設置綜合待行區的信號控制交叉口綜合評價

高建杰，李 昆

（1．四川警察學院 四川瀘州 646000；2．重慶交通大學 重慶 400074）

信號控制交叉口設置綜合待行區在我國已有一定程度的應用實踐。2010年，上海市閘北交警在天目路口設立了全國首個綜合待行區，高峰時期由交警在現場人工進行控制，結果該路口的晚高峰結束時間竟提前了半個小時[1]。2011年，通過有關專家及專業人士的研究，在上海市共和新路臨汾路交叉口南進口設立了由可變信號燈組自動控制的綜合待行區，并且新增了電子顯示屏來減少人工指揮車輛進入綜合待行區，晚高峰時段道路通行效率提高了3倍，相關路口每天晚高峰擁堵最快可提前一個小時結束，有效地緩解了該交叉口的交通擁堵現象[2]。2012年，廈門市廈門公園東路和公園南路交叉口設置了綜合待行區，同時對該路口的信號配時進行了優化，設置綜合待行區之后一個小時增加了760輛小汽車通過，其通行能力比原來提高22%[3]。

實踐證明交叉口合理設置綜合待行區能夠有效地減少交叉口延誤，但卻不可避免地增加了停車次數[4]，而停車次數在一定程度上也反映出道路對駕駛人的服務質量，目前國內對信號控制交叉口的服務水平評價多采用單指標，不能綜合反映設置綜合待行區交叉口的通行狀態，因此迫切需要尋求一種綜合的評價方法，以系統地對其進行分析評價。

一、綜合待行區概述

（一）基本概念

綜合待行區，是指在現有道路供給不變的情況下，充分挖掘和利用交叉口進口道的空間資源，通過一種全新的交通控制方式，采用主、預信號協調控制，不斷切換待行區內車道的功能，增強進口道蓄車能力，將不同方向的車流在時間資源上進行劃分[5]。

綜合待行區是近年來出現的一種新型的針對于城市道路交叉口的交通控制方式，自提出至今，已在我國上海、廈門等城市得到了運用，取得了十分明顯的效果。綜合待行區是一種特殊的待行區，這種交通控制方式能讓車輛在直行待行區、左轉待行區和掉頭待行區之間不斷轉換，能極大地提高道路交叉口的通行能力。

（二）基本原理

為了便于分析描述，以下將設有設置綜合待行區時的交叉口進口道原有的停車線稱為第二停車線，第二停車線的交通信號稱為主信號，將設置綜合待行區后新增的停車線稱為第一停車線，第一停車線的交通信號稱為預信號。

綜合待行區是將原交叉口進口道的停車線后移，在平行于原有停車線后方的一定距離處增設一條新的停車線，在第一停車線與第二停車線之間形成一定長度的區域，并把這個區域中的左轉、直行車道和掉頭融合在一起，形成一個可供左轉、直行和掉頭車輛在各自相位下同時利用多個車道一起駛入交叉口的一個綜合性車輛等待區域，使每一流向的車流在各自的綠燈時間都能利用到進口道的所有車道。綜合待行區的設置，充分利用了道路交叉口的空間資源，增大了進口道車輛的排隊容量，減少了車輛的排隊長度，減少了排隊車輛引起的擁堵次數，極大地提高了交叉口的通行效率。

在交叉口設置綜合待行區也存在一定的缺點，綜合待行區的設置增加了新的停車線，使排隊車輛進入綜合待行區時產生二次停車問題，勢必增加車輛的停車次數，在一定程度上降低了交叉口對駕駛人的服務質量，同時增加車輛的尾氣排放量，不利于環境健康。

設置綜合待行區就是充分挖掘交叉口的時空資源，使下一相位待放行的車輛提前進入交叉口等待通行，在綠燈時間不變的情況下，增加通過交叉口的車輛數，進而提高交叉口的通行能力[6]。在一個周期內某一個進口道待行區內信號控制車輛行駛通過交叉口的過程見圖1。

圖1 綜合待行區基本原理示意圖

二、基于優序圖法的綜合評價

（一）評價指標的選取

信號控制交叉口是交通延誤發生的主要場所，國內外常用平均信號控制延誤時間作為評價信號交叉口服務水平的主要指標。設置綜合待行區的最大缺陷是會導致車輛停車次數明顯上升，停車次數在一定程度上能夠反映駕駛人的舒適程度。平均排隊長度能夠反映信號控制交叉口的交通擁擠程度。在不考慮環境、經濟等效益的情況下，選取平均信號控制延誤、平均排隊長度、平均停車次數三個指標對信號控制交叉口設置綜合待行區前后的通行狀態進行綜合分析評價。

