基于逆向可變車道的交叉口公交左轉優先方法

徐建閩，曾令宇，荊彬彬，馬瑩瑩

(1. 華南理工大學 土木與交通學院，廣東 廣州 510640；2. 東南大學 現代城市交通技術江蘇高校協同創新中心，江蘇 南京 210096)

基于逆向可變車道的交叉口公交左轉優先方法

徐建閩1,2，曾令宇1，荊彬彬1，馬瑩瑩1,2

(1. 華南理工大學 土木與交通學院，廣東 廣州 510640；2. 東南大學 現代城市交通技術江蘇高校協同創新中心，江蘇 南京 210096)

針對交叉口出口道時空資源利用不高的問題，以進口道公交左轉優先為目標，提出了一種基于現有道路條件下的逆向可變車道及左轉公交專用道設置方法從而實現了公交車輛的左轉優先。分析了上述兩種車道交叉口需滿足的實施條件，并對車道進行設計，提出了相應的信號控制方法，最后結合設計案例，利用VISSIM軟件對比分析了逆向可變車道設置前后交叉口的運行效果。仿真結果表明：設置后的管理方法能有效地降低本進口左轉公交的車均延誤及提高其通行量，且不影響交叉口其他方向車輛的正常通行，從而驗證了本方法的有效性，為實現公交左轉優先和減少出口道資源浪費提供了新的思路與方法。

交通運輸工程；公交左轉優先；逆向可變車道；左轉公交專用道

0 引 言

目前，城市交通擁堵日益嚴重，已成為制約城市可持續發展的重要問題之一，而優先發展公共交通則是解決城市交通擁堵的有效手段之一。公共交通優先發展的理念也已受到相關專家學者和政府管理部門的認同與重視[1-3]。目前公共交通優先措施有路段公交優先和交叉口公交優先[4]。其中交叉口公交優先主要包括設置交叉口公交專用進口道[5-6]和交叉口公交信號優先(被動優先、主動優先、實時優先)[7-8]。然而以上交叉口公交優先措施的實施區域均設置在進口道方向，并沒有充分利用交叉口出口道的有效時空資源。逆向可變車道[9]是設置在交叉口出口道內側，車道功能隨交叉口信號配時及其他因素變化而變化，既具備出口道功能又具備進口左轉導向功能。為此，在現有道路條件上結合逆向可變車道與左轉公交專用道，并同時調整交叉口信號配時方案，提出了一種基于交叉口逆向可變車道的公交左轉優先方法。實現了交叉口時空資源的充分利用，提高了交叉口公交車的運行效率，有效緩解了交叉口的擁堵問題。

1 實施條件

1.1 交叉口

1.1.1 交叉口類型

設置逆向可變車道的交叉口一般為十字型信號控制平面交叉口，環形交叉口、立體交叉口或畸形交叉口均不適宜設置。此外，筆者研究的交叉口進出口道右側不考慮設置公交專用道。

1.1.2 進出口車道數

1)本方向進口車道數

逆向可變車道的左轉公交車(簡稱為LB1)與左轉車道車輛(簡稱為LV1)同時放行，因此至少需要1條左轉車道。由于左轉公交專用道位于進口方向路段的最內側車道，左轉公交專用道上游附近不宜設置掉頭車道，左轉公交專用道上游最內側車道的來車(除左轉公交車)需在到達左轉公交專用道前向右側變道，為了減少對直行車通行的影響，路段上至少需2條直行車道，同時右轉車輛基本不受信號燈控制，故本進口路段至少需設置4條車道，即進口道為5條車道；對向進出口道所需設置的車道數不受設置逆向可變車道的影響。如圖1。

圖1 交叉口研究區域相關設置示意Fig.1 Schematic illustration of related layout of studied area at intersection

2)本方向出口車道數

根據《城市道路工程設計規范》，交叉口出口道車道數須大于等于對向直行車道數。考慮到逆向可變車道占據了出口道最內側1條車道，但時間上可對其出口道功能和進口左轉導向功能進行分離；同時南進口右轉車流通行至少需有1條出口車道，但可采用信號控制以避免南進口右轉車流與西進口直行車流發生沖突；此外，南進口右轉車流和LB1為相向行駛，需1條車道隔離；因此設置逆向可變車道的出口道至少需要n條車道，n不<3，n表示對向直行車道數。

