基于信號控制的逆向可變車道

劉劍峰

(蘭州市公安局交通警察支隊交通科研所 甘肅 蘭州 730030)

基于信號控制的逆向可變車道

劉劍峰

(蘭州市公安局交通警察支隊交通科研所 甘肅 蘭州 730030)

通過在城市道路交叉口設(shè)置逆向可變車道，提高路口通行能力，緩解交通擁堵。

信號控制;逆行可變;通行

隨著中國經(jīng)濟的快速增長，城鎮(zhèn)化率不斷提高，導(dǎo)致城市道路交通量急劇增長，但城市道路交通設(shè)施增長速度遠落后于人們對交通需求量的速度，造成交通結(jié)構(gòu)性失衡，無法滿足日益增長的經(jīng)濟發(fā)展要求，進而制約了城市的持續(xù)發(fā)展。城市交通問題尤其交通擁堵日益凸顯，已經(jīng)對社會經(jīng)濟生活的造成了極大的影響。

一、逆向可變車道設(shè)計研究

城市道路交叉口交通組織優(yōu)化應(yīng)堅持“小改造大暢通”和“時空互補促暢通”的理念，做到施工簡單化、工期最短化，投資及交通影響最小化、效益最大化，時間與空間互補、空中與地面互補、順向與逆向互補。為此，我們提出在城市道路交叉口出口道設(shè)置可逆向變車道的方法。

逆向可變車道的設(shè)置需首先改變進口道信號相序，然后在條件適宜的中央隔離帶遠離交叉口一定長度設(shè)置開口，最后設(shè)置必要的交通設(shè)施。具體使用方法為：相交方向直行相位時間內(nèi)，開口后方排隊的左轉(zhuǎn)車輛在交通標志標線、誘導(dǎo)信號燈等配套設(shè)施誘導(dǎo)下進入逆向可變車道待行；在下一個綠燈相位即該方向左轉(zhuǎn)相位內(nèi)，左轉(zhuǎn)車輛借助逆向可變車道通行，逆向可變車道具有進口左轉(zhuǎn)車道功能；在其他相位內(nèi)逆向可變車道為正常出口道行車道。

逆向可變車道方案具有顯著優(yōu)點：1)施工簡單；2)工期短，對交通影響?。?)不會降低出口道的通行能力。

逆向可變車道可在城市道路交叉口中廣泛應(yīng)用，但是并非適用于所有交叉口和交叉口的所有方向。在交叉口設(shè)置出口道逆向可變車道應(yīng)滿足以下條件：

(1)必須是平面信號控制交叉口，且有專用左轉(zhuǎn)相位。適宜設(shè)置的交叉口一般是十字型或T字型信號控制交叉口，立體交叉口、環(huán)形交叉口和某些畸形交叉口不適宜；

(2)出口道車道數(shù)不小于2。由于中國城市大多數(shù)交叉口右轉(zhuǎn)車輛不受信號控制，出口道至少應(yīng)為相交方向右轉(zhuǎn)車輛保留1條車道，且可變車道至少占用出口道1條車道，再考慮安全因素，在設(shè)置可變車道時出口道車道數(shù)應(yīng)不小于2；此外，設(shè)置出口道逆向可變車道需配套設(shè)置提前掉頭口。

(3)逆向可變車道應(yīng)滿足車輛左轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)彎半徑的要求。設(shè)置可變車道后，若左轉(zhuǎn)車輛轉(zhuǎn)彎半徑過小，易導(dǎo)致車輛不能正常左 轉(zhuǎn)，引發(fā)交通事故。

(4)進口道飽和度較大且左轉(zhuǎn)交通量較大。當左轉(zhuǎn)交通量較小、飽和度較小時，交通運行暢通，沒有必要在交叉口設(shè)置逆向可變車道。

上述前三個條件是設(shè)置出口道可變車道的靜態(tài)可行性約束條件，最后一個條件是設(shè)置的動態(tài)必要性條件。

二、逆向可變車道設(shè)置參數(shù)

(1)逆向可變車道通行能力。單條車道通行能力N逆 /(輛·h-1) 與進口道左轉(zhuǎn)車道通行能力N左 /(輛·h-1)相同，計算公式為

N逆 =N左 =n*3600/T周；

n=(t綠 -v左 /2a)/t左；

式中：n為一個周期內(nèi)允許左轉(zhuǎn)的車輛數(shù)/輛；T周為信號周期/s；t綠為信號周期內(nèi)左轉(zhuǎn)綠燈時間/s；v左 為左轉(zhuǎn)車輛行駛速度/(m·s-1)；a為左轉(zhuǎn)車輛平均加速度/(m·s-2)；t左為通過停車線的左轉(zhuǎn)車輛車頭時距/s。

