交叉口借道左轉(zhuǎn)方案的交通安全仿真研究

張柯宇，賈志絢，范英飛

(太原科技大學(xué) 交通與物流學(xué)院,太原 030024)

為了提高道路通行能力，實(shí)現(xiàn)對交叉口時(shí)空資源的有效利用，學(xué)者們進(jìn)行了諸多研究，其中，對左轉(zhuǎn)車輛進(jìn)行合理的控制是常用的方法之一：T Elazzony，H Talaa等[1]，Esawey，Sayed Tarek[2]建立了遠(yuǎn)引掉頭的微觀仿真模型并取得了較好的成效；沈超群確定了遠(yuǎn)引掉頭的適用條件及范圍[3]；翟京、孫海波[4]、林培群等[5]通過實(shí)例研究得出禁左設(shè)計(jì)在優(yōu)化左轉(zhuǎn)組織中效果明顯；蔡曉萌研究了左轉(zhuǎn)專用道右置的前提條件及相應(yīng)設(shè)施設(shè)置[6]；Wu等提出信號交叉口左轉(zhuǎn)車流可借用對向出口道的交通組織方式來增加左轉(zhuǎn)車輛通行能力[7]；朱騰洲等提出了移位左轉(zhuǎn)的放行方法，讓相對方向直行和左轉(zhuǎn)車輛可以同時(shí)放行[8]?，F(xiàn)階段對于禁左控制方式以及左轉(zhuǎn)車道位置設(shè)置的研究較多，而對于一些新型左轉(zhuǎn)控制方式還在進(jìn)一步探索中。

借道左轉(zhuǎn)作為一種新型的左轉(zhuǎn)控制方式被逐漸應(yīng)用到實(shí)際中，借道左轉(zhuǎn)是指通過臨時(shí)借用對向出口道內(nèi)側(cè)一條或多條車道作為本向左轉(zhuǎn)專用道，以提升本向左轉(zhuǎn)車流通行效率的一種信號控制方法[9]?，F(xiàn)階段對于借道左轉(zhuǎn)的研究主要涉及到借道左轉(zhuǎn)的設(shè)置條件[10]及特性分析[11]，對配套的信號設(shè)置及安全性仿真研究較少，本文分析了借道左轉(zhuǎn)適用條件、提出了借道左轉(zhuǎn)預(yù)信號設(shè)置的點(diǎn)位、啟亮?xí)r間和綠燈時(shí)間的具體量化模型，并以實(shí)際交叉口作為案例，進(jìn)行交通安全仿真驗(yàn)證，為交叉口的規(guī)劃設(shè)計(jì)與運(yùn)營管理提供參考依據(jù)。

1 借道左轉(zhuǎn)適用情況

對于設(shè)置了專用左轉(zhuǎn)相位的交叉口，因左轉(zhuǎn)車道數(shù)有限，在左轉(zhuǎn)車流很大時(shí)，專用左轉(zhuǎn)車道無法滿足左轉(zhuǎn)需求，會導(dǎo)致左轉(zhuǎn)車輛排隊(duì)溢出而導(dǎo)致交叉口乃至整個(gè)路段的擁堵。借道左轉(zhuǎn)控制方式為左轉(zhuǎn)車輛提供了一種“分流”方法，“借用”對向出口道作為臨時(shí)左轉(zhuǎn)車道，加以標(biāo)志、標(biāo)線及信號燈等的輔助，實(shí)現(xiàn)對左轉(zhuǎn)車輛的控制。借道左轉(zhuǎn)能夠在道路資源固定的前提下，充分利用交叉口時(shí)空資源，大大提高左轉(zhuǎn)車輛通行能力。

借道左轉(zhuǎn)實(shí)施過程中需要左轉(zhuǎn)車輛穿過中央分隔線駛?cè)雽ο虺隹诘?，若設(shè)置不合理，不僅無法達(dá)到預(yù)期效果，還可能導(dǎo)致交通事故的發(fā)生。因此，借道左轉(zhuǎn)的應(yīng)用需謹(jǐn)慎，其設(shè)置需要一定條件：第一，實(shí)施借道左轉(zhuǎn)的交叉口不能是短間距交叉口，且對向出口道應(yīng)至少有兩條以上，確保右轉(zhuǎn)車輛不與借道車輛發(fā)生沖突。第二，實(shí)施借道左轉(zhuǎn)的進(jìn)口道須有專用左轉(zhuǎn)相位或交叉口采用四進(jìn)口輪放的相序。

2 借道左轉(zhuǎn)輔助設(shè)施設(shè)置

實(shí)際應(yīng)用中，借道左轉(zhuǎn)車輛需要越過中心線駛?cè)雽ο蜍嚵鞯某隹诘?，相?dāng)于在某一時(shí)段逆行一段距離，為確保安全，需要設(shè)置輔助設(shè)施。

