城市小間距組合交叉口交通組織優(yōu)化研究

方婷

（蘭州市公安局交通警察支隊(duì)交通科研所，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

在早期的城市規(guī)劃中，由于受到城市交通發(fā)展理念的制約，在道路建設(shè)中未統(tǒng)籌考慮整個(gè)區(qū)域交通網(wǎng)，從而產(chǎn)生了一些小間距組合型交叉口，有的間距甚至低于規(guī)定的最小值，給改善整個(gè)城市道路網(wǎng)的交通環(huán)境帶來(lái)了一定困難。因此，運(yùn)用先進(jìn)的交通管理理念，結(jié)合交通管控措施，提出合理的交叉口交通組織優(yōu)化策略，進(jìn)而緩解上述交叉口的交通擁堵，給交通參與者提供更便捷的出行環(huán)境，具有重要意義。

1 小間距組合交叉口的交通流特性分析

1.1 城市交叉口的主要形式

交叉口是將兩條或兩條以上道連結(jié)起來(lái)的重要節(jié)點(diǎn)。平面交叉口的形式主要是由城市的道路規(guī)劃、周圍建筑的情況、交通用地等因素決定的。城市中交叉口的主要形式包括：十字形交叉口、X 形交叉口、T形交叉口、Y 形交叉口、錯(cuò)位形交叉口、環(huán)形交叉口和多路交叉口等[1]。

根據(jù)《城市道路交叉口設(shè)計(jì)規(guī)程》（CJJ152—2010）規(guī)定，各類交叉口最小間距應(yīng)能滿足轉(zhuǎn)向車輛變換車道所需最短長(zhǎng)度、滿足紅燈期車輛最大排隊(duì)長(zhǎng)度，以及進(jìn)出口道總長(zhǎng)度的要求，不宜小于150m[2]。但由于城市早期路網(wǎng)規(guī)劃、周邊建筑類型等復(fù)雜原因，造成個(gè)別交叉口間距小于150m。本文主要研究T形交叉口與十字形交叉口組合形成，且間距小于150m 的交叉口形式。

1.2 小間距組合交叉口的交通特性分析

間距很小的兩個(gè)交叉口，除了要考慮各交叉口內(nèi)的交通沖突，還應(yīng)考慮車流需在短距離內(nèi)完成轉(zhuǎn)彎、變道、再轉(zhuǎn)彎的動(dòng)作，這就使兩個(gè)交叉口之間形成了運(yùn)行交織區(qū)，交織行駛的交通流對(duì)主線交通流及相交道路上的車流造成很大的干擾；另外，兩個(gè)交叉口間距不滿足規(guī)范設(shè)計(jì)要求，銜接路段內(nèi)的車輛相互影響很大，使得交通秩序更加混亂，交通管控更為復(fù)雜，車輛與車輛之間、車輛與人之間的矛盾更為凸顯。

合理組織機(jī)動(dòng)車和行人在交叉口內(nèi)的運(yùn)行流線，是提高交叉口通行能力和車輛運(yùn)行效率的關(guān)鍵[3]。通過(guò)時(shí)間和空間的合理配置，結(jié)合交通管理措施，將存在沖突的交通流分隔開，盡可能減少行人、非機(jī)動(dòng)車、機(jī)動(dòng)車不同種類交通流間的相互影響，在保障交通安全的前提下，降低行車延誤，是交叉口交通組織優(yōu)化的宗旨。

1.3 小間距組合交叉口的改善難點(diǎn)

1.3.1 小間距組合交叉口幾何構(gòu)造特殊，形成原因復(fù)雜。此類交叉口銜接路段過(guò)短，極易形成交通堵點(diǎn)，并成為道路通行的瓶頸。小間距組合交叉口形成的原因包括土地權(quán)屬劃分、用地布局形成、規(guī)劃介入滯后、建設(shè)審批缺漏等。其位置通常在老城區(qū)[4]，這導(dǎo)致小間距組合交叉口的工程改造難度大，道路進(jìn)行改擴(kuò)建的余地有限。