3)相交方向車道數

西進口右轉車流一般不受信號控制，需為其保留1條最外側的出口車道，LB1和LV1為同時放行，因此南出口道至少有3條車道；南進口至少有1條左轉車道和1條直右車道。北進出口道所需設置的車道數不受設置逆向可變車道的影響。

1.2 本方向左轉公交流量

交叉口進口道道路資源緊張且左轉交通流量大是設置逆向可變車道的必要條件，其中左轉公交流量較大則是在逆向可變車道上實現公交左轉優先的必要條件，否則將失去意義。進口道空間資源緊張主要體現在交叉口整體飽和度≥0.8，服務水平在C級以上；左轉交通流量大主要體現在停車線后排隊長度較長；左轉車輛的平均延誤較大，常需等待3個以上信號周期才能順利通過交叉口。左轉公交流量較大則體現在左轉公交車在高峰期常需要兩次停車才能通過交叉口[10]；平均每周期到達的公交車所占排隊長度大于等于進口道導向車道線長度，根據《城市道路交通標志標線設置規范》，導向車道線長度一般為30～50 m，即平均每信號周期達到的左轉公交車輛數應≥3輛。

2 逆向可變車道與左轉公交專用道設計

2.1 車道位置

逆向可變車道設置在與道路中心線最相近的本向最內側出口道上，其停車線與本向進口道停車線處于同一斷面。左轉公交專用道設置在與道路中心線最相近的本向最內側進口車道上。左轉公交專用道與逆向可變車道通過漸變段相連接。逆向可變車道和漸變段鋪設彩色路面，宜為綠色，保持與現有交通顏色意義相吻合，如圖1。

2.2 車道尺寸

根據《城市道路工程設計規范》，大型車的總長為12 m，總寬為2.5 m，常規公交專用道單車道寬度不應<3.5 m。

2.2.1 逆向可變車道長度

根據本進口左轉公交車需通過左轉公交專用道進入逆向可變車道而實現左轉的原則。合理的逆向可變車道長度L0需受以下因素約束：

1)進口道導向車道線長度L1

由于LV1需經過左轉公交專用道右側車道通行才能進入本進口左轉車道，同時左轉公交車需要較長漸變段才可實現換道，因此逆向可變車道過短會導致漸變段前移而使左轉車道的通行能力受到限制，故長度L0不應小于L1。

2)每輛常規公交車排隊時所占車道長度L2

每輛常規公交車排隊時所占車道長度L2包含車輛長度L3和前車車尾與后車車頭之間的安全距離L4，其中L3一般為10～13 m，L4可取1～2 m。為了公交車排隊長度與車道長度相匹配，有效利用道路空間資源，逆向可變車道長度宜為L2的n倍。結合《城市道路交通標志標線設置規范》對導向車道線長度一般應>30 m的要求，n應≥3。

3)逆向可變車道停車線至下游第1組導向箭頭的長度L5

在出口道出現導向箭頭的下游，車輛開始分道行駛，左轉車輛開始進入最內側車道，逆向可變車道與漸變段長度(L6)之和不應大于L5，否則正常行駛車輛將與左轉公交車輛沖突，造成交通事故。

4)逆向可變車道停車線至下游車道排隊結束長度L7。

逆向可變車道與漸變段長度之和不應大于L7，否則，車道被占用而無法實現進口左轉導向車道功能，左轉公交車將不能進入逆向可變車道排隊。

綜上所述，可知逆向可變車道長度應滿足：

L1≤L0≤min{(L5-L6),(L7-L6)}

(1)

L0=nL2=n(L3+L4)n=3,4,…

(2)

