減少機(jī)動(dòng)車與非機(jī)動(dòng)車沖突的交叉口交通組織方法

王耀東,陳雨人,2

(1.同濟(jì)大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院,201804,上海;2.同濟(jì)大學(xué)道路交通安全與環(huán)境教育部工程研究中心,201804,上海)

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減少機(jī)動(dòng)車與非機(jī)動(dòng)車沖突的交叉口交通組織方法

王耀東1,陳雨人1,2

(1.同濟(jì)大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院,201804,上海;2.同濟(jì)大學(xué)道路交通安全與環(huán)境教育部工程研究中心,201804,上海)

為了減少信號(hào)交叉口內(nèi)機(jī)動(dòng)車與非機(jī)動(dòng)車之間的沖突,在分析直行非機(jī)動(dòng)車與右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車行為的基礎(chǔ)上,提出了一種新的非機(jī)動(dòng)車停車組織方法。該方法以現(xiàn)有的非機(jī)動(dòng)車停車線提前法為原型,在原停車線后方加設(shè)第二條非機(jī)動(dòng)車停車線和信號(hào)控制,從而形成兩個(gè)非機(jī)動(dòng)車停車等待區(qū)域,通過(guò)兩個(gè)信號(hào)燈的錯(cuò)時(shí)開(kāi)啟使兩個(gè)區(qū)域內(nèi)的非機(jī)動(dòng)車先后通行,讓右轉(zhuǎn)車能夠利用兩個(gè)非機(jī)動(dòng)車群間的較大時(shí)間間隔通過(guò)沖突區(qū)域。以上海市曲陽(yáng)路大連西路交叉口為例,通過(guò)Vissim仿真證明提出方法的合理性。研究結(jié)果表明,提出的方法適用于非機(jī)動(dòng)車與右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車流量較大的進(jìn)口道,在直行非機(jī)動(dòng)車流量大于500輛/h的情況下,該方法可以有效減少機(jī)動(dòng)車與非機(jī)動(dòng)車之間的沖突,增加右轉(zhuǎn)區(qū)域的安全可靠性和通行效率。

交通安全;交通組織;交通沖突;信號(hào)交叉口;非機(jī)動(dòng)車;Vissim仿真

中國(guó)的非機(jī)動(dòng)車保有量極大,信號(hào)交叉口內(nèi)機(jī)動(dòng)車非機(jī)動(dòng)車沖突(以下簡(jiǎn)稱機(jī)非沖突)是造成交通事故的重要原因,該類沖突中右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車與直行非機(jī)動(dòng)車的沖突又占有相當(dāng)大的比例。當(dāng)右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車流量較大時(shí),信號(hào)交叉口多采用右轉(zhuǎn)專用相位,該相位綠燈亮起后,紅燈時(shí)期排隊(duì)等待的非機(jī)動(dòng)車群以飽和流率快速啟動(dòng)搶占機(jī)動(dòng)車與非機(jī)動(dòng)車沖突區(qū),非機(jī)動(dòng)車流間隙很小,右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車無(wú)法穿越;當(dāng)排隊(duì)等待的非機(jī)動(dòng)車全部通過(guò)沖突區(qū)后,才會(huì)出現(xiàn)右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車可穿越間隙。因而在沖突區(qū)域,直行非機(jī)動(dòng)車優(yōu)先通行,右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車需要等待非機(jī)動(dòng)車流出現(xiàn)可穿越間隙時(shí)才能通過(guò)交叉口[1]。

在高峰時(shí)段,直行非機(jī)動(dòng)車流量極大時(shí),勢(shì)必會(huì)對(duì)右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車造成較大的延誤。由于右轉(zhuǎn)車穿越非機(jī)動(dòng)車的穿越間隙選擇具有不確定性,如果等待時(shí)間過(guò)長(zhǎng),機(jī)動(dòng)車駕駛員失去耐心強(qiáng)行穿越會(huì)產(chǎn)生較大的安全隱患。如果因此而采用右轉(zhuǎn)專用相位與直行相位分離,則會(huì)較大地增加信號(hào)周期的長(zhǎng)度,降低了通行效率。

