交叉口優(yōu)化設(shè)計(jì)研究及發(fā)展

張鎮(zhèn)洋

摘 要：對(duì)于城市道路來說，交叉口是各類交通流的集散地，是道路交通的關(guān)鍵，尤其是平面交叉口，占城市交叉口比例相對(duì)較大，對(duì)城市道路至關(guān)重要。隨著小汽車保有量的增加，城市道路交通量也呈現(xiàn)出大幅的增長(zhǎng)，平面交叉口的設(shè)計(jì)已不能滿足交通需求。僅有少數(shù)平面交叉口根據(jù)實(shí)際交通狀況進(jìn)行了相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，一定程度上提高了交叉口的運(yùn)行效率。但是，大部分平面交叉口的設(shè)計(jì)過于簡(jiǎn)單，交通設(shè)施不完善，且與現(xiàn)狀交通實(shí)際情況不盡匹配，嚴(yán)重影響了交叉口的通行能力。本文從交叉口的交通控制與交通控制出發(fā)，通過大量文獻(xiàn)的閱讀，對(duì)交叉口渠化設(shè)計(jì)、信號(hào)協(xié)調(diào)控制、交通組織優(yōu)化等的研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述，并提出新型交叉口的設(shè)計(jì)方式，為研究方向提供一定思路。

關(guān)鍵詞：交叉口;渠化設(shè)計(jì);信號(hào)協(xié)調(diào)控制;新型交叉口

0 引言

對(duì)于城市道路而言，交叉口是城市交通的關(guān)鍵，相對(duì)與道路路段而言，交叉口內(nèi)由于不同流向車流的轉(zhuǎn)向而引起的各種車流之間的交織、分流以及合流等行為，形成若干沖突點(diǎn)，也正是由于其復(fù)雜的交通特性，使得交叉口成為交通持續(xù)混亂和事故的多發(fā)點(diǎn)，降低了道路網(wǎng)通行能力，成為整個(gè)城市道路的瓶頸地帶。而城市道路平面交叉口作為路網(wǎng)交通的主要節(jié)點(diǎn)形式，其交通問題更為突出，其設(shè)置的合理與否直接關(guān)系到相關(guān)線路乃至整個(gè)路網(wǎng)交通功能的發(fā)揮，它對(duì)于城市道路的機(jī)動(dòng)性、通行能力、路網(wǎng)容量以及交通安全都有較大的影響。

本文對(duì)城市道路平面交叉口交通管理和交通控制的理論與方法進(jìn)行較為全面的文獻(xiàn)閱讀，同時(shí)從交叉口群的幾何及交通信號(hào)控制設(shè)計(jì)出發(fā)，在交叉口渠化設(shè)計(jì)、交通組織優(yōu)化設(shè)計(jì)、信號(hào)配時(shí)設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行分析，為研究平面交叉口問題的相關(guān)學(xué)者提供相應(yīng)的研究基礎(chǔ)及背景，并介紹近幾年提出的新型交叉口，最后進(jìn)行對(duì)比評(píng)價(jià)并提出未來研究的發(fā)展趨勢(shì)。

1 交叉口渠化設(shè)計(jì)

1.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀

國(guó)外對(duì)交叉口進(jìn)口道、出口道及其寬度和車道數(shù)、交叉口轉(zhuǎn)彎半徑、交角大小、交叉口沖突點(diǎn)等有相關(guān)的研究[1]。在國(guó)外一般都有較為完善的渠化設(shè)計(jì)規(guī)范或手冊(cè)，美國(guó)的《交通管理設(shè)施手冊(cè)》對(duì)交叉口的渠化方法、交通設(shè)施的設(shè)置（標(biāo)志、標(biāo)線、防護(hù)欄等）、交叉口車道數(shù)及車道功能等有詳細(xì)的說明[2]。日本對(duì)平面交叉口的渠化設(shè)計(jì)研究也較早，在《平面交叉口規(guī)劃與設(shè)計(jì)》里詳細(xì)介紹了多種平面交叉口渠化措施，認(rèn)為通過渠化，能使平面交叉口的各項(xiàng)性能指標(biāo)得到改善[3]。