1.3.2 小間距組合交叉口的交通流特性較復(fù)雜。如上文提到的短距離內(nèi)交織問(wèn)題，就是優(yōu)化設(shè)計(jì)此類交叉口的難點(diǎn)。同時(shí)，車輛經(jīng)過(guò)此路段時(shí)，短距離內(nèi)由于信號(hào)控制等原因需要停車多次，平均延誤大；如果兩路口信號(hào)控制不做綠波協(xié)調(diào)，當(dāng)上游交叉口的通行效率高于下游交叉口時(shí)，便會(huì)造成下游交叉口車流排隊(duì)，車輛不斷堆積，直至上游交叉口溢出，進(jìn)而影響到后續(xù)到達(dá)車輛。

1.3.3 交叉口改善通常以機(jī)動(dòng)車作為主要對(duì)象，忽略了非機(jī)動(dòng)車和行人過(guò)街的安全性及其對(duì)車流造成的影響。機(jī)動(dòng)車的持續(xù)通行，使行人沒有適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)安全過(guò)街；同樣的，若非機(jī)動(dòng)車和行人隨意過(guò)街，將嚴(yán)重妨礙機(jī)動(dòng)車流正常行駛，增加行車延誤及停車次數(shù)，降低行車安全性。因此，小間距組合交叉口的改善，應(yīng)從時(shí)間和空間兩方面著手，不僅要實(shí)現(xiàn)相互沖突車流的分離，還要實(shí)現(xiàn)不同種類交通流的分離。

2 小間距組合交叉口的交通組織優(yōu)化策略

2.1 交叉口信號(hào)控制優(yōu)化

交叉口內(nèi)部交通流的沖突點(diǎn)主要為交叉沖突點(diǎn)，而路段中還存在合流沖突點(diǎn)與分流沖突點(diǎn)[5]。三種沖突點(diǎn)中，危險(xiǎn)性最高的是交叉沖突點(diǎn)。信號(hào)控制是指從時(shí)間上給不同方向的交通流分配路權(quán)，將存在沖突的交通流控制在不同時(shí)間段內(nèi)通行，減少甚至消除交叉沖突點(diǎn)與合流沖突點(diǎn)，提高通行安全性，規(guī)范交通秩序的管控方式。

2.1.1 單點(diǎn)信號(hào)配時(shí)相位設(shè)計(jì)

目前，此教學(xué)法已經(jīng)形成了“以任務(wù)為主線、教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體”的特點(diǎn)。任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)轉(zhuǎn)換了課堂上教師與學(xué)生角色的地位，極大地提高了學(xué)生的課堂參與度，發(fā)揮了學(xué)生在課堂上的主體作用。

在信號(hào)控制方式中，若允許左轉(zhuǎn)車輛與對(duì)向直行車輛存在沖突，可采用兩相位控制的放行方式。此種情況適用于沒有設(shè)置專左車道，或設(shè)置有專左車道但左轉(zhuǎn)交通流較少的情況。

對(duì)于左轉(zhuǎn)車輛較多且有專左車道的進(jìn)口道，需要單獨(dú)控制左轉(zhuǎn)車流。T 形交叉口采用三相位信號(hào)控制：北左、西直+東直、西左。十字形交叉口可采用四相位信號(hào)控制：西直+東直、西左+東左、南直+北直、北左+南左。此時(shí)，左轉(zhuǎn)車輛可在同方向直行車輛放行時(shí)，駛?cè)氪D(zhuǎn)區(qū)。當(dāng)某條道路的進(jìn)口方向交通流量不對(duì)稱，如南進(jìn)口左轉(zhuǎn)和直行流量均大于北進(jìn)口，東進(jìn)口左轉(zhuǎn)和直行流量都比西進(jìn)口大時(shí)，可采用搭接相位信號(hào)控制，即將流量較小的流向關(guān)閉，提前開啟流量較大的方向[6]。搭接相位控制方案：東直+西直、東直+東左、東左+西左、南直+北直、南直+南左、南左+北左。

2.1.2 綠波協(xié)調(diào)控制配時(shí)設(shè)計(jì)

小間距組合交叉口信號(hào)控制優(yōu)化，不僅要分別優(yōu)化設(shè)計(jì)各個(gè)交叉口的信號(hào)控制方案，還要統(tǒng)籌優(yōu)化交叉口組成的區(qū)域信號(hào)控制方案。由于交叉口距離很近，適宜采用綠波協(xié)調(diào)控制的策略。設(shè)計(jì)綠波協(xié)調(diào)控制方案時(shí)，首先要確定一個(gè)公共周期，然后將各個(gè)路口的周期調(diào)整至公共周期[7]。接著要測(cè)算相位差，根據(jù)交叉口內(nèi)兩條停車線間距離、兩交叉口銜接路段長(zhǎng)度、該路段車輛平均時(shí)速、主線道路上直行方向各綠燈時(shí)長(zhǎng)，以及協(xié)調(diào)方向的綠燈開始時(shí)間，計(jì)算出相位差，并將相位差寫進(jìn)配時(shí)方案內(nèi)，最后將方案下載到智能信號(hào)機(jī)。

