基于車輛延誤的雙向左轉車道設置方法

韓高峰

(安徽省交通規劃設計研究總院股份有限公司；公路交通節能與環保技術及裝備交通運輸行業研發中心，安徽 合肥 230088)

0 引 言

服務型道路是城市道路網的重要組成部分,無信號控制交叉口是城市服務型道路主要的交叉口形式,而延誤大小與安全水平是評價交叉口服務水平的重要指標。典型十字形交叉口中,為保證所有流向無沖突,需要設置多個相位周期來分流交通,采用讓行控制的管理方式可以有效減少交叉口延誤水平,但不能解決交通流沖突問題。交叉口交通管理的目的是從時間和空間上將不同方向交通流隔離,實現交通流在交叉口的安全、高效轉換,雙向左轉為城市服務型道路交叉口設計提供一種思路,尤其是結合道路中間漸變段設置雙向左轉車道,能夠節約城區寶貴的道路資源,特別對老城區內原有區間支路的交通改造提升大有裨益。

國內外對平交路口雙向左轉車道設置已有一定研究。Mccoy等[1]結合城市道路的安全和運營影響,制定了評估雙向左轉車道效益的方法。AASHTO等[2]指出雙向左轉車道通常用于在每個方向不超過兩條車道的城市道路中,同時速度相對較低且無過大左轉交通量的道路。彭永輝[3]等分析城市道路設計中交通量增長帶來的問題以及發達國家城市道路管理中雙向左轉車道的應用經驗。袁偉荷[4]等提出實施雙向左轉車道的方法來改善城鄉接合部等路段接入道路較多情況下的道路交通狀況。此外,相關規范標準[5]也給出了雙向左轉車道標線設置圖例。這些研究雖然對雙向左轉的安全性和通行效率進行了分析,但在確定雙向左轉車道延誤評價及工程應用評價方面不夠深入。本文針對服務型道路交叉口,分析雙向左轉車道對運行車輛安全性及通行效率的影響,給出雙向左轉車道的設置方法,達到降低后期平交口改造的成本的目的。

1 雙向左轉車道

雙向左轉車道[6](Two-Way-Left-Turn-Lane)是在道路中央設置的專為兩側左轉車輛或有特殊需求的車輛提供轉彎場地的專用車道,左轉車輛進入車道后,確認對向來車存在充足的可穿插時間情況下,完成車輛左轉或掉頭,這種交通渠化方式對道路通行優先權重新劃分,有效減少交叉口中左轉車對直行車輛的干擾。如圖1所示,左轉車輛進入交叉口前進入左轉車道,提前實現不同方向交通流分離,伺機左轉,減少前車左轉排隊引起的候車等待時間。

圖1 共用車道與雙向左轉路徑示意圖

2 影響因素

(1) 交通管理方式。交叉口處的交通控制方式分為信號控制和非信號控制。信號控制的雙向左轉控制應結合信號燈相位設置,當左轉交通流與直行分離時,宜設置單獨的左轉相位;非信號控制的車輛在交叉口處左轉,此種控制方式存在一定的安全隱患。

(2) 交通狀況。交通狀況主要涉及交通量、交叉口左轉車輛的比例和車速。主路上的交通量及車速會影響交織區的長度,進而決定了車輛左轉的位置。交織區過長會增加車輛出行的距離和時間,交織區過短會降低主路車流的安全性及通行效率。當主路交通流飽和度較低時,司機容易大意或低估突發情況的發生誘發事故;當主路交通流飽和度逐漸升高時事故率卻隨之下降;主路交通流飽和度在0.68附近時,事故率達到最低值;流飽和度增加時,事故發生率增高,車輛之間干擾嚴重是造成的高事故率是[7]的主要因素。

