無信號控制交叉口次要道路通行能力研究

馬超群，楊權(quán)濤，楊克鵬，武漢慧

（長安大學，陜西西安 710064）

?

無信號控制交叉口次要道路通行能力研究

馬超群，楊權(quán)濤，楊克鵬，武漢慧

（長安大學，陜西西安 710064）

摘要：為了更好地計算城市無信號交叉口次要道路的通行能力，對駕駛員通過無信號控制交叉口次要道路時的駕駛行為進行分析，發(fā)現(xiàn)部分駕駛員在通過交叉口時等待時間具有隨意性；并對現(xiàn)有次要道路通行能力計算公式的使用范圍進行分析說明，提出計算無信號控制交叉口次要道路通行能力的改進模型；通過對西安市若干無信號控制交叉口的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)改進后模型的計算結(jié)果與實際交通狀況較符合。

關(guān)鍵詞：城市交通；交叉口；無信號控制；次要道路；通行能力

為緩解交通擁堵，各國紛紛采取TOD模式、按需增供、改善供給等措施。在改善道路交通環(huán)境的同時，道路交叉口通行能力的提高對緩解交通擁堵也尤為重要。城市次要道路作為城市的主要基礎(chǔ)設(shè)施，既可集聚支路的交通量，還具有分散主要道路交通流的作用。中國某些城市考慮到城市主要道路的通達功能，往往采用無信號控制的方式，給予主干道較大的優(yōu)先通行權(quán)，以充分保證主要道路的交通量達到最大，卻忽略了次要道路的通行能力。在無信號控制交叉口，往往采取次要道路減速讓行或停車讓行等控制方法保證交叉口車輛的安全行駛，這種做法無法保證道路使用者的公平性；并且在計算次要道路通行能力時基本沒有考慮駕駛員通過交叉口時的駕駛行為，而是將駕駛員的行為看作一種完全遵守交通規(guī)則的狀態(tài)，這種假設(shè)與實際狀況有一定出入。因此，有必要對現(xiàn)行次要道路通行能力計算模型進行修正。

1　模型分析與優(yōu)化

目前國內(nèi)外在計算干路優(yōu)先通行無信號交叉口的次要道路通行能力時采用可穿越間隙理論，計算公式如下：

式中：Q1為次要道路的通行能力（pcu/h）；Q0為主要道路上的交通量（pcu/h）；q為主要道路上平均車頭時距（pcu/s），q=Q0/3 600；t0為臨界間隙時間，停車讓行取7～9 s，減速讓行取6～8 s；t為次要道路上車輛跟馳行駛的車頭時距，一般取3～5 s。

式（1）在推導過程中作以下假設(shè)：1）主要道路上的車輛優(yōu)先通過無信號控制交叉口；2）將主干路的雙向車流作為一股車流；3）交通流量不大，車輛之間的間隙服從負指數(shù)分布；4）駕駛員完全遵守交通規(guī)則。

為了研究駕駛員在無信號控制交叉口處的駕駛行為，對西安市部分私家車主進行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)私家車主在交叉口入口處停車等待行為基本分為兩類：一類為激進型駕駛行為，該種行為的駕駛員比較冒失，對停車等待比較反感；另一類為保守型駕駛行為，該種行為的駕駛員嚴格遵從道路交通秩序，愿意在交叉口停留。下面綜合各類駕駛員的駕駛特性，對上述計算模型進行修正。

1.1激進型模型

在現(xiàn)實生活中，當主干路交通量較小時，式（1）符合實際道路交通要求。但當主干道路交通量較大，并且雙向行車在交叉口處影響次干路穿過時，式（1）則不能很好地滿足現(xiàn)實要求。為了更好地計算次要道路的通行能力，作以下假設(shè)：1）將主要道路雙向行駛的車流看成兩股車流，兩股車流到達是隨機的，且相互獨立；2）主要道路上的車輛在實際道路狀況下不會在交叉口處超車，而是按照一定規(guī)則有序行駛；3）從次要道路駕駛員的心理特征出發(fā)，只要主要道路上一個方向的間隙滿足可穿越，司機就會穿過一個方向，在道路中央停車，等待另一側(cè)穿越空隙；4）主要道路兩個方向的交通流量近似相同，且雙向道路由中央分隔帶分隔。