本文中為了進(jìn)一步減少停車延誤，節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本，考慮相鄰交叉口使用同一信號(hào)機(jī)，主路直行交通流設(shè)置為“同紅同綠”。

2.2 交叉口渠化設(shè)計(jì)分析

交叉口渠化設(shè)計(jì)的方法主要有專左車道設(shè)計(jì)、專右車道設(shè)計(jì)、增加進(jìn)口車道數(shù)、設(shè)置待行區(qū)、設(shè)置可變車道、停車線前移等[8]。

小間距組合交叉口銜接路段的交織沖突嚴(yán)重，主路交通流通行效率低、停車次數(shù)多、延誤增加、交通安全性較低。上文提到的信號(hào)控制優(yōu)化雖然可以有效控制交叉口沖突點(diǎn)、提高通行安全，但無(wú)法解決交織運(yùn)行路段的車輛沖突問(wèn)題[9]。為進(jìn)一步優(yōu)化交叉口的運(yùn)行環(huán)境，本文結(jié)合交通管控措施，對(duì)交叉口進(jìn)行渠化優(yōu)化設(shè)計(jì)。十字形交叉口南北兩側(cè)道路設(shè)計(jì)為單行出口道，從而減少交叉口內(nèi)沖突點(diǎn)；西進(jìn)口禁止左轉(zhuǎn)（左轉(zhuǎn)車輛可在上游T 形交叉口實(shí)現(xiàn)左轉(zhuǎn)需求），這樣能有效減少左轉(zhuǎn)車流造成的交織干擾；路段內(nèi)人行橫道線間距不符合規(guī)定的最小值，應(yīng)酌情減少其數(shù)量。優(yōu)化后的交通流線圖如圖1 所示。

圖1 渠化后小間距組合交叉口交通流線圖

此改善方法適用于間距很小的T 形與十字形組合交叉口。該策略經(jīng)濟(jì)成本低、社會(huì)影響較小、交管部門易實(shí)施，可與其他交通組織優(yōu)化策略配合使用，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

3 優(yōu)化應(yīng)用實(shí)例

3.1 路段概況

本文研究對(duì)象為蘭州市城關(guān)區(qū)火車站西路（仁恒國(guó)際至鐵路新村東街）路段?；疖囌疚髀返缆饭δ転榻煌ù胃陕?，在城區(qū)道路中起到重要作用，承擔(dān)著東西方向大量交通流。其通行質(zhì)量直接關(guān)系到城區(qū)東西方向交通流能否實(shí)現(xiàn)運(yùn)行暢通。由于兩個(gè)交叉口距離僅70m，使得路段交通組織設(shè)計(jì)復(fù)雜；加之附近居民小區(qū)多、人流量大、過(guò)街行人多，車輛因禮讓斑馬線難以通行，部分行人不走人行橫道線，隨意橫穿馬路，造成此處交通環(huán)境惡劣，車輛通行效率低。

此外，該路段還存在以下問(wèn)題：

3.1.1 主線道路上短距離內(nèi)出現(xiàn)四組人行橫道線，對(duì)主路車流影響較大，車輛行駛至該路段，大概率會(huì)停車兩次甚至多次。

3.1.2 設(shè)計(jì)之初，為降低車流平均延誤，未在十字交叉口設(shè)置交通信號(hào)燈，各個(gè)交通流禮讓通行，交通安全性較低；由于行人過(guò)街的隨意性，過(guò)往車輛為禮讓行人可能隨時(shí)停車，反而增加了行車延誤。

3.1.3 十字交叉口東進(jìn)口沒有設(shè)計(jì)專左車道，將來(lái)對(duì)交叉口進(jìn)行信號(hào)控制，只能將左轉(zhuǎn)和對(duì)向直行車輛混合放行，進(jìn)而導(dǎo)致西側(cè)和南側(cè)行人沒有合適的時(shí)機(jī)過(guò)街，信號(hào)控制方案優(yōu)化難度大。