為了解決這一矛盾,本文采用一種新的非機(jī)動(dòng)車停車組織方法,通過(guò)對(duì)非機(jī)動(dòng)車停車位置和放行時(shí)間的限制與約束,在時(shí)空上依次賦予非機(jī)動(dòng)車與右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車通行優(yōu)勢(shì),這在一定程度上避免了機(jī)動(dòng)車與非機(jī)動(dòng)車沖突,相對(duì)增加了通行效率,減小了安全隱患。

1 右轉(zhuǎn)車與非機(jī)動(dòng)車沖突研究現(xiàn)狀

由于非機(jī)動(dòng)車和機(jī)動(dòng)車的保有量增加,加之近幾年來(lái)電動(dòng)自行車的出現(xiàn),機(jī)動(dòng)車與非機(jī)動(dòng)車沖突日益嚴(yán)重。在日本,1988年之后每年由于機(jī)動(dòng)車與非機(jī)動(dòng)車沖突事故死亡的人數(shù)都要超過(guò)1 000人,這大概占了交通事故死亡人數(shù)的10%。對(duì)于中國(guó)來(lái)說(shuō)情況更加嚴(yán)重,大概38.7%的交通事故死亡事件是由于機(jī)動(dòng)車與非機(jī)動(dòng)車沖突產(chǎn)生的[2]。機(jī)動(dòng)車與非機(jī)動(dòng)車沖突不僅對(duì)安全造成了影響,對(duì)通行能力的影響也很大[3-4]。文獻(xiàn)[5]將機(jī)動(dòng)車與非機(jī)動(dòng)車沖突按照機(jī)動(dòng)車的運(yùn)動(dòng)方向分為了3類,并建立了3種沖突的事故發(fā)生概率預(yù)測(cè)模型。

國(guó)外關(guān)于大流量非機(jī)動(dòng)車的組織方法研究較少,原因在于國(guó)外的非機(jī)動(dòng)車保有量遠(yuǎn)低于中國(guó)。我國(guó)的實(shí)際情況與西方國(guó)家不同,因此對(duì)機(jī)動(dòng)車與非機(jī)動(dòng)車沖突和相關(guān)的管理方法的研究應(yīng)當(dāng)更加深入、具體。文獻(xiàn)[6]研究了未設(shè)置右轉(zhuǎn)專用相位的信號(hào)燈控制道路交叉口右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車與行人和非機(jī)動(dòng)車的沖突行為,對(duì)比分析右轉(zhuǎn)車流正常行駛狀態(tài)和受到干擾情況下通過(guò)道路交叉口時(shí)的車速和過(guò)街時(shí)間。文獻(xiàn)[7]分析了機(jī)動(dòng)車與非機(jī)動(dòng)車發(fā)生交通沖突的條件:非機(jī)動(dòng)車占用沖突區(qū)的時(shí)段內(nèi)有機(jī)動(dòng)車到達(dá)沖突區(qū),并且到達(dá)沖突區(qū)的機(jī)動(dòng)車提供的車頭時(shí)距不大于非機(jī)動(dòng)車穿越的臨界間隙。該文根據(jù)這一條件得到機(jī)非沖突模型,模型計(jì)算結(jié)果表明,隨著非機(jī)動(dòng)車流量的增加,機(jī)動(dòng)車與非機(jī)動(dòng)車沖突概率呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。

