小城鎮交叉口交通渠化設計與優化管理分析

姚儒君

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

0 引言

由于小城鎮自身的性質、功能、規模以及地理區位差異較大，加之路網建設資金相對薄弱，小城鎮的路網系統規劃與設計受到忽略，導致交通混亂、道路運行環境差、公路街道化等現象，容易引發交通事故[1]。交叉口交通信號的合理設計能夠有效減少車流沖突點數量，縮短沖突距離，交叉口信號設計法與各入口交通量的飽和度影響各相位的實際周期[2]。在設計規劃交叉口的相位配時方案前，需對交通狀況進行調查分析，對出行車流的行為和時間進行研究，以此為分析過程提供依據，結合交叉口的規劃目的和功能，以效益最大化為基本目標進行設計[3]。從我國當前的基本形勢看，交叉口管理欠當的情況主要集中于小城鎮或者經濟欠發達地區的城市[4]。前幾年大量的縣城轉變為城市，導致剩下的小城鎮人口規模普遍不大，全國大約70%的小城鎮的人口規模不到5 000人，非農業人口規模不到2 000人。小城鎮人口規模超過2萬，或非農業人口規模超過1萬的小城鎮，占全部城鎮的比重在3%左右。由于資金的相對缺乏加上人們對公路交通通行意識的薄弱，加上城鎮范圍較小，居民出行頻繁，出行工具復雜，交通管制比較困難，特別是交叉口部位，由于人車匯集，如不能合理渠化交通或者規范行駛行為，會對交通安全造成很大影響。筆者針對小城鎮路網中的交叉口問題，以山西某小城鎮為例，首先分析了小城鎮交叉口規劃的基本要素，然后針對交通渠化問題提出優化設計方案，并對信號控制方案進行分析。

1 小城鎮居民出行特征

小城鎮的交通運輸系統能夠為城鄉經濟發展提供保障。由于小城鎮區域面積小、出行耗時少、成本低，因此居民出行頻率相對較高，加上道路建設規模和路網規劃的限制，居民的出行方式和出行時間對道路負荷有直接影響。

1.1 出行方式調查

由于小城鎮規模較小，公交體系不完善，居民出行方式分布情況比較復雜，為分析小城鎮居民出行方式分布情況，對山西省某小鎮的出行方式進行簡單調查，基本情況如圖1所示。

圖1 居民出行方式比例分布圖

從圖1可知，小城鎮居民出行主要通過摩托車或者步行，采用公共交通的比例較低。交通種類的復雜化容易引起交通無序化，對于小城鎮交叉口路段，由于來自多個方向的行人、車輛的過街速度差異大，一定程度上會降低交叉口的通行能力，如果交通信號控制設計不當，還會導致交通擁堵甚至交通事故的發生。

1.2 出行時間分布

居民出行時間分布情況也會對道路的負荷狀況造成影響，由于小城鎮范圍小，工作強度相對較低，許多人選擇中午休息期間出行。這就造成了道路出現3個高峰時段。圖2為山西某小城鎮居民出行時間分布情況。

圖2 居民出行時間比例變化曲線

根據曲線可知小城鎮居民出行時間主要分布在早晨上班、中午午休以及下午下班時段。對于交叉口路段，在這些時段的交通情況比較復雜，因此對交叉口進行規劃以及設置合理的信號控制體系仍然很有必要。

2 小城鎮交叉口規劃要素

由于小城鎮居民出行情況特征比較復雜，交叉口的設置就會受到人流高峰時段的影響，對交叉口的規劃設計比較困難，針對交叉口的規劃主要包括目標思路和方案。

2.1 規劃目標

道路交叉口影響因素多，保證安全通暢是進行系統規劃設計的終極目標。通過交通工程措施以及交通管理對交叉口的通行狀況進行改善，減少機動車、非機動車以及行人之間的相互干擾，提高交叉口的通行能力[5]。

2.2 規劃思路

小城鎮是城鄉聯系的基本紐帶，社會—經濟—環境為小城鎮道路交叉口規劃的基本思路和框架。因此，需要從整體和局部兩個方面綜合考慮交叉口的使用功能和通行狀況，并對過境車輛和居民出行特征進行分析，然后提出相應的路網規劃改造方案和管理、工程措施，最后通過整合分析得出最佳方案。

2.3 整治方案

根據交叉口設計原則，以保障交通安全為前提，對交叉口機動車、非機動車以及過街行人進行組織設計、幾何分析、交通約束管理、交通工程限制等方式對車道分配、信號相位方案進行優化。整治方案的優化設計基本原則如下：

a）交叉口設置方案宜直不宜曲，橋梁隧道作為交叉口起點，如有必要，需滿足視距要求。

b）交叉口不宜畸形錯位，盡量正交，若有斜交，角度應當大于等于70°，并滿足主交通流優先方案。

c）交叉口需根據道路等級、交通量、管理條件、交叉口功能等確定交通組織渠化方式。

d）交叉口整頓規劃方案不宜壓縮非機動車輛與過街行人空間，不宜設置街坊出入口等。

3 交通渠化優化設計

交通的渠化設計是通過設置不同的進口道，對各方向的交通流量進行規范化處理，以此減少通行時間，優化利用交叉口空間，達到分離交通，規范通行的目的。通常情況下依據交叉口的位置和功能可以通過設置標志標線、交通環島、增大交叉角度、遠引交叉口等方式選擇渠化方案。