2.1 標(biāo)志標(biāo)線

借道左轉(zhuǎn)是一個(gè)新生事物，需輔以相應(yīng)的指示標(biāo)志來引導(dǎo)。該標(biāo)志應(yīng)設(shè)置在左轉(zhuǎn)車道上游，內(nèi)容為借道左轉(zhuǎn)指示、左轉(zhuǎn)指示箭頭，也可采用主標(biāo)志與輔標(biāo)志相結(jié)合的方式。為使標(biāo)志含義更明確，建議借道左轉(zhuǎn)指示標(biāo)志采用LED可變標(biāo)志形式(如圖1所示)，與借道左轉(zhuǎn)預(yù)信號相協(xié)調(diào)。實(shí)際應(yīng)用中，常用綠色表示通行，紅色表示禁行。圖1(a)中借道左轉(zhuǎn)指示標(biāo)志與文字說明為綠色，圖1(b)中借道左轉(zhuǎn)指示標(biāo)志與文字說明為紅色。

圖1 借道左轉(zhuǎn)可變指示標(biāo)志

對于滿足設(shè)置借道左轉(zhuǎn)條件的交叉口，其進(jìn)口道車道線需重新規(guī)劃：在借道起點(diǎn)應(yīng)施劃明顯的導(dǎo)流標(biāo)線，引導(dǎo)車輛駛?cè)胨柢嚨?，在所借車道?nèi)可施劃可變導(dǎo)向車道標(biāo)線，所借車道上方應(yīng)設(shè)有車道指示燈，提醒駕駛員需按照車道指示燈的指向行駛。所借車道一般為靠近中央分隔帶的內(nèi)側(cè)車道，外側(cè)車道則需要留給右轉(zhuǎn)車輛通行。為確保右轉(zhuǎn)車輛能按照要求駛?cè)搿耙?guī)定”車道，應(yīng)施劃右轉(zhuǎn)導(dǎo)向線。

2.2 預(yù)信號設(shè)置

預(yù)信號的設(shè)置要考慮三個(gè)方面，一是設(shè)置點(diǎn)位；二是預(yù)信號啟亮?xí)r機(jī)，啟亮?xí)r應(yīng)保證上一相位車輛完全通過借道路段，確保預(yù)信號亮起時(shí)不予其他車輛發(fā)生沖突；三是預(yù)信號綠燈時(shí)間，預(yù)信號綠燈時(shí)間應(yīng)保證使駛?cè)虢璧雷筠D(zhuǎn)車道的車輛全部清空。

(1)預(yù)信號設(shè)置點(diǎn)位

預(yù)信號設(shè)置點(diǎn)位應(yīng)在借道左轉(zhuǎn)路段起點(diǎn)處，借道左轉(zhuǎn)路段長度L可按下式計(jì)算[8]：

L=10N

(1)

(2)

式中：L為借道左轉(zhuǎn)路段長度(m)；N為高峰小時(shí)內(nèi)每一左轉(zhuǎn)車道的平均排隊(duì)車輛數(shù)(pcu)；q為左轉(zhuǎn)交通量(pcu/h)；C為信號周期(s)；n為左轉(zhuǎn)車道數(shù)。

(2)預(yù)信號啟亮?xí)r間

為保證上一相位車輛全部通過借道路段，預(yù)信號的啟亮?xí)r間應(yīng)較正常左轉(zhuǎn)車道信號延遲一段時(shí)間。延遲時(shí)間t1計(jì)算公式如下：

(3)

式中：L為借道左轉(zhuǎn)路段長度(m)；v1為車輛啟動后的速度，即交叉口限制速度(m/s).

(3)預(yù)信號綠燈時(shí)間

預(yù)信號綠燈時(shí)間應(yīng)保證使駛?cè)虢璧雷筠D(zhuǎn)車輛全部清空。因此，預(yù)信號應(yīng)較正常左轉(zhuǎn)車道信號提前一段時(shí)間變燈，將所借車道歸還。提前時(shí)間t2計(jì)算公式如下:

(4)

式中：L為借道左轉(zhuǎn)路段長度(m)；v2為車輛路段行車速度(m/s).綜上，借道左轉(zhuǎn)預(yù)信號的綠燈時(shí)間為：

t=g-t1-t2

(5)

式中：g為左轉(zhuǎn)相位信號綠燈時(shí)間(s).