非機(jī)動(dòng)車停車線提前法是目前存在的較為成熟的方法,該方法將非機(jī)動(dòng)車的停車線提前至機(jī)動(dòng)車停車線前方一段距離,讓紅燈階段到達(dá)的非機(jī)動(dòng)車在機(jī)動(dòng)車正前方等待,并能夠在相位開(kāi)啟時(shí)優(yōu)先通過(guò)。該方法賦予了非機(jī)動(dòng)車較大的優(yōu)先權(quán),但當(dāng)非機(jī)動(dòng)車流量很大時(shí),不間斷的非機(jī)動(dòng)車流產(chǎn)生可穿越間隙的概率大大減小,會(huì)導(dǎo)致機(jī)動(dòng)車的延誤增加。同樣,類似思想的設(shè)計(jì)還有非機(jī)動(dòng)車相位提前開(kāi)啟法,該方法最先應(yīng)用于行人相位,后應(yīng)用于非機(jī)動(dòng)車,通過(guò)非機(jī)動(dòng)車相位提前開(kāi)啟若干秒,賦予非機(jī)動(dòng)車通行優(yōu)先權(quán)。與停車線提前法不同,這一方法從時(shí)間上將非機(jī)動(dòng)車與機(jī)動(dòng)車進(jìn)行了優(yōu)先權(quán)的分離,但在效果上兩種方法的作用相同,因此其缺點(diǎn)與停車線提前法相同,即不適用于非機(jī)動(dòng)車流量特別大的情形[8-9]。

另外一種方法是將右轉(zhuǎn)專用相位與直行相位分離,這樣可以完全避免右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車與直行非機(jī)動(dòng)車之間的沖突,但缺點(diǎn)在于極大地延長(zhǎng)了信號(hào)周期,降低了交叉口的通行效率。

2 右轉(zhuǎn)車與非機(jī)動(dòng)車沖突處理方法

本文針對(duì)右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車與直行非機(jī)動(dòng)車流量均較大的進(jìn)口道,按照《城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定(高峰時(shí)1個(gè)信號(hào)周期進(jìn)入交叉口的右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車多于4輛時(shí),應(yīng)增設(shè)右轉(zhuǎn)專用車道[10])認(rèn)為,未設(shè)置機(jī)動(dòng)車右轉(zhuǎn)專用道的交叉口處,右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車流量很小;在右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車流量較大時(shí),為減少右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車匯入直行車時(shí)產(chǎn)生的沖突,會(huì)設(shè)置右轉(zhuǎn)專用相位。因此,本文僅針對(duì)進(jìn)口道設(shè)有右轉(zhuǎn)專用相位的情形。

本文采用一種新的設(shè)計(jì)思路,以現(xiàn)有的非機(jī)動(dòng)車停車線提前法為原型,在后方一段距離處加設(shè)第二條非機(jī)動(dòng)車停車線,從而形成兩個(gè)非機(jī)動(dòng)車停車區(qū)域,兩個(gè)區(qū)域的非機(jī)動(dòng)車受到不同的信號(hào)控制,通過(guò)時(shí)間與空間上的分離,依次賦予非機(jī)動(dòng)車和右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車通行的優(yōu)先權(quán),具體設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 信號(hào)交叉口非機(jī)動(dòng)車組織設(shè)計(jì)示意圖

圖1所示為交叉口進(jìn)口道區(qū)域,由上至下的停車線分別為停車線A、停車線B、停車線C,這3條停車線將非機(jī)動(dòng)車的行車區(qū)域分為了3個(gè)部分。區(qū)域①由現(xiàn)有的非機(jī)動(dòng)車停車線提前法設(shè)置而成,直行非機(jī)動(dòng)車在紅燈階段可以在此區(qū)域內(nèi)停車,由于該區(qū)域在右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車停車線前方,所以綠燈亮起后,直行非機(jī)動(dòng)車首先獲得通行的優(yōu)先權(quán),待該部分所有非機(jī)動(dòng)車啟動(dòng)后,右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車才可以通行。區(qū)域②介于停車線B向右延伸部分和停車線C之間,該區(qū)域理論上不允許非機(jī)動(dòng)車停車等候,將區(qū)域①與區(qū)域③的非機(jī)動(dòng)車在空間上分離。區(qū)域③位于停車線C后方,該區(qū)域的非機(jī)動(dòng)車受信號(hào)燈②控制。