1.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

2005年，佟炳勛針對(duì)不同交通狀態(tài)下的城市道路網(wǎng)，為充分利用交叉口的通行空間，保證信號(hào)周期設(shè)置的合理，對(duì)交叉口路口道路渠化長(zhǎng)度和車道拓寬的漸變段長(zhǎng)度以及渠化路口規(guī)劃紅線的調(diào)整提出了新的確定方法[4]。2006年，趙偉等人對(duì)左轉(zhuǎn)專用車道進(jìn)行了研究，把左轉(zhuǎn)專用車道分為漸變段、減速段和等候段，并考慮左轉(zhuǎn)的交通量、車頭時(shí)距等因素，得到了左轉(zhuǎn)車道的適當(dāng)偏移可有助于提高駕駛員視距的觀點(diǎn)[5]。

2 交叉口信號(hào)控制

2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀

Gazis1964年對(duì)交叉口交通流進(jìn)行分析，提出了優(yōu)先考慮延誤的信號(hào)配時(shí)方法[6]，Khatib構(gòu)思了一種綠信比優(yōu)化模型，該模型目的使路網(wǎng)通行能力最大化，以此緩解路網(wǎng)中車輛擁擠狀況[7]。2015年，David K.Hale等人提出了對(duì)于孤立的信號(hào)交叉路口的最優(yōu)性和運(yùn)行時(shí)間[8]。

隨著智能交通系統(tǒng)的發(fā)展，一些智能優(yōu)化算法也應(yīng)用于交通信號(hào)協(xié)調(diào)控制中，其中，還需要突破的難點(diǎn)在如何在不確定的動(dòng)態(tài)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)基于學(xué)習(xí)的性能優(yōu)化，其中很有價(jià)值的研究方法是利用開發(fā)自適應(yīng)動(dòng)態(tài)規(guī)劃（ADP）和增強(qiáng)學(xué)習(xí)（RL）方法[9]來優(yōu)化復(fù)雜動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的性能。近十年來，該研究得到了越來越多的關(guān)注。Salkham等開發(fā)了一種用于城市環(huán)境中最優(yōu)交通控制的協(xié)同強(qiáng)化學(xué)習(xí)方法[10]。

2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

1998年，顧懷中與王煒提出了交叉口信號(hào)配時(shí)的模擬退火全局優(yōu)化算法，該算法以延誤時(shí)間、停車次數(shù)和通行能力為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，以適應(yīng)我國(guó)交叉口的混合交通特性[11]。2003年，葛亮等人針對(duì)我國(guó)城市交通的特點(diǎn)，在現(xiàn)有的信號(hào)相位設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對(duì)直行和各轉(zhuǎn)向車流的延誤進(jìn)行計(jì)算，并以計(jì)算出的延誤為優(yōu)化目標(biāo)，研究了混合交通的情況下相位設(shè)計(jì)方案，提出了多相位控制的信號(hào)配時(shí)優(yōu)化方法[12]。

3 現(xiàn)狀評(píng)價(jià)與未來發(fā)展

上述存在的不足即可成為未來研究的方向，在此提出其它新的交叉口研究趨勢(shì)：（1）交叉口中車輛與行人之間的關(guān)系，尤其是行人安全過街（一次過街、兩次過街、對(duì)角過街等）和行人過街延誤問題;（2）公交車在城市的公共交通系統(tǒng)中必不可少，因?yàn)槠湫旭偹俣容^低且車型較為龐大，在交叉口中的運(yùn)行將成為一大難點(diǎn)，尤其當(dāng)在交叉口附近有公交站點(diǎn)時(shí)，如何規(guī)劃公交車的行駛路徑和乘客過街等問題將越發(fā)重要;（3）新型的非常規(guī)交叉路口設(shè)計(jì)會(huì)因特殊布局而使駕駛員感到困惑，但是與人工駕駛不同，自動(dòng)駕駛汽車將克服這一缺點(diǎn)，因此，當(dāng)自動(dòng)駕駛成為現(xiàn)實(shí)時(shí)，如何在交叉口規(guī)劃信號(hào)控制及處理自動(dòng)駕駛車輛的行駛軌跡將成為新的研究熱點(diǎn)。

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