考慮上述幾個因素，對次要道路通行能力計算模型進行優(yōu)化，計算公式如下：

式中：Q0為主要道路單方向交通流量（pcu/h）；q為主干路單方向車輛到達率。

建立該計算模型時，考慮到次要道路上駕駛員的心理和生理作用，當主要道路一個方向的來車之間間隔較大且大于t0/2時，駕駛員就會起動汽車。當另一個方向的來車間隔也大于t0/2時，次要道路上車輛就能順利通過；當另一個方向的來車間隔小于t0/2時，次要道路上的車輛一部分會停放在主要道路的中央。

1.2保守型模型

式（2）只考慮了主要道路對向來車的干擾，未能考慮主要道路本側(cè)來車數(shù)的干擾。考慮本側(cè)來車數(shù)量時，需對式（2）進行修正，公式如下：

1.3混合型模型

為了保證無信號交叉口總體效益最佳，綜合各類駕駛員的駕駛特性，結(jié)合式（2）和式（3），修正得到無信號控制交叉口次要道路的通行能力模型：

式中：β為激進型駕駛員所占比例。

2　案例分析

為了驗證優(yōu)化后模型的準確性，以西安市南三環(huán)與錦業(yè)六路無信號燈控制交叉口為例進行分析。該交叉口連接處主要道路的雙向交通量為1 200 pcu/h，車輛到達服從泊松分布；次要道路上車輛可穿越的臨界車頭時距t0=6 s，車輛跟馳行駛的車頭時距t=4 s。按式（1）計算，得次要道路的通行能力為220 pcu/h；按式（2）計算，得次要道路的通行能力為294 pcu/h；按式（3）計算，得次要道路的通行能力為115 pcu/h。通過對西安市駕駛員特性的分析，得出激進型駕駛員數(shù)量與保守型駕駛員數(shù)量的比值基本為2.3∶7.7。按式（4）計算，得次要道路的通行能力為254 pcu/h（見圖1）。

從圖1可以看出：激進型模型的計算結(jié)果比實際調(diào)查結(jié)果大，保守型模型的計算結(jié)果比實際調(diào)查結(jié)果小，混合型模型的計算結(jié)果與實際調(diào)查結(jié)果接近，比式（1）的計算結(jié)果高。混合型模型能用于無信號控制交叉口次要道路通行能力計算。

圖1　車流量對比

3　結(jié)語

該文對無信號控制交叉口次要道路車輛穿越主要道路的通行能力進行研究，綜合考慮主干路機動車流向和次要道路駕駛員特性等影響因素，提出了一種合理的綜合計算方法，案例分析結(jié)果表明該方法的計算結(jié)果與實際相符，可用于無信號控制交叉口次要道路通行能力計算。但不同類型駕駛員駕駛特性比例的確定等還需繼續(xù)研究。

參考文獻：

［1］ Drow D R.Trafficflow theory and control［M］.New York：Megraw-Hill，1968.

［2］ Fangxia Zhao，Huijun Sun，Jianjun Wu，et al.Urban road network evolution to maximize the capacity［J］. Procedia-Social and Behavioral Sciences，2014，138（7）.

［3］ 丁川，謝秉磊.主路優(yōu)先無信號控制交叉口次要道路通行能力分析［J］.武漢理工大學學報：交通科學與工程版，2011，35（4）.

［4］ 亓會杰，張生瑞.無信號交叉口指路混合車流的通行能力［A］.中國公路學會2005年學術(shù)論文集［C］.2005.

［5］ 周偉.無信號交叉口支路車輛穿插通行能力的探討［J］.西安公路學院學報，1990，10（3）.

［6］ 陶經(jīng)輝，李旭宏，毛海軍.無信號交叉口通行能力［J］.交通運輸工程學報，2003，3（4）.

［7］ 于莉娟，鄧衛(wèi)，李海遠，等.基于沖突技術(shù)法的主路優(yōu)先交叉口通行能力研究［J］.交通科技，2008（1）.

［8］ 王煒，過秀成.交通工程學［M］.南京：東南大學出版社，2009.

［9］ 張建旭，劉偉.城區(qū)無信號交叉口次要道路通行能力計算模型［J］.重慶交通大學學報：自然科學版，2008，7 （4）.

中圖分類號：U491.2

文獻標志碼：A

文章編號：1671-2668（2016）03-0042-02

收稿日期：2016-01-04