位于停車線A處的非機(jī)動(dòng)車與位于停車線B處的機(jī)動(dòng)車受到信號(hào)燈①的控制,即右轉(zhuǎn)專用相位,該相位與直行相位為同一相位。位于區(qū)域③的非機(jī)動(dòng)車受到信號(hào)燈②的控制,該信號(hào)燈的綠燈相位要比信號(hào)燈①延后開(kāi)啟,以保證區(qū)域①內(nèi)的非機(jī)動(dòng)車和一部分右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車正常通過(guò)。由于交叉口入口道處雙信號(hào)燈的設(shè)計(jì)并不常見(jiàn),因此為了達(dá)到指示效果并對(duì)非機(jī)動(dòng)車駕駛員有一定的針對(duì)性,信號(hào)燈②采用專門針對(duì)非機(jī)動(dòng)車的信號(hào)燈并設(shè)有倒計(jì)時(shí),在信號(hào)燈②的前方設(shè)置注意信號(hào)燈的警示標(biāo)志,具體采用的樣式如圖2所示。

(a)信號(hào)燈②樣式 (b)警示標(biāo)志樣式 圖2 信號(hào)燈②及警示標(biāo)志樣式

圖1中,L1為停車線A與停車線B之間的距離,L2為停車線B與停車線C之間的距離。本設(shè)計(jì)中需要確定L1、L2的取值,以及信號(hào)燈①與信號(hào)燈②的配時(shí)方案。

2.1 設(shè)計(jì)參數(shù)取值

本文以上海市曲陽(yáng)路大連西路交叉口內(nèi)的非機(jī)動(dòng)車與機(jī)動(dòng)車的行駛狀況作為確定參數(shù)的數(shù)據(jù)來(lái)源。選擇該交叉口原因如下:①該交叉口形狀規(guī)則,十分典型,為四相位控制交叉口,交叉口長(zhǎng)度為50 m;②進(jìn)口道設(shè)有右轉(zhuǎn)專用車道,且右轉(zhuǎn)車流量較大;③設(shè)有非機(jī)動(dòng)車專用車道且非機(jī)動(dòng)車流量較大;④該交叉口內(nèi)有交通管制,所以大部分機(jī)動(dòng)車與非機(jī)動(dòng)車遵守交通規(guī)則。

首先根據(jù)該交叉口內(nèi)的非機(jī)動(dòng)車行為獲得非機(jī)動(dòng)車的速度-位移模型。該交叉口從進(jìn)口道停車線到出口道停車線距離為50 m,由于交叉口尺寸較大,所以非機(jī)動(dòng)車在交叉口內(nèi)即可達(dá)到期望速度。由于非機(jī)動(dòng)車流量較大,所以非機(jī)動(dòng)車加速過(guò)程較為緩慢,通過(guò)對(duì)交叉口的非機(jī)動(dòng)車進(jìn)行觀測(cè),進(jìn)入交叉口約40 m后,非機(jī)動(dòng)車的速度達(dá)到恒定值,即路段正常行駛速度,之后不再加速。本文借鑒文獻(xiàn)[11]的非線性分析方法,通過(guò)對(duì)該交叉口內(nèi)自行車速度-位移數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),可以得到直行自行車通過(guò)交叉口的速度-位移模型

(1)

式中:Vx為直行非機(jī)動(dòng)車在某一位置處的速度;Vn為非機(jī)動(dòng)車最后達(dá)到的期望車速;x為車輛相對(duì)于進(jìn)口道停車線的距離。對(duì)式(1)進(jìn)行如下整理,可以得到非機(jī)動(dòng)車的速度-時(shí)間模型

dx/dt=v?dx/v=dt

(2)

取Vn=20 km/h,最終得到自行車加速過(guò)程的速度-時(shí)間模型

(3)

同樣可以得到自行車加速過(guò)程的時(shí)間-位移模型

(4)

我國(guó)的非機(jī)動(dòng)車組成較為復(fù)雜,并不只包含自行車一種成分,隨著電動(dòng)自行車的普及,非機(jī)動(dòng)車中電動(dòng)自行車的比重也日益增大,而電動(dòng)自行車的加速性能和速度都明顯大于自行車。根據(jù)觀測(cè)得到的電動(dòng)自行車的運(yùn)動(dòng)特性,結(jié)合非線性分析方法,可以得到電動(dòng)自行車加速過(guò)程的模型

(5)

(6)

