采用兩相位掉頭信號控制 探討破解大城市路口擁堵

蔣紅心

(上海市虹口區建交委，上海 200080）

0 前言

隨著中國城市化進程的快速發展，大城市人口不斷增加。伴隨著轎車進入家庭帶來的機動車保有量迅猛增長，大城市的交通擁堵狀況日趨嚴重，交通擁堵幾乎成了大城市的通病。一些城市采取地鐵、快速公交（BRT）等措施吸引市民選擇公交出行減少了部分機動車輛上路，一些城市陸續建設了城市高架路網絡，極大地提升了城市道路的快速通達能力。但城市地面道路上仍然是車滿為患，擁擠不堪。尤其是早晚高峰期間，道路上人、車擁擠，車速變慢使得市民出行的時間越來越長。

由于不同方向的機動車流量在交叉路口交匯，加上機動車與非機動車、過街行人之間的相互干擾，使得平面道路交叉口的擁堵成為城市交通治理中的難題。城市道路的網絡是一個復雜系統，有時一個路口的嚴重擁堵，還會造成多個相鄰路口的連鎖反應，甚至會出現區域性的臨時交通癱瘓。修建道路對緩解交通擁堵有一定的效果，但受路網結構、經濟發展、動拆遷等多種條件的限制，城市建設不能一味地依靠修路解決交通擁堵。通過采取合理的交通管理措施來提升道路通行能力是有益的。本文把路網系統作為一個整體看待，探討一種新型的兩相位（掉頭）信號控制模式，避免左轉車流對直行車流的干擾，有助于緩解路口交通擁堵，大力提升平面交叉路口的通行效率。

1 單個路口的信號控制模式

由于城市道路平面交叉口人車交匯，對此，為了交通安全及有序通行，需要對交叉口采用合理的交通管理措施。路口的交通控制方式主要有停、讓控制和信號控制。由于城市道路路網相對較密、車流量較大，大多數路口采用信號控制模式來組織交通。

平面道路交叉路口的信號控制，是在時間上給道路交叉口不同方向的交通流分配通行權的一種交通管理措施。根據不同的交通流量，有以下幾種常見的信號控制模式。

1.1 兩相位（圓形燈）信號控制

交通流量較小的路口經常采用簡單的兩相位（圓形燈）信號控制。所謂兩相位信號控制，指信號控制采取相交道路兩個相位的方式，如南北相位和東西相位。信號燈一般采用圓形燈，不禁止左轉及右轉。信號燈變換為綠燈時，左轉機動車、直行機動車、右轉機動車，以及非機動車和行人都放行。

此模式的優點是相位周期相對較短，適用于左轉車流較少的路口（通常一個相位內，左轉車輛數以不超4 veh為宜）。其缺點是路口的安全狀況不佳，交通流沖突點多，存在以下不足：（1）綠燈時期，同一相位中左轉車輛與對向直行機動車、非機動車沖突嚴重，導致綠燈開始階段機動車流損失時間過大，嚴重時超過10 s。（2）綠燈末期，進入交叉口的非機動車與相交道路綠燈初期駛出的非機動車形成極為混亂的局面，對相交道路上機動車流的運行干擾極大。如一個周期內左轉車輛達到5veh以上，就容易造成路口的秩序混亂，導致路口通行效率降低，交通事故率也會明顯增加。

1.2 四相位（箭頭燈）信號控制

當左轉彎車流不斷增加時，采用兩相位（圓形燈）信號控制模式已經不適用了。為了避免路口的混亂局面和照顧左轉車流的需求，通常要增設左轉專用相位，減少左轉車輛與對向直行車輛之間的相互干擾。兩條道路相交的路口，如果在一條道路上增設一個左轉專用相位，則此路口為三相位路口（見圖1）；如果在兩條道路上都增設左轉專用相位，則彼路口為四相位路口（見圖2）。一些路口，由于中央隔離帶較窄（沒有足夠的轉彎半徑），在車輛左轉的時候禁止車輛原地掉頭。

圖1 三相位路口示意圖

圖2 四相位路口示意圖

四相位等多相位信號控制模式的優點是，為不同方向的交通流設置了專用相位，交通流的沖突點相應減少了，導致安全系數提高、路口的秩序好轉。其缺點是，隨著相位周期拉長、紅燈等待時間成倍增長、路口的延誤時間加大，路口的通行效率也大大降低。相位交替次數增加，導致了多次黃燈、全紅燈的交叉口清空等時間的增加，相位周期也相應增加（四相位的相位周期，通常為兩相位的相位周期的2倍左右）。隨著相位周期延長，路口排隊車輛將增多，又要增加清空排隊車輛所需的綠燈相位時間。如果堅持相位周期不變，則分配給各交通流的相位時間減少了，在車流量較大的情況下有時要兩個以上的相位周期才能通過該路口，其通行效率會大幅降低，甚至會影響到相鄰路口的通行效率。