(3)交通事故。結合國內外應用實例,雙向左轉車道設置可以明顯減少城市雙向兩車道支路事故發生率,尤其是降低偏置正碰和追尾事故率。主要是將雙向兩車道道路開辟左轉車道后,在車輛進入交叉口之前講直行車輛和左轉車輛分離,左轉車輛在交叉口內轉向明確,降低駕駛員誤判產生的讓行決策失誤。同時,直行車輛與左轉車輛分車道行駛后可以降低車道內的車輛行駛速度差,總體上減少交叉口的沖突點數,并且提高了左轉車的行車視距。改造之后交通事故減少是判定雙向左轉車道設置的評價條件。

(4)道路斷面。根據相關研究,采用雙向左轉的交通流組織方式的道路,應為單幅道路。對于滿足設置三車道寬度現狀為機非混行雙向兩車道道路尤為適用,還要考慮交叉口幾何尺寸、道路斷面及管理方式等因素要滿足設置雙向左轉車道要求。

(5)行車延誤。交叉口設置雙向左轉車道后,路段平均車速雖有降低,但交叉口內車輛分道明確,因左轉車輛導致的行車延誤減少。對于城市服務型支路,當交叉口間距滿足共用漸變段設置條件時,可以在不降低路段車速情況下降低行車延誤,改造之后行車延誤減少是判定雙向左轉車道設置的評價條件。

3 基于延誤的雙向左轉車道設置模型

綜合行車安全與行車效率才能確定雙向左轉車道設置的合理性。雙向左轉車道設置效果評價需要考慮諸多因素,本文運用延誤計算模型,同時考慮車輛通行的安全性,結合VISSIM仿真軟件進行雙向左轉車道設置模型的模擬驗證。

車輛間車速的離散程度采用車輛的速度方差反映表征。有研究[8]表明,車輛的速度方差越大則安全性能越差。因此,本文采用車速方差作為行車安全的評價指標。延誤是反映交通運行效率的指標[9],指車輛額外花費的行程時間,延誤越大則交通運行效率越低,本文采用平均車輛延誤作為行車效率的評價指標。

3.1 交叉口信號周期確定

國內一般采用韋伯斯特信號配時優化公式,得到最佳信號周期:

C=(1.5L+5)/(1-Y)

(1)

式中:C為平交口信號周期(s)；L為周期內相位總損失時間(s),包含車輛啟動時間、黃燈時間等,無時間數據時可取3 s；Y為各相位的最大流量比。

3.2 交叉口車輛延誤分析

信號交叉口交通信號控制導致交通流間斷,引起的車輛行駛時間損失,導致車輛延誤。通過交叉口內多股交通流進行時間上的分離,進而減少交通流在空間上沖突點,實現交通流的安全、高效運行。信號交叉口延誤分析是進行信號配時的基礎,交叉口車輛延誤計算如下式[10]:

(2)

式中：dij為相位i的j進口道車輛的平均延誤(s);λi為相位i的綠信比;xij為相位i的j進口方向的飽和度;Pf為平均延誤修正系數,推薦缺省值取1;T為分析期(h),推薦缺省值取0.25;K為取決于控制措施的修正系數,推薦缺省值取0.4；I為上游車輛過濾修正系數,推薦缺省值取1;d0為排隊車輛的初始延誤(s),推薦缺省值取0。

3.3 車輛延誤確定

典型十字形交叉口總延誤:

d=dl+ds&r

(3)

式中:dl為左轉車延誤;ds&r為直行及右轉車延誤[11]。服務型道路交叉口存在左轉車與直行車共用車道時,存在前方左轉車排隊導致后方直行車輛等待的情況,這種路況下交叉口延誤應歸并計算。

3.4 車輛間車速的離散程度

車速離散程度可用速度方差表征,進行交通流量信息采集后數據處理和仿真軟件模擬車輛行駛直接獲取方差值是獲取車速方差的主要方法。

樣本內車輛行駛速度均值:

(4)

車速離散程度用車速方差值表征:

(5)