(1)確定L1取值。右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車啟動(dòng)后要通過(guò)區(qū)域①后才能進(jìn)行右轉(zhuǎn),因此右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車啟動(dòng)后先做直線運(yùn)動(dòng),假設(shè)該階段機(jī)動(dòng)車做的是勻加速直線運(yùn)動(dòng),通過(guò)交叉口的期望速度為30 km/h。本文確定L1取值的思想為:當(dāng)區(qū)域①內(nèi)最后一輛非機(jī)動(dòng)車啟動(dòng)后,第一輛右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車經(jīng)歷一段啟動(dòng)損失后開(kāi)始運(yùn)動(dòng),通常情況啟動(dòng)損失為0.8～1.2 s,本文取中間值1 s。L1的取值應(yīng)使機(jī)動(dòng)車在正常啟動(dòng)后做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中不受前方直行非機(jī)動(dòng)車的干擾。

為保證機(jī)動(dòng)車啟動(dòng)階段有較大的加速空間,本文在計(jì)算L1時(shí)對(duì)機(jī)動(dòng)車的加速度取較大值2 m/s2,得到機(jī)動(dòng)車在勻加速直線運(yùn)動(dòng)階段的位移與速度時(shí)間函數(shù)為

(7)

Vr=2t-1

(8)

將非機(jī)動(dòng)車與機(jī)動(dòng)車的速度與時(shí)間曲線建立在同一個(gè)坐標(biāo)系內(nèi),如圖3所示。

圖3 非機(jī)動(dòng)車與機(jī)動(dòng)車速度時(shí)間曲線

在t時(shí)刻,機(jī)動(dòng)車與非機(jī)動(dòng)車的位移相等,t時(shí)刻后,如果右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車仍然沒(méi)有開(kāi)始右轉(zhuǎn),則會(huì)受到前方速度較慢的非機(jī)動(dòng)車的干擾而被迫減速,因此t時(shí)刻的位移S即為L(zhǎng)1取值的上限。由于右轉(zhuǎn)車受到速度最慢的非機(jī)動(dòng)車影響,因此在計(jì)算時(shí)采用式(4),令xb=xr,求得t=2.92 s,代入式(7),得到此時(shí)的xr為5.61 m,即L1的最大值為5.61 m,本文中取5 m。

(2)行人影響。在綠燈亮起初期,紅燈期間到達(dá)的行人會(huì)形成人群通過(guò)人行橫道,如果右轉(zhuǎn)車到達(dá)與行人沖突區(qū)域時(shí)人群仍未通過(guò)則會(huì)造成干擾,使得通行效率和安全性下降。設(shè)右轉(zhuǎn)車從啟動(dòng)到到達(dá)與行人沖突區(qū)的行駛路程為L(zhǎng)r,則根據(jù)交叉口設(shè)計(jì)參數(shù)可知Lr=23 m。根據(jù)右轉(zhuǎn)車的運(yùn)動(dòng)方程,可以求得右轉(zhuǎn)車通過(guò)Lr所需要的時(shí)間為5.4 s,加上啟動(dòng)損失t,可以求得右轉(zhuǎn)車從啟動(dòng)到到達(dá)行人沖突區(qū)用時(shí)共tr=6.4 s。取行人的平均行進(jìn)速度為Vp=1.2 m/s[12],行人到達(dá)與右轉(zhuǎn)車沖突點(diǎn)的最大距離為兩個(gè)機(jī)動(dòng)車道和非機(jī)動(dòng)車道的寬度之和,即7 m,那么有

Vptr=7.68 m(>7 m)

上式說(shuō)明,當(dāng)右轉(zhuǎn)車到達(dá)行人沖突區(qū)域時(shí),行人已經(jīng)通過(guò),因此在本文的設(shè)計(jì)下,不存在右轉(zhuǎn)車與行人的互相干擾,這也是本設(shè)計(jì)優(yōu)于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的方面。