1.3 兩相位（禁左）信號控制

當交通流量不斷增長、路口擁堵不斷加劇時，不得不采用“禁左”等交通管理措施來簡化相位。道路交叉口，信號控制最復雜的問題之一是左轉彎車流的組織。一些擁堵路口，采用了兩相位（禁左）信號控制模式后，擁堵狀況明顯緩解。如圖3所示的兩相位（禁左）模式，第一相位時南北走向的機動車輛直行和右轉放行（南北方向的直行箭頭燈和右轉箭頭燈為綠燈信號）、南北走向的非機動車及行人放行；第二相位時東西走向的機動車輛直行和右轉放行、東西走向的非機動車及行人放行。

圖3 兩相位（禁左）模式示意圖

該模式的優點是，“禁左”路口通行效率提高、交通秩序好轉，整個路網系統的通行能力得到提升。采用了兩相位（禁左）模式，左轉車流的解決方案通常有三種：一是利用路網右轉繞行（如圖4所示，以三個右轉達到間接左轉的目的）；二是提前進行左轉；三是前方路口U型轉彎（利用中央分隔帶或下一個交叉口原地掉頭后右轉）間接左轉（如圖5所示）。

圖4 右轉繞行方案示意圖

圖5 右方U型轉彎方案示意圖

其缺點是左轉車流的繞行需要周邊路網的配合，左轉車流轉移出去之后增加了其它路口的交通壓力和延誤時間。如圖4的繞行方式，部分減輕了主要道路的壓力，但增加了周邊道路的壓力和延誤，適用于路網較密地區，比如300 m間距的路格，繞行距離約為1 200 m，基本可以承受（如路網較稀疏，比如500 m間距的路格，則需繞行 2 000m）。

為了保障主干道的暢通，一些地方采取主要道路沿線全線“禁左”的方式，效果明顯，但周邊道路擁堵加劇。有的駕駛員在周邊支小道路上違章掉頭，影響了道路的暢通，并且容易誘發交通事故。

2 新型的兩相位（掉頭）信號控制模式

為了提高主要道路（6車道以上）的通行效率，本文提出了一種新型的兩相位（掉頭）信號控制模式，既實現了兩相位信號控制，又巧妙地解決了左轉車流問題（如圖6所示）。

新型兩相位（掉頭）信號控制模式，是在兩相位（禁左）信號控制基礎上改進的，增加了原地掉頭車道（及原地掉頭區）。兩相位的具體情況：第一相位時，南北走向的機動車輛直行和右轉放行、南北走向的非機動車及行人放行，以及東西走向的機動車輛進行原地掉頭（如圖7所示）；第二相位時，東西走向的機動車輛直行和右轉放行、東西走向的非機動車及行人放行，以及南北走向的機動車輛進原地掉頭（如圖8所示）。單向三條機動車道（如圖6所示）布置如下：左邊第一根車道為直行車道，左邊第二根車道為直行+右轉車道，左邊第三根車道為原地掉頭車道。第一相位時，左邊第一根車道和第二根車道放行（如圖7）；第二相位時，左邊第三根車道放行（如圖8），然后交替進行。

圖6 兩相位（掉頭）模式示意圖

圖7 第一相位時各交通流示意圖

此處的原地掉頭車道是后退式的，其停車線與人行橫道線有10m以上的間距（留出原地掉頭區域），方便機動車輛在人行橫道線后方直接掉頭，無需穿越人行橫道線，也不影響在路口通行的非機動車和在人行橫道線上通行的行人；掉頭車道布置在右側，加大了轉彎半徑，便于車輛掉頭。由于此模式的原地掉頭（U型轉彎）相位，與相交道路的直行（及右轉）放行共用一個相位，故沒有增加路口的相位數，既解決了左轉車流的問題，又保持“兩相位”較高的交換效率和較高的安全度。