1.平均信號控制延誤。平均信號控制延誤是間斷交通流的一個關鍵運行性能指標。是車輛受信號控制影響通過交叉口而產生的額外行程時間，它由道路與交通環境條件以及交通管理與控制設施等綜合因素決定，不僅反映交叉口車輛運行的通暢情況，也是反映交叉口服務水平的重要指標[7]。

2.平均排隊長度。平均排隊長度是指紅燈期間各個車道車輛排隊的平均長度，能夠反映整個交叉口的交通擁擠程度。

3.平均停車次數。平均停車次數是單位時間內進口車道因等待紅燈的停車次數與交通流量之比來確定，主要用于評估進口車道或交叉口由信號控制導致的延誤程度[8]。在信號控制中，車輛的停車次數和延誤都是非常重要的指標，在暢通和控制良好的交叉口，車輛在行駛過程中產生的停車次數會較少，而擁擠和控制不良的交叉口，車輛在行駛過程中會產生較多的停車次數。停車次數也與駕駛人的舒適程度有直接關系，反映了道路對駕駛人的服務質量。

（二）評價指標權重確定

由于不同評價指標的重要程度不同，且考慮權重設置的不確定性，本文評價指標權重系數的確定采用優序圖法[9]：通過對多個評價指標進行兩兩相對比較，最后給出重要性次序或者優先次序。若A評價指標比B評價指標優，則評分為1，否則評分為0；若A評價指標與B評價指標相比，優劣相當，則評分為0.5；當A評價指標與A評價指標相比時，直接在表格中填入0.5。

信號控制交叉口的運行效果是通過車輛行車延誤、停車次數等參數反映出來的，對交叉口的優化設計的目標就是提高交叉口的通行效率，使得通過交叉口的全部車輛的總延誤時間最短或停車次數最少，并且通常以延誤作為交叉口單指標服務水平的評定依據，因此，延誤有著極大的重要性，其次是停車次數。本文將三個評價指標的重要性按照平均信號控制延誤最重要，平均停車次數其次，平均排隊長度最后的重要性原則，采用優序圖法計算出平均信號控制延誤、平均停車次數、平均排隊長度三個評價指標的權重大小，各評價指標權重大小見表1。

表1 評價指標權重

（三）評價指標值劃分

指標值是反映交叉口交通運行質量的數學量值，將各項評價值實際數值劃分為五個區間，每個區間分別對應90、80、60、40、20五個指標值，以便進一步計算各進口道的綜合評價指數，各評價指標值劃分見表2、表3、表4。

表2 交叉口平均排隊長度與評價指標值對應表

表3 交叉口平均信號控制延誤與評價指標值對應表

表4 交叉口平均停車次數與評價指標值對應表

3.4綜合評價指數計算

綜合評價指數在85-90之間評價為“優”，75-84之間評價為“良”，55-74之間評價為“中”，45-54之間的評價為“合格”，20-44之間評價為“差”。綜合評價指數計算采用以下公式：

式中：

E-綜合評價指數；

ei-第個指標評估得出的評價指標值；

wi-第個指標的權重；

n-選取的指標個數。

三、實例應用

（一）綜合待行區設置前交叉口概況

1.幾何構造。選取瀘州市電信商城交叉口為研究對象，該路口形式為十字形交叉口。江陽西路兩端以及刺園路一段均設有中央隔離欄，刺園路二段無中央隔離欄且僅允許右轉。交叉口幾何構造見圖2。

圖2 電信商城交叉口幾何構造

2.信號配時。電信商城交叉口采用4相位信號控制方式，其中四個進口道的右轉均不受信號燈的控制，詳見圖3。

圖3 電信商城交叉口相位相序

電信商城交叉口信號綠燈間隔時間為I=3s，未設置全紅時間，主干道江陽西路兩個進口道直行的綠燈時間最大為51s，信號配時見圖4。

圖4 電信商城交叉口信號配時

3.交通流量流向。通過對瀘州市電信商城交叉口交通流量的實地調查，得到江陽西路北、江陽西路南、刺園路一段、刺園路二段高峰小時交通流量分別為3901pcu/h、3931pcu/h、1535pcu/h、1221pcu/h。其中主干道江陽西路的交通流量最大，車輛擁堵情況較為嚴重，排隊長隊最大超過150m，該交叉口流量流向見圖5所示。