(3)確定L2取值。區(qū)域①內(nèi)不存在分離機(jī)動(dòng)車與非機(jī)動(dòng)車的車道線。由于非機(jī)動(dòng)車流具有膨脹性,通過(guò)停車線B后就會(huì)對(duì)右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車產(chǎn)生影響,為使這種影響最小,應(yīng)當(dāng)使非機(jī)動(dòng)車通過(guò)停車線B時(shí)的效率盡可能高。根據(jù)格林希爾治模型,可以認(rèn)為非機(jī)動(dòng)車的速度密度符合經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?表達(dá)式為

Vt=Vn(1-k/kj)

k=kj(1-Vt/Vn)

(9)

式中:k為非機(jī)動(dòng)車在某一時(shí)刻的密度;kj為非機(jī)動(dòng)車停車時(shí)達(dá)到的最大密度;Q為非機(jī)動(dòng)車流量。由式(9)可知,當(dāng)Vt=0.5Vn時(shí),Q達(dá)到最大,令Vx=0.5Vn,分別代入自行車與電動(dòng)自行車的速度-位移公式,求得xb=5 m,xm=2.5 m,兩者的平均值為3.75 m,此處取L2=4 m,認(rèn)為非機(jī)動(dòng)車群能夠以較大的效率通過(guò)停車線B,此時(shí)對(duì)右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車產(chǎn)生的影響較小。

(4)信號(hào)配時(shí)思想。信號(hào)燈①的信號(hào)配時(shí)與交叉口原有配時(shí)相同,不做改動(dòng)。信號(hào)燈②的配時(shí)方案需要根據(jù)右轉(zhuǎn)車流量進(jìn)行設(shè)置,這里利用專用右轉(zhuǎn)相位下的右轉(zhuǎn)車道飽和流量進(jìn)行計(jì)算。設(shè)信號(hào)燈①綠燈起亮T后信號(hào)燈②綠燈起亮,T的取值思想為T內(nèi)讓紅燈到達(dá)的右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車能夠全部通過(guò)停車線,這種確定T的方法可以保證紅燈階段到達(dá)的右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車不需要等待第二個(gè)紅燈。同時(shí),綠燈階段到達(dá)的右轉(zhuǎn)車與紅燈階段排隊(duì)的右轉(zhuǎn)車之間的車頭時(shí)距較大,直行非機(jī)動(dòng)車可以利用該間隙通過(guò)沖突區(qū)域。

(5)確定T取值。確定T取值需要分析右轉(zhuǎn)車道的通行能力,根據(jù)文獻(xiàn)[13],右轉(zhuǎn)專用相位下的右轉(zhuǎn)車道飽和流量可用下式計(jì)算

Sr=Sbrfgfr

(10)

式中:Sr為右轉(zhuǎn)車道計(jì)算飽和流量;Sbr為右轉(zhuǎn)基本飽和流量,取值范圍通常為1 350～1 550輛/h,本文取中間值,即1 400輛/h;fg為坡度及重車修正系數(shù),fg=1-(G+H),G為右轉(zhuǎn)車道綜合坡度,H為重車率;fr為右轉(zhuǎn)車道寬度及轉(zhuǎn)彎半徑修正系數(shù)。文獻(xiàn)[13]將常見(jiàn)的車道寬度W和轉(zhuǎn)彎半徑R對(duì)應(yīng)右轉(zhuǎn)車道飽和流量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的修正系數(shù)fr,并制成系數(shù)查詢表格。本文中,W為3.5 m,右轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)彎半徑R為15 m,在系數(shù)查詢表中查得,fg=1,fr=0.98,Sr=1 372輛/h,求得T=λ/0.381,其中λ為一個(gè)信號(hào)周期中紅燈階段右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車的到達(dá)數(shù)。本例中信號(hào)周期為90 s,該進(jìn)口道綠燈47 s,黃燈3 s,紅燈40 s。取一條右轉(zhuǎn)車道右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車的最大流量為800輛/h,經(jīng)計(jì)算得T=23 s,得到信號(hào)燈①和信號(hào)燈②的配時(shí)方案如圖4所示。

(a)信號(hào)燈①配時(shí)方案

(b)信號(hào)燈②配時(shí)方案
圖4 信號(hào)燈配時(shí)方案

2.2 仿真驗(yàn)證

利用微觀交通仿真軟件Vissim對(duì)本文設(