3.1 交通島渠化

通過在交叉口位置設置交通島的方式，來減少或避免交通流的交織或沖突，明確各車行的軌跡，提高交叉口利用率和安全性。如圖3列舉一種三路交叉口的交通島設置方式。

圖3 交通島在三路交叉口中的應用

3.2 增加交叉口進口車道斷面

通過壓縮中央分隔帶、偏移分隔帶、拓寬路口等方式增加交叉口交通流的斷面，增設左轉與右轉專用車道來避免車輛排隊過長的情況。這種方式主要是適用于建筑界限范圍較大，加寬或壓縮對周圍居民正常出行和安全等方面不會造成太大影響的情況。

3.3 增大交叉角度渠化交通流

對于斜交交叉口，可以通過切割交叉口交通島的方式使支路車流盡量與主路之間存在直角，達到減少車輛行駛沖突的面積，如圖4所示，渠化前后交通流干擾狀況有所降低，沖突節點較少，長度縮短。但是這種方式依然存在一定的車流沖突，所以僅適于規模較小的城市或者城鎮。

圖4 切割交通島渠化交通

4 設施系統優化設計

交叉口處車流復雜，附屬設施的設計對交通正常有序地進行有重要指導作用，標志標線、交通管理、信號相位設計以及配時方案都十分關鍵。

4.1 標志優化設計

在交叉口進口位置需設置指示、指路、限速、提醒、警告或者禁令等標志。通過這些標志引導車輛行駛，減少沖突區域和沖突點數量。較高標志優化設計時應簡單醒目易于理解，左轉交通量較大的交叉口應該設置等待左轉區域，以免對其他行駛車輛造成干擾。

4.2 監控管理設計

對于事故頻發的交叉口路段應建立電子監控系統，對交通狀況、道路條件、車輛分布進行實時監控，并通過設置約束條件以免發生搶黃燈或者闖紅燈等違規現象發生，進而影響行車安全。然后依據相關法律法規對行人、車輛進行組織，結合道路條件對交叉口路段的非機動車、行人等過街行為進行約束，保證道路暢通、安全、文明、高效進行。

4.3 信號相位方案

信號相位的設置是根據不同的渠化方案確定的，在一個信號周期內，需要對各個路口的信號安排若干種信號控制狀態，并考慮行人、自行車等因素的影響，一般情況下相位數較少的情況下能夠較少綠燈損失[6]。表1所示為不同渠化方案下，信號相位優化方案。

從表1可以看出，不同的交通渠化方案下，設置的信號相位數目不同，根據路口導向車流渠化和放行方法，綜合考慮行人、非機動車、機動車的通行權、占用權、優先權等要求，并將路口渠化與信號相位設計協調一致。

表1 信號相位設計方案

4.4 信號配時方案

信號配時是交叉口優化管理的重要元素之一，合理設置信號周期能夠減少交通沖突點數量，使交叉口交通通行合理有序。如果信號配時不當，不但會產生新的車流沖突點，而且會降低交叉口的通行能力，威脅到車輛行人的安全。信號周期過短會引起車流量大的入口位置車輛在一個周期內不能安全通行，導致二次或多次等待的情況。信號周期過長則會損失有效綠燈時間，降低交叉口的服務性能。圖5列舉一種兩相位信號配時優化設計方案。

圖5 兩相位信號配飾優化設計方案

從圖5可知相位較少的交叉口，其信號燈能夠得到充分利用。各相位時長根據交通狀況、使用者的利益以及交叉口道路的使用效益進行確定，有研究提出采用綠信比作為評價交通信號運行狀況的一個指標，綠信比就是有效綠燈的時間占整個信號周期長度的比例，其中二相位通行時長減去駕駛員反應及汽車啟動時間即為有效綠燈時間。

5 案例分析

5.1 交叉口現狀

山西某小城鎮交叉口位于城鎮中心，是境外公路與城鎮街道公路相互交叉，由于貨運交通量相對較大，城鎮中心的道路運行環境較差、運行效率較低。過街安全設施設置不夠完善，行人及非機動車輛的過街行為不夠規范，嚴重降低了交叉口的通行能力。

5.2 渠化方案

根據交通通行狀況，結合交叉口基本特征以及行人通行情況，對該交叉口的交通進行渠化處理，基本方案如圖6所示。

圖6 不同相位交通渠化方案設計

從整體道路網絡結構看，采用三相位對該交叉口進行渠化設計在經濟效益和運輸功能上能滿足要求，而且不會造成時間和道路運行浪費，三相位渠化方案能夠消除許多車流沖突點，圖6中，在不同相位渠化方案下，圖中所示的虛線部分車流靜止通行，實線部分為允許通行。由圖中所示，優先照顧車流量和貨運量相對較大的道理，對行人進行限制，在距離交叉口200 m外設置人行橫道，防止交叉口通行結構復雜化。

5.3 信號配時設計

根據圖6所示的各相位渠化設計方案，對交通狀況各相位的交通信號燈時長進行設計，如圖7所示，交通信號燈在3個相位的時間分配方案。

圖7 各相位信號燈時長分配圖

從圖7中可知，3個相位時長各不相同，這由交叉口各入口處車流狀況決定。三相位通行時間最長，達到48 s，能夠保證車流在單位周期內完全通行。通過對該交叉口的交通渠化和信號方式進行設計，最終提高了交叉口的通行能力，改善了交通條件，減少了擁堵現象。

6 結語

通過對小城鎮居民出行特征、交叉口交通渠化以及交通管理進行分析，最終得出如下結論：

a）小城鎮居民出行方式復雜，以摩托車和步行為主，出行時間主要在上午上班、中午午休以及下午下班期間，出行時間呈現“三峰型”。

b）小城鎮交叉口渠化設計主要考慮整體路網布局的效益以及局部路段人流狀況等影響因素，采取引導交通、強制管理等方式進行處理。

c）交叉口交通信號優化管理根據不同渠化設計方式設置信號指示系統，根據交通量、交叉口特征設置相位和信號時長。