式中：單位為m。

2.2.2 左轉公交專用道長度

由于左轉公交專用道設置在進口道內側車道上會對其他車輛通行造成一定的影響，尤其是LV1，故左轉公交專用道不應設置過長。同時為了LB1能夠及時地進入逆向可變車道再次排隊，減少其他車輛在左轉公交專用道后側阻擋LB1進入左轉公交專用道的影響，提高車輛行駛的安全性。左轉公交專用道不應過短，故左轉公交專用道長度L8宜為：

L8=mL2，2≤m≤5,m∈Z

(3)

2.2.3 漸變段

左轉公交專用道與逆向可變車道的連接處(即漸變段)，其長度L6主要與車道設計時速和加速度有關[11]，如式(4)：

(4)

式中：L6為漸變段長度，m；t為公交車在漸變段的行駛時間，m；v0為公交車左轉時的初速度，m/s；vt為公交車加速后的末速度，m/s；a為加速度，m/s2，一般取1.5 m/s2。

根據公交車在本漸變段和港灣式公交停靠站漸變段行駛特征的相似性，參考港灣式公交停靠站漸變段長度設計，因此本類型漸變段長度設計見表1(推薦)。

表1 銜接逆向可變車道與左轉公交專用道的漸變段長度

2.3 輔助設施

為更好地配合逆向可變車道的實施，通過設置相應的專用信號燈、交通標志標線、路面顏色涂裝及路面文字等輔助設施，以引導車輛順暢、高效地通過交叉口。相關輔助設施設置如下：

1)在中央分隔帶上靠近逆向可變車道停車線處設置交通指示標志1(圖2)，采用正反面設計，正面面向交叉口，反面面向出口道下游，該標志標明本車道為逆向可變車道，以提示各進口道的來車注意行駛安全。

2)在逆向可變車道和漸變段交接的斷面與道路中心線交接處(圖1)，設置專用信號燈和交通指示標志2(圖3)。專用信號燈顯示時間和方向箭頭，指示標志2顯示相關指示文字和指引示意圖。專用信號燈和指示標志2共同指引左轉公交車安全順暢地進入逆向可變車道。

3)在左轉公交專用道末端后L9m處設置指示標志3(圖4)，指引左轉公交車和其他社會車輛往前行駛至對應車道。根據《城市道路交通標志標線設置規范》相關設置要求，L9應大于等于L2。

4)在交叉口內設置導向線，對本進口左轉車道的車輛進行誘導；

5)分別在對應車道路面上標注“逆向可變車道”和“左轉公交專用道”。

圖2 指示標志1Fig.2 Guide sign 1

圖3 指示標志2Fig.3 Guide sign 2

圖4 指示標志3Fig.4 Guide sign 3

3 信號控制方法

3.1 信號控制要求

3.1.1 交叉口須有專用左轉相位

逆向可變車道既具備為對向直行車流提供出口道功能也具備為本方向左轉公交車流提供導向功能。因此為避免與對向直行車輛發生沖突，本方向逆向可變車道上的左轉公交與直行車流須分開放行，須為左轉車流設置專用左轉相位。

3.1.2 信號相序須采用“先左轉后直行”

考慮到本方向出口道只有在相交方向放行直行相位時才存在道路資源不充分利用的現象，此時本方向左轉公交車可進入出口道方向的逆向可變車道并在此排隊候車，從而實現了基于逆向可變車道的左轉公交放行。若要實現上述效果，交叉口信號相序須采用“先左轉后直行”的順序。原因是如果采用“先直行后左轉”的信號相序，則本方向進入逆向可變車道的左轉公交會與相交方向的左轉車輛和對向的直行車輛發生沖突。若信號相序采用“先左轉再直行”，相交方向左轉相位放行后，直行相位開始放行，此時本方向左轉公交車進入逆向可變車道后便不會與相交方向左轉車輛發生沖突。緊接著本方向左轉相位放行，而逆向可變車道上的左轉公交隨之放行后便不再占用本方向出口道空間，隨后本方向直行相位放行時對向直行來車便不會與左轉公交發生沖突。