圖5 電信商城交叉口交通流量流向圖

（二）綜合待行區設置后交叉口概況

1.設置綜合待行區渠化設計。根據綜合待行區設置條件，考慮電信商城交叉口實際情況，在江陽西路兩端的進口道設置綜合待行區。設置綜合待行區后渠化圖如圖6所示。

圖6 電信商城交叉口綜合待行區設置渠化圖

2.信號配時方案。由于刺園路二段進口道只允許車輛右轉，并且不受信號燈的控制，江陽西路兩進口道直行和左轉的車流量較接近，為了減少過多相位轉換時損失的通行時間，提高交叉口的通行能力，將原來的4相位減少為3相位，同時在第一停車線處設置預信號，在第二停車線處設置主信號。由于主信號采用3相位，考慮江陽西路直行車輛遠大于左轉，蓄車時間多用于直行。預信號采用2個相位分別控制江陽西路兩端進口道直行和左轉的車輛進入到綜合待行區，預信號綠燈亮起時間提前于主信號綠燈亮起時間4s，以保證綜合待行區域內的車輛被及時清空。具體信號配時方案見圖7、圖8。

圖7 電信商城交叉口設置綜合待行區相位設計

圖8 電信商城交叉口設置綜合待行區信號配時方案

3.配套設施設置。綜合待行區需要合理的設置信號來引導車輛進入綜合待行區排隊等候。在第一停車線處加裝一組可變信息牌，以指示第一停車線后排隊的車輛是否駛入綜合待行區。在第二停車線處設置含左轉和直行箭頭的信號燈，以指示是否放行綜合待行區內排隊等候的車輛。在第一停車線后適當距離處設置指示標志，以提醒駕駛員前方設置有綜合待行區。綜合待行區的配套設施設置見圖9。

圖9 電信商城交叉口綜合待行區配套設施設置

（三）VISSIM仿真及結果輸出

運用VISSIM仿真軟件對綜合待行區設置前后的電信商城交叉口進行仿真，仿真結果數據如表5所示。

表5 仿真結果數據

由表中數據可知，除了未設置綜合待行區的刺園路一段進口停車次數基本不變外，設置綜合待行區后交叉口的排隊長度、延誤指標均有所下降，而停車次數卻明顯上升。因此，為全面的反映設置綜合待行區的交叉口的服務水平，需要綜合考慮各項評價指標，對其進行綜合評價。

（四）評價結論

采用前文基于優序圖法的綜合評價方法，對瀘州市電信商城交叉口設置綜合待行區前后交通運行狀況進行綜合評價，評價過程及結果如表6、表7所示。

表6 設置綜合待行區前電信商城交叉口的綜合評價計算表

表7 設置綜合待行區后電信商城交叉口的綜合評價計算表

由表6、表7的綜合評價結果可知，比較設置綜合待行區前后交叉口交通運行質量，按傳統服務水平評價方法，以延誤為指標，根據HCM服務水平劃分標準，電信商場交叉口延誤由45.63s降至28.96s，服務水平由D級提高為C級，說明設置綜合待行區后的交叉口處于較好的交通運行狀態。按綜合評價方法，該交叉口服務等級由差提高為合格，說明設置綜合待行區對交叉口有一定程度的改善，但效果并不理想，交叉口仍處于較差的交通運行狀態。因此，對設置綜合待行區的交叉口進行交通運行狀態的評價，應綜合考慮停車次數、排隊長度、延誤等指標，采用綜合評價的方法。

[參考文獻]：

[1]馬曉旦，任恒愷，夏曉梅.信號交叉口綜合待行區的設置研究[J].森林工程，2015.

[2]中國警察網.待行區后退40米通行效率高三倍[EB/OL].http://www.cpd.com.cn/n1695/n3559/c1483631/content.

[3]大閩網.廈門治堵第一招出手“綜合待行區”昨晚起試行[EB/OL].http://fj.qq.com/a/20120728/000041.htm.

[4]成 衛，王 勇，袁滿榮.基于交通運行效益評價的綜合待行區預信號控制研究[J/OL].重慶交通大學學報(自然科學版)，:1-8.

[5]杜 倩.平面交叉口綜合待行區的交通組織優化設計研究[D].西南交通大學，2017.

[6]孫吉瑞，車國鵬，溫漢輝，單 姍.綜合待行區對交叉口通行能力及延誤影響的研究[J].公路交通技術，2015.

[7]蔡美玲.平面信號交叉口通行效益分析及綜合評價[D].西南交通大學，2008.

[8]中華人民共和國公安部.《道路交通信號控制方式 第2部分:通行狀態與控制效益評估指標及方法》（GAT 527.2-2016）.

[9]嚴廣樂.系統工程[M].機械工業出版社，2008.