式中:σ2為車速方差;n為樣本數;vi為第i輛車的行駛速度。

車輛行駛速度方差越小,反映車輛之間相對速度越小,則表明安全性相對較高。

3.5 算法設計

求解步驟如圖2所示。

圖2 求解步驟

Step1.設置雙向左轉車道的基本條件分析,包括道路條件、交通流特征等相關交通特性分析,如道路條件滿足交叉口雙向3車道寬度且路中央無固定隔離帶。

Step2.現狀交通流量數據觀測,并對觀測數據進行篩選。

Step3.計算Ai=min{di,σi},式中Ai為通行效率綜合評價值。

Step4.根據式(1)～式(5)計算調整車道后通行效率綜合評價值Ai。

Step5.比較各計算結果,選取通行效率綜合評價值Ai最高時的車道布局方案。

4 案例分析

為進一步分析本文提出方法的實用性,以常規十字形交叉口為例,其渠化方案如圖1所示。考慮到各道路外側車道為機非混行車道,將非機動車交通量換算為標準小轎車交通量,同時考慮道路車道寬度、車輛橫向干擾等因素對通行能力進行修正,得到雙向左轉和共用車道兩種模式下交叉口各進口道交通參數見表1和表2。

表1 雙向左轉交叉口各進口道交通參數

表2 共用車道交叉口各進口道交通參數

4.1 行車延誤計算

其中修正系數綜合橫向干擾等因素[12]綜合確定,參考取T=0.25,K=0.4,I=1,d0=0,運用式進行交叉口延誤計算,同時考慮到行人最短過街時間,最終得雙向左轉模式下信號燈周期T=54 s,延誤d=13.4 s,公用車道模式下信號燈周期T=60 s,延誤d=15.1 s。不同相位交通信號示意如圖3、圖4所示。

圖3 雙向左轉下不同相位交通信號時長(單位：s)

圖4 共用車道下不同相位交通信號時長(單位：s)

4.2 交通仿真

結合交叉口渠化及交通組織方案對該路口進行仿真測試,依據仿真結果來評判兩種管理方式的使用效果。結合信號配時方案進行信號控制條件下的仿真模擬,雙向左轉模式下仿真評價結果:車均延誤為18.42 s,交叉口整體服務水平為C級。共用車道下仿真評價結果:車均延誤為24.26 s,交叉口整體服務水平為D級。

4.3 結果分析

測算結果表明,左轉與直行車輛之間的速度差較小,交織區的分合流點實現了空間上的分離,雙向左轉控制下車均延誤值明顯小于共用車道控制下的相應值,且速度分布的離散程度更低,安全性提高。從延誤和安全角度評價交叉口服務水平,雙向左轉的渠化模式明顯優于共用車道方式。

為了模擬交織區內速度差,在VISSIM仿真中,在進入交叉口前的車道內設置檢測器,記錄車輛通過標定斷面時的速度值,結果表明車輛之間的速度差較小,即安全性相對較高。

5 結束語

本文從行車延誤和速度方差角度對交叉口交通渠化方式進行研究,在低流量下,主路可接受間隙較長,共用車道方式在延誤水平上相對有優勢,但交通安全性較差。當流量達到閾值時,采用雙向左轉方式可以將交叉口的左轉與直行交通流分離,使得交叉口的延誤水平降低、安全水平提高。結合相關規范及工作經驗,交通流量的小型平交口可設置黃閃燈和路口監控設備,提示駕駛員減速慢行,實時監控交叉口交通狀況,減少車輛排隊時間,提高交叉口的服務水平;流量達到閾值時,設置雙向左轉車道,設置路口信號控制設備,提高交叉口的服務水平及安全性,為服務型平交口的渠化管理提供參考。鑒于本人工作經歷有限,現階段研究僅進行特定流量下基于延誤和車速方差的不同渠化方式的比選,下階段研究運用相關交通流理論測算不同渠化方式下交通流閾值的確定,實現交叉口車道方案轉換的提前預判。