0=13.044，b1=0.274，b2=-9.358，b3=0.125，b4=-2.821，b5=-2.340，b6=-1.949。通過t檢驗，常量以及各個因子回歸系數(shù)的相伴概率值均小于因子剔除標準值0.1，進一步證明模型具有統(tǒng)計學意義。而根據(jù)標準化系數(shù)的絕對值可以得出右轉彎半徑對右轉彎車速的影響程度最大，有無人行過街對右轉彎車速的影響程度次之，進入道路設計車速對右轉彎車速的影響程度亦較高。

表5 多元線性回歸系數(shù)

綜上，轉彎空間以及參與主體各因素均對右轉車速產(chǎn)生顯著影響；右轉彎半徑、有無人行過街、進入道路設計車速、離開道路有無路內停車、車型、進入道路有無路內停車等變量對右轉彎車速的解釋率為72.1%；而右轉彎半徑、有無人行過街、進入道路設計車速對右轉彎車速的解釋率為68.4%。

4 結論

城市道路平面交叉口設計中，右轉彎空間設計主要結合道路的等級、功能定位、通行車輛類型進行靈活選取。無定量參考依據(jù)的情況下，設計人員無法驗算工程實施后的實際通行效果，該文的研究成果實際上主要可以提供兩點參考依據(jù)：

(1)根據(jù)“右轉彎半徑、有無人行過街、進入道路設計車速可以解釋右轉彎車速68.4%的變差”這一研究結論，可得右轉交通空間設計應著重考慮右轉彎半徑、行人過街渠化以及進入道路的設計車速。

(2)在確定轉彎空間各設計要素后，驗算不同車型及有無人行過街情形下的右轉交通實際通行效果。