3.2 優(yōu)化方案

針對(duì)上述問(wèn)題，對(duì)兩個(gè)交叉口實(shí)施以下優(yōu)化改善策略：

3.2.1 減少人行橫道線?？紤]在盡量不增加行人繞行距離的情況下，將火車站西路上四條人行橫道線減少為兩條。由于十字形交叉口東側(cè)過(guò)街行人與東西進(jìn)口道各方向車流均存在交通沖突，信號(hào)相位設(shè)計(jì)難度大，因此將此處斑馬線取消。結(jié)合過(guò)街設(shè)施設(shè)置規(guī)范與行人通行便捷性，取消T 形交叉口東側(cè)斑馬線。

3.2.2 增加專用左轉(zhuǎn)車道。火車站西路—鐵路新村東街東進(jìn)口無(wú)專左車道，若直接將直左車道改為專左車道，則東向西直行車流通行壓力增大。當(dāng)前車道寬度為3.5m，可以通過(guò)適當(dāng)壓縮車道寬度來(lái)增加車道數(shù)。壓縮后，車道平均寬度為3m，進(jìn)口車道數(shù)由2 條增加為3 條，車道屬性設(shè)計(jì)為左轉(zhuǎn)、直行、直右。渠化設(shè)計(jì)方案如圖2 所示。

圖2 火車站西路近距離交叉口渠化設(shè)計(jì)方案圖

3.2.3 優(yōu)化信號(hào)控制方案。在設(shè)計(jì)之初，對(duì)十字形交叉口采用無(wú)信號(hào)控制方式。為減少交叉口內(nèi)交通沖突點(diǎn)，保障交通安全性，需對(duì)其進(jìn)行信號(hào)控制。為了避免下游交叉口車輛排隊(duì)，造成上游交叉口車流溢出，應(yīng)對(duì)兩個(gè)交叉口采用綠波協(xié)調(diào)控制。綜合考慮經(jīng)濟(jì)成本，在十字形交叉口只相應(yīng)設(shè)置信號(hào)燈，信號(hào)燈與西側(cè)T 形交叉口使用同一個(gè)。信號(hào)方案采用將兩個(gè)交叉口東西直行方向設(shè)計(jì)在同一相位，即“同紅同綠”，如圖3 所示。

圖3 火車站西路兩個(gè)交叉口優(yōu)化信號(hào)方案圖

3.3 仿真分析

為對(duì)比分析小間距組合交叉口交通組織優(yōu)化后的效果，進(jìn)一步確定優(yōu)化設(shè)計(jì)方案是否對(duì)路段交通運(yùn)行環(huán)境有所改善，本文借助VISSIM 仿真軟件對(duì)火車站西路兩個(gè)交叉口建立仿真模型，并將優(yōu)化前和優(yōu)化后的方案進(jìn)行對(duì)比。仿真界面如圖4 所示。

圖4 火車站西路小間距組合交叉口仿真模型示意圖

經(jīng)過(guò)仿真模型對(duì)優(yōu)化前后交通方案進(jìn)行模擬，可以得到近距離交叉口采取交通改善前后的指標(biāo)（見表1）。仿真結(jié)果顯示，延誤時(shí)間、排隊(duì)長(zhǎng)度、停車次數(shù)指標(biāo)，均在采用交叉口交通組織優(yōu)化策略后有所改善。

表1 交叉口交通組織優(yōu)化前后各項(xiàng)仿真指標(biāo)對(duì)比

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，小間距組合交叉口的沖突點(diǎn)和交織路段是交通環(huán)境改善的重難點(diǎn)。首先，應(yīng)結(jié)合交叉口交通實(shí)際，將改善的重難點(diǎn)作為切入點(diǎn)，通過(guò)一些交通管控措施，降低各類沖突點(diǎn)對(duì)主線交通流造成的干擾；其次，分析交通管控后的交叉口交通流運(yùn)行特性，通過(guò)交叉口的渠化設(shè)計(jì)和信號(hào)控制優(yōu)化，提高該路段的運(yùn)行效率、緩解車輛擁堵；最后，通過(guò)VISSIM 仿真軟件對(duì)改善前后的方案進(jìn)行評(píng)價(jià)對(duì)比，來(lái)證實(shí)優(yōu)化方案的改善效果，同時(shí)也驗(yàn)證了本文所用方法的可行性和實(shí)用性。