(2)逆向可變車道數(shù)。逆向可變車道的車道數(shù)根據(jù)其設(shè)置多條可變車道的必要性和約束條件綜合確定，出口道可變車道的車道數(shù)應(yīng)滿足以下要求：

n逆≤n對出-n左-n對右；

式中：n逆為出口道可變車道數(shù)/條；n對出為左轉(zhuǎn)車輛轉(zhuǎn)彎對應(yīng)的出口道車道數(shù)/條；n左為本方向左轉(zhuǎn)車道數(shù)/條；n對右為對向方向右轉(zhuǎn)車道數(shù)/條。 同時，出口道可變車道的車道數(shù)受左側(cè)出口道車道數(shù)、左側(cè)相交方向右轉(zhuǎn)車道數(shù)制約，因此出口道可變車道的車道數(shù)還應(yīng)滿足：

n逆≤n左出-n交右；

式中：n左出為左側(cè)出口道車道數(shù)/條；n交右為左側(cè)相交方向出口道右轉(zhuǎn)車道數(shù)/條。

因此，出口道可變車道最大車道數(shù)：

maxn逆=min{n對出-n左-n對右,n左出-n交右}。

(3)逆向可變車道長度。若逆向可變車道設(shè)置過短，則其綠燈相位內(nèi)通行的左轉(zhuǎn)車輛較少，通行能力過小，可變車道設(shè)置意義不大；如果設(shè)置過長，不僅影響相應(yīng)出口道通行能力，且由于出口道可變車道不能及時騰空導(dǎo)致車道內(nèi)滯留車輛與對向直行車流形成沖突，容易引發(fā) 嚴重的交通擁堵和交通事故。因此，逆向可變車道長度應(yīng)滿足約束條件：

Lin≤L逆≤min{L2,L3,L4,L5 }；

式中：L逆為出口道可變車道的長度/m；L1為進口道導(dǎo)向車道線長度/m；L2為進口道第一組導(dǎo)向箭頭至停車線長度/m；L3 為出口道路緣石轉(zhuǎn)彎處至下游第一組導(dǎo)向箭頭的長度/m；L4 為進口道左轉(zhuǎn)車道排隊長度/m；L5為出口道路緣石轉(zhuǎn)彎處至下游交叉口車輛排隊末尾處的長度/m。

(4)逆向可變車道的開閉時間

a提前開啟最小時間

在進口道左轉(zhuǎn)綠燈開啟前，逆向可變車道需提前開啟，使車道開口處之后排隊的左轉(zhuǎn)車輛進入可變車道待行。

t開 =t0 +L逆 /v開；

式中：t開為逆向可變車道提前開啟最小時間/s；t0為第一輛車啟動進入出口道可變車道需要的時間/s，可采用2-3s；L逆為出口道可變車道的長度/m；v開為左轉(zhuǎn)車輛進入逆向可變車道待行的平均速度/(m·s-1)，可通過實地測速取平均值確定。

b提前關(guān)閉最小時間

左轉(zhuǎn)相位綠燈關(guān)閉前，逆向可變車道需提前關(guān)閉。

t關(guān)=L逆/v關(guān)；

式中：t關(guān)為出口道可變車道提前關(guān)閉最小時間/s；v關(guān)為左轉(zhuǎn)車輛在逆向可變車道正常行駛的平均速度/(m·s-1)，可通過實地測速取平均值確定。

三、應(yīng)用實例

我們在蘭州市金昌路與甘南路交叉口的西側(cè)設(shè)置了逆向可變車道，具體可見下圖：

在工作日7:30點至22:30點期間開啟；周末、節(jié)假日期間根據(jù)車流量調(diào)整啟用時間當車輛行駛至西進口潮汐車道開口處時，按照潮汐車道燈指示通行。

經(jīng)過半個月的運行，我們對路口的車流量進行統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)西進口高峰小時流量原有的911輛提升到1188輛，提升25%左右，效果非常明顯。

劉劍峰，男，漢，甘肅武山，本科，蘭州市公安局交警支隊交通科研所，交通運輸管理。