3.1.3 左轉公交專用道須設置專用信號燈

因本方向左轉公交車須根據交叉口車流放行情況，判斷是否可以通過左轉公交專用道停車線進入逆向可變車道，故需設置專用信號燈對此控制。

3.2 信號配時

3.2.1 信號相位相序

交叉口采用四相位信號控制，相位1(P1)為相交方向左轉相位，相位2(P2)為相交方向直行相位，相位3(P3)為本方向左轉相位，相位4(P4)為本方向直行相位。信號相位放行為順時針方向如圖5。

圖5 信號相位相序Fig.5 Signal phase and phase sequence

3.2.2 主要信號參數

1)最佳信號周期C0

本信號控制采用Webster 方法計算信號最佳周期C0，如式(5)：

(5)

式中：L為一個周期內總的損失時間，s;Y為交叉口關鍵車流的流量比之和；Y=∑y，y為各相位關鍵車流的流量與飽和流量之比。周期時長宜取40～180 s[12]，L按式(6)計算。

(6)

式中：Ls為啟動損失時間，應當實測，若無實測數據時可取值為3 s；I為綠燈間隔時間，s；A為黃燈時間，可取值為3 s；k為個信號周期內的綠燈間隔數。

其中，綠燈間隔時間I以車輛從停車線到沖突點的時間與車輛制動時間之和計算。

2)綠信比λ

綠信比根據與該相位車流量通過交叉口所需的綠燈時間關系確定，式子如下：

(7)

式中：i為信號周期內的第i相位。

3)專用信號燈綠燈時間T0

本方向左轉公交可從左轉公交專用道進入逆向可變車道的綠燈放行時間(即專用信號燈綠燈時間)T0，如式(8)：

T0=t2-t21+t3-t31+A

(8)

式中：t2為相交方向直行相位綠燈時間，s；t21為前損失時間，s；t3為本方向左轉相位綠燈時間，s；t31為后損失時間，s。

為避免左轉公交車進入逆向可變車道時與相交方向左轉尾車在出口道處發生沖突，故t21應滿足：

(9)

式中：v1為相交方向尾車在本出口道行駛的15%位車速。

為避免在本方向左轉信號綠燈將近結束時左轉公交車進入逆向可變車道排隊，影響相交方向直行車輛的正常通行，t31應滿足：

(10)

3.3 本方向左轉公交放行步驟

本方向左轉綠燈時間為左轉公交車在逆向可變車道的綠燈放行時間，為了本方向左轉公交車能夠安全、順暢地通過交叉口，需采用如下放行步驟：

步驟1：相位1綠燈啟亮時，專用信號燈紅燈啟亮，左轉公交車在左轉公交專用道排隊；

步驟2：相位2綠燈顯示大于t21秒時，專用信號燈綠燈啟亮，左轉公交車從左轉公交專用道進入逆向可變車道排隊；

步驟3：相位3綠燈啟亮時，逆向可變車道的公交車與左轉車道的其他車輛同時放行；

步驟4：相位3綠燈結束前(t31-A) s時，專用信號燈紅燈啟亮，未進入逆向可變車道的左轉公交車則在左轉公交專用道上排隊等待。

步驟5：相位4綠燈啟亮時本方向左轉公交車繼續在左轉公交專用道上排隊等待，直至本周期結束。然后執行步驟1，依次循環。

4 案例分析

4.1 案例設計

為了驗證基于交叉口逆向可變車道的公交左轉優先管理方法的效果，在VISSIM 微觀仿真軟件中進行仿真對比。選取該交叉口東進出口道為主要研究對象，交叉口幾何條件如圖6，此外，其車道功能劃分及流量分布見表2。逆向可變車道長度設置為56 m，左轉公交專用道長度設置為42 m，漸變段長度設置為15 m，在交叉口內設置導向線對東進口左轉車道的車輛進行誘導。設置逆向可變車道前后的信號周期C取值為160 s，采用四相位定時信號控制，信號相序為先左轉后直行，信號控制方案見表3。

