城郊結(jié)合部丁字路口信號燈配時設置研究

周金，樊軍

(解放軍理工大學野戰(zhàn)工程學院，江蘇南京 210007)

城郊結(jié)合部丁字路口信號燈配時設置研究

周金，樊軍

(解放軍理工大學野戰(zhàn)工程學院，江蘇南京 210007)

隨著城市化建設進程的加快，城郊結(jié)合部丁字路口的信號燈設置問題日益突出。以南京市仙林大道與太陽城路交叉口為例，分析總結(jié)城郊結(jié)合部丁字路口的特性和存在問題，采用TRRL法計算丁字路口信號燈的設置周期與有效綠燈時間，將得到的配時方案與其原配時方案相比較，提出了突出進出城交通主方向，城郊結(jié)合部丁字路口信號燈設置的優(yōu)化配時方案。

城郊結(jié)合部;丁字路口;信號燈;TRRL

0 引言

隨著我國城鎮(zhèn)化建設的不斷推進，城市周邊地區(qū)發(fā)展增速，城郊之間的交通流量日趨增大。城郊結(jié)合部的各項配套設施及管理政策、措施迫切需要完善，城郊結(jié)合部的道路作為有效連接兩者的紐帶，其信號燈的設置問題更是一個需要充分考慮的問題。

城郊結(jié)合部位置的進出城道路常與環(huán)城路形成丁字形路口，這類隨著交通流量的不斷增大，常常形成擁堵，影響整個路網(wǎng)的有效進出。在道路不做調(diào)整的情況下，通過設置合理的路口信號燈，可以提高路口通行能力，使進出城車流更加順暢、高效。本文主要選取城郊結(jié)合部常見的丁字路口為研究對象，以南京市仙林大道和太陽城路交叉口為例，討論丁字路口信號燈配時設置的方法。

1 城郊結(jié)合部丁字路口特性調(diào)查與分析

1.1 調(diào)查及基本情況

本文所研究的交叉口位于南京市仙林大道與太陽城路的相交點，見圖1。該交叉口為T型，東西方向(仙林大道)為雙向6車道，南北方向(太陽城路)為雙向4車道，道路中間均有綠化隔離帶。

圖1 研究對象位置示意圖

經(jīng)現(xiàn)地短期交通調(diào)查，統(tǒng)計數(shù)據(jù)如圖2和圖3所示。

圖2 當量交通量折線圖(2014)

圖3 年當量交通量折線圖(2013)

對比以后發(fā)現(xiàn)六個行車方向可以分為兩個數(shù)量級，左轉(zhuǎn)出仙林大道(進城方向)和右轉(zhuǎn)入仙林大道(出城方向)車流量為第一數(shù)量級，其他行車方向為第二數(shù)量級，這主要是因為該交叉口位于寧洛高速、滬蓉高速馬群樞紐西側(cè)，是市中各區(qū)到仙林方向的重要樞紐，車輛去往仙林方向要從該處右轉(zhuǎn)入仙林大道，從仙林方向到市區(qū)需要左轉(zhuǎn)出仙林大道進入太陽城路。

2014年各個行車方向的車流量較2013年都有所增長，最小增長率為4.2%(仙林大道西向直行)，最大增長率為29.0%(仙林大道東向直行)，這說明該道路的交通量及道路使用率在逐漸增大; 2014年各行車方向不同時段的車輛數(shù)變化幅度比2013年大。

1.2 信號燈分析

調(diào)查路口為四相位的丁字交叉路口，是城郊結(jié)合部較常采用的，信號相位如圖4所示。該路口的放行順序為:東西直行(同時北向右轉(zhuǎn))，東向右轉(zhuǎn)西向左轉(zhuǎn)西向直行(同時北向右轉(zhuǎn))，東向右轉(zhuǎn)北向左轉(zhuǎn)(同時北向右轉(zhuǎn))。具體配時如圖5所示。

圖4 交叉口相位圖(圖中左-西、右-東、下-南)

圖5 現(xiàn)有信號燈配置時間圖(單位:s)

南向東為出城(至仙林)方向，路口燈一直長綠，在全信號周期都可通行;其次為西向南為70秒。

1.3 路口交通特性及問題

根據(jù)交通調(diào)查發(fā)現(xiàn)，城郊結(jié)合部隨著城市的發(fā)展，交通增長較快，迫切需要完善優(yōu)化其交通運營;城郊結(jié)合部往往是主城與周邊的集散關鍵節(jié)點，周邊房價較主城低，以居住為主，上班在主城區(qū)，因此，出行活動主要集中在上下班時間，交通工具以小型車和非機動車為主，駕駛年齡段主要為青年。

城郊結(jié)合部的連接形式一般為丁字路口;聯(lián)結(jié)各個交通樞紐如繞城高速、城市快速路等，同時具有城市道路和郊區(qū)道路的一般特性;

交通組成以小客車為主，中客、小貨次之，大貨車和大客車較少;交通量在方向上有明顯的側(cè)重性，以進城和出城方向為主要的交通流向，主方向和次方向的交通量差異較大;交通量在時間上的變化存在高峰期，主要表現(xiàn)在上下班時間會大大增加，但是變化的幅度一般沒有城市交通大。