圖8 第二相位時各交通流示意圖

采用“兩相位掉頭”信號控制模式后，左轉車流（往北轉向往西）的解決方案有三種：首選方案是前方U型轉彎，即先直行穿過該路口，在前方路口U型轉彎（掉頭）、折返至該路口時右轉；第二方案是右方U型轉彎（如圖5所示），即先右轉至往東方向，然后在相交道路上進行U型轉彎（掉頭）、折返后穿過該路口；第三方案是周邊道路右轉繞行（參見圖4）。

非機動車及行人均采取“二次過街”的方式通過路口。非機動車輛第一相位時（沿南北走向）先直行然后在“左彎等待”區域等待（見圖7），當切換為第二相位時（沿東西走向）左轉并快速通過路口。因為信號周期縮短、路口的等待時間大幅減少，非機動車的排隊積壓減少了，也有利于非機動車和行人快速通過路口。

3 新模式提升了路口通行效率

兩相位（掉頭）模式的適用條件：適用于雙向6條車道以上的主要道路，通過把原地掉頭車道布置在車道的右側，能夠給掉頭車輛以足夠的掉頭空間。兩相位（掉頭）的信號控制新模式，有如下特點：

（1）保持了兩相位（禁左）模式的高效率。每一根車道，綠燈信號比約為0.5。與四相位信號控制模式（綠信比為0.25左右）相比，路口的通行能力提升一倍以上。

（2）發揮了主要道路交通走廊的作用，減少了路口延誤時間。主要道路上運行的車輛，主要以直行為主。某城市的一段主要道路，13.5 km的長度（共有50個紅綠燈），平均路口間距為270 m。如原先有一半的路口采用四相位模式（25個路口）、另一半采用兩相位（禁左）模式，則全線改造為兩相位（掉頭）模式后，可以節約50個左轉相位的時間（25×2），如每個左轉相位時間為20 s，改造后大幅減少了路口延誤時間（對于直行通過的車輛，走完全程可以節約17 min左右的時間；對于直行后左轉的車輛，雖然繞行延誤需3 min，則還是節約了14 min時間）。

（3）提升了非機動車運行的安全度。新模式取消了左轉彎車輛的運行，讓非機動車“二次過街”，使得左轉彎非機動車無需在左轉彎機動車（雙向）的夾縫中穿行，減少了事故隱患。

（4）減輕了周邊道路的運行壓力。左轉彎車流的繞行，直接在主要道路上（前方U型轉彎）予以解決和消化。通過在主要道路上進行U型轉彎，減少了利用周邊支小道路繞行的交通壓力。

（5）減少了交叉沖突點。在路口各方向的交通流中，產生交叉沖突點最多的是左轉彎車流。應用此模式后，左轉彎車流轉化為“一個U型轉彎+一個右轉彎”。由于此處的U型轉彎（設有專門的原地掉頭區）是離開路口進行的，掉頭車輛不占用交叉路口的道路資源，故沒有與其他機動車輛的交叉沖突點，也沒有與非機動車輛及行人的交叉沖突點。路口只有右轉彎機動車輛與非機動車與行人的交叉沖突點，可以通過右轉渠化予以改善。

（6）縮小了道路交叉口的面積。禁止左轉以后，可以縮小交叉口的面積；配合右轉渠化措施和設置轉角安全島，“十字”路口的交叉面積可以更小，方便行人安全過街，同時減少了行人過街對機動車運行的干擾。

（7）提高了直行車輛的運行速度。四相位控制模式，通常將左轉車道布置在左邊第一根車道、直行車道布置在第二根車道、右轉車道布置在第三根車道，故直行車輛易受兩側轉彎車輛的干擾。而新模式從左側第一根車道開始布置直行車道，將右轉彎和原地掉頭車道布置在右側，直行車輛只受右邊單側車輛的干擾，有利于提升直行車輛的運行速度。

兩相位（掉頭）的信號控制新模式的主要不足，就是增加了左轉彎車流的繞行距離，部分增加了主要道路的運行壓力，同時增加了繞行引起的延誤。

4 結語

主要道路路幅較寬，常常會吸引更多的機動車輛通行，必然存在較大的左轉彎車流。本文提出的兩相位（掉頭）信號控制模式，以系統的思路組織各種交通流，較好地解決了左轉彎車流的繞行問題，同時又保留了兩相位的高效率，有利于提升主要道路的運行速度和通行效率，提高車流運行的安全度，對緩解大城市地面道路交叉路口的擁堵狀況、保障城市道路交通暢通有很好的借鑒作用。

[1]陸鍵，張國強等.公路平面交叉口交通安全設計理論與方法[M].北京：科學出版社，2009.