表2 交叉口車道功能劃分及流量分布

注：設置左轉公交專用道的東進口左轉公交車為88 veh/h。

表3 交叉口信號控制方案

其中設置組合車道后，左轉公交專用道前的專用信號燈綠燈時間為53 s，黃燈時間為3 s。根據t21，t31，同時考慮逆向可變車道的使用尚處于起步階段，故采取較謹慎的做法。本案例執行專用信號燈在相位2綠燈開始后10 s起亮綠燈，在相位3綠燈結束前10 s啟亮紅燈。

圖6 交叉口幾何條件Fig.6 Geometry condition of intersection

4.2 仿真結果分析

通過利用VISSIM仿真軟件對比逆向可變車道和左轉公交專用道的組合車道設置前和設置后的交通運行狀態仿真效果，交叉口以及東進口在組合車道設置前后的結果對比見表4及表5。

表4 交叉口仿真結果對比

注：veh/T表示輛/平均每個周期。

表5 東進口仿真結果對比

通過上表統計數據可得，設置組合車道后交叉口南北西3個進口方向的車輛行駛正常，基本不受逆向可變車道的影響；東進口左轉公交車和其他左轉車輛在一個信號周期內的車均延誤分別降低了40.0%和42.8%，通行量分別提高了33.3%和27.7%，這主要是充分利用了出口道的時空資源；東進口最靠近左轉車道的直行車道3由于受左轉車排隊隊尾的少部分車輛占道影響，但影響很小，同時其他直行車道的車輛通行基本不受影響。相對于整個東進口，車均延誤降低了13.3%，通行量則提高了2.7%。

5 結 語

針對交叉口出口道時空資源利用率不高的問題，以進口道左轉公交優先為目標，提出了基于逆向可變車道與左轉公交專用道相組合的公交左轉優先方法。通過分析組合車道設置前后交叉口運行效果，分析結果表明：本方法在有效提高進口道公交車通行效率的同時基本不會影響其他車輛的正常通行，為公交優先管理提供了一種新的思路。

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(責任編輯 朱漢容)

Priority of Left-turn Bus at Intersection Based on Reverse Variable Lane

XU Jianmin1,2, ZENG Lingyu1, JING Binbin1, MA Yingying1

(1. School of Civil and Engineering and Transportation, South China University of Technology, Guangzhou 510640, Guangdong， P.R.China; 2. Jiangsu Province Collaborative Innovation Center of Modern Urban Traffic Technologies, Southeast University, Nanjing 210096, Jiangsu，P.R.China)

Aiming at the problem of low utilization of time-space resources at exit of intersection and to pursue the goal of giving priority of right of way to left-turn transit bus at entry lane, a priority of right of way management method was proposed which allows for priority right of way of left-turn bus at intersection by setting a reverse variable lane and exlusive lane for left-turn bus based on existing road conditions and thus the priority of left-turning bus was achieved.The conditions meeting the requirements of both lanes at cross were analyzed and the lanes were designed. The corresponding signal control method was proposed and in combination with design case the effect of running intersection before and after setting reverse variable lanes were compared by software VISSIM. The simulation results demonstrate that the management mode with reverse variable lane can effectively reduce average delay of left-turn bus at given entry and improve its traffic volume without impacting the normal movement of traffic bounding for other directions at that intersection. The effectiveness of the method was proved by reality. Therefore, the above new ideas and methods provided can achieve a better priority for the left-turn bus meanwhile reducing the idle time of exit lane.

traffic and transportation engineering; priority right of way of left-turn bus; reverse variable lane; exclusive lane for left-turn bus

10.3969/j.issn.1674-0696.2017.02.14

2016-02-20；

2016-04-14

國家自然科學基金項目(51308227)；廣東省重大科技專項項目(2012A010800007)；廣州市南沙區科技計劃項目(2014MS11)；廣東省交通運輸廳市場主導性科技項目(科技-2015-02-070)

徐建閩(1960—)，男，山東招遠人 ，教授，博士生導師，主要研究方向：交通信息工程、控制理論與控制工程。E-mail: aujmxu@scut.edu.cn。

馬瑩瑩(1983—)，女，吉林省吉林人，副教授，主要研究方向：城市交通系統分析與優化。E-mail: mayingying@scut.edu.cn。

U491.1+7

A

1674-0696(2017)02- 078- 07