信號燈的時間配置考慮車流的主要方向不足，增加了車輛的停車與延誤，導致了運行成本的浪費;由于所在區(qū)域往往離市中心較遠，各項配套設施和管理政策、措施并不完善，如調(diào)查的丁字路口沒有設置非機動車的指示燈等。

2 丁字路口信號燈配置模型

用以下公式[1]進行計算交叉口直行車道的通行能力。

式中: Cs——1條直行車道的通行能力，pcu/h;

Tc—— 信號周期，s;

tg—— 對應相位的綠燈時間，s;

t1—— 綠燈亮后，第一輛車啟動，通過停車線的時間(s)，可采用2.3 s;

t2——直行或右轉(zhuǎn)車輛通過停車線的平均時間(s/pcu)，小型車組成的車隊，取2.5 s，大型車組成的車隊，取3.5 s，混和車組成的車隊，按表1選用。

φ——折減系數(shù)，可用0.9。

表1 混合車隊ti取值

求得東進口的一條直行車道通行能力為684 pcu/h>137 pcu/h(即2條直行車道中的1條車道通行能力大于1/2小時即半小時交通量)，西進口的一條直行車道的通行能力為344 pcu/h>161 pcu/h(即2條直行車道中的1條車道通行能力大于1/2小時即半小時交通量)。太陽城路進口只有專左與專右車道，為丁字口次要道路，按照規(guī)范，該進口通行能力等效于1條直行車道的通行能力。根據(jù)加權(quán)平均，1條直行車道的通行能力為1 100 pcu/h。

計算交叉口專左車道通行能力:

式中: CsL——專左車道通行能力;

β'1—— 專左車道左轉(zhuǎn)車占本進口車輛的比例。

計算得417(pcu/h)，小于467×2=934(pcu/h)。計算交叉口專右車道通行能力為344(pcu/h)。

采用TRRL法(由F.V.Webster和B.M.Cobbe在1958年創(chuàng)立，以車輛平均延誤最小為目標的信號配時模型及計算方法，也叫Webster法)為依據(jù)，計算丁字路口信號燈的設置周期與有效綠燈時間。其基本出發(fā)點是:車輛通過交叉口時，以其受阻延誤時間作為唯一的衡量指標，然后對信號配時方案進行優(yōu)化計算。

根據(jù)Webster的研究結(jié)果[2]，對于飽和流量影響大的因素是車道寬度。不同車道所對應的飽和流量建議值，計算得出車道飽和流量為1892pcu/h。

根據(jù)實際調(diào)查數(shù)據(jù)，設計各相位車道流量比的組合情況見表2和表3所示:

表2 不同流量比下車道的交通流量

表3 各相位車道流量比

根據(jù)公式[3]:

式中:l——起動損失時間，等于前損失時間和后損失時間之和(s);

I——綠燈間隔時間或交叉口清零時間(s);

A——黃燈時間(s)。

計算得信號總損失時間為16 s，流量比總和為0.8，最佳信號周期時長為100 s，總有效綠燈時間為84 s，各相位有效綠燈時間為第一相位與第三相位都為17 s，第二相位25 s，第四相位8 s。計算所得的信號燈最佳周期表如圖6所示。

圖6 計算所得信號燈最佳周期表(單位:s)

與之前的信號燈配置時間相比，該信號燈的配置解決了該丁字路口存在的大部分問題，主要有以下幾個方面:

(1)將周期長調(diào)整為100 s，相比于原來的95 s有所增長，調(diào)整幅度不大，但為后續(xù)的交通流量增加提供了余地，適用時間更久;

(2)確定了車流量的主次方向，顯著地解決了原配置時間下從仙林大道左轉(zhuǎn)進入太陽城路的車輛擁堵問題，大大縮短行車延誤，節(jié)約了行車成本;

(3)與原方案相比，新的信號燈配置時間對主次方向的信號配時進行優(yōu)化，紅綠燈的時間分配更加合理，保障了各相位順利通行;

(4)該模型考慮城郊結(jié)合部的出行特征，確定了主要的交通流向為進城和出城方向，充分利用丁字路口的特性，比原模型更好地適用于實際情況。

3 結(jié)論

本文用國內(nèi)外常采用的TRRL算法對仙林大道和太陽城路的丁字路口進行了分析研究，得到了優(yōu)化以后的的信號燈最佳周期表，與原紅綠燈周期表相比解決了大部分問題，具有顯著的優(yōu)勢，可以為解決城郊結(jié)合部丁字路口信號燈的設置問題提供參考。

[1] 閆瑞雪. 信號燈最佳周期的確定方法及其仿真研究[D].哈爾濱:東北林業(yè)大學碩士學位論文.2010

[2] 蒲文靜，龍亮，楊曉光. 停車標志交叉口交通信號燈設置依據(jù)研究[J].城市交通.2004(3):7-9.

[3] 過秀成. 道路交通運行分析基礎[M].南京:東南大學出版社. 2010.

U126

文章編號:1009-7716(2015)11-0037-03

2015-07-01

周金(1991-)，女，浙江諸暨人，碩士生，主要從事橋梁結(jié)構(gòu)分析與設計研究。