3 交通安全仿真

3.1 交叉口現(xiàn)狀

借道左轉(zhuǎn)能提高左轉(zhuǎn)通行效率，但必須是在保證安全的前提下才能實(shí)施，因此對交叉口進(jìn)行安全仿真是很有必要的。以蚌埠市東海大道與曹山路交叉口為例，日常交通流量較大，南邊為大學(xué)城，高峰時(shí)期南進(jìn)口左轉(zhuǎn)車輛增多，擁堵情況嚴(yán)重。

圖2 東海大道與曹山路交叉口現(xiàn)狀圖

現(xiàn)狀交叉口高峰小時(shí)交通量和信號相位配時(shí)如表1、表2所示。

表1 高峰小時(shí)交通量(pcu/h)

表2 現(xiàn)狀信號相位配時(shí)(s)

3.2 交叉口借道左轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)

因交叉口道路空間資源有限，為緩解南進(jìn)口左轉(zhuǎn)車輛造成的交通擁堵，對道路空間進(jìn)行充分利用成為突破口：將南出口內(nèi)側(cè)車道作為借道左轉(zhuǎn)車道，增加南進(jìn)口左轉(zhuǎn)車輛通行能力。由于該交叉口南北方向?yàn)榛旌戏判校瑹o法直接使用借道左轉(zhuǎn)控制方式，因此對該交叉口的信號配時(shí)重新進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)Webster法[12]計(jì)算的信號配時(shí)如表3所示：

表3 信號相位配時(shí)(s)

對南進(jìn)口實(shí)施借道左轉(zhuǎn)，需在南進(jìn)口道上游設(shè)置預(yù)信號，根據(jù)式(1)-式(5)，v1取次干路曹山路的限制速度，為50 km/h，即13.89 m/s，v2取45 km/h，即12.5 m/s，得出預(yù)信號設(shè)置點(diǎn)位即路段長度L為：

L=10N=60 m

預(yù)信號的啟亮?xí)r間為：

預(yù)信號的綠燈時(shí)間為:

t=g-t1-t2=18 s

圖3 交叉口信號配時(shí)設(shè)置

3.3 仿真結(jié)果分析

通過VISSIM[13]對東海大道與曹山路交叉口現(xiàn)狀以及設(shè)置借道左轉(zhuǎn)后的情況進(jìn)行仿真，選擇追尾沖突、左轉(zhuǎn)沖突、側(cè)向沖突、正向沖突四種沖突類型為指標(biāo)驗(yàn)證其安全性，對比數(shù)據(jù)如表4所示：

表4 借道左轉(zhuǎn)設(shè)置前后交通仿真沖突風(fēng)險(xiǎn)占比(%)

從表4可以看出，采用借道左轉(zhuǎn)控制方式后，追尾沖突風(fēng)險(xiǎn)減小了1.8%，左轉(zhuǎn)沖突風(fēng)險(xiǎn)減小了5.4%，沖突風(fēng)險(xiǎn)總體降低了3.6%，安全性得到了提高。較為合理的解釋是：現(xiàn)狀交叉口南北方向?yàn)榛旌戏判校线M(jìn)口左轉(zhuǎn)與北進(jìn)口直行、北進(jìn)口左轉(zhuǎn)與南進(jìn)口直行車輛有很大的交織區(qū)域，導(dǎo)致交叉口左轉(zhuǎn)沖突較多，借道左轉(zhuǎn)后，北進(jìn)口與南進(jìn)口改為單獨(dú)放行，減少了左轉(zhuǎn)沖突發(fā)生的幾率；設(shè)置借道左轉(zhuǎn)后，部分左轉(zhuǎn)車輛需越過中心黃線駛?cè)雽ο虺隹诘?，換道次數(shù)增加，導(dǎo)致側(cè)向沖突風(fēng)險(xiǎn)的上升；在第三相位清尾時(shí)間，北進(jìn)口“闖行”直行車輛與南進(jìn)口借道左轉(zhuǎn)車輛存在一定正向沖突的風(fēng)險(xiǎn)。

對比交叉口延誤得到相關(guān)數(shù)據(jù)如表5所示：

表5 借道左轉(zhuǎn)設(shè)置前后延誤對比表(s)

由表5可以看出，在南進(jìn)口設(shè)置借道左轉(zhuǎn)后，南進(jìn)口左轉(zhuǎn)延誤值有所降低，但由于優(yōu)化后信號周期變長，北進(jìn)口直行、東進(jìn)口直行與西進(jìn)口左轉(zhuǎn)的延誤比現(xiàn)狀延誤略有上升，但總車均延誤降低，交叉口通行效率提高。

4 總結(jié)

借道左轉(zhuǎn)作為一種新型的交通控制方式，在實(shí)際應(yīng)用中能降低左轉(zhuǎn)延誤，提高左轉(zhuǎn)通行效率，但在實(shí)施前需要保證其安全性。本文以實(shí)際交叉口為例，進(jìn)行借道左轉(zhuǎn)方案的設(shè)置，通過VISSIM對其安全性和延誤進(jìn)行了仿真對比，結(jié)果表明借道左轉(zhuǎn)能夠在保證安全的前提下提高交叉口的通行效率。借道左轉(zhuǎn)的實(shí)施有很大的局限性，并不是適合所有的交叉口，在實(shí)施之前還需要經(jīng)過嚴(yán)格的實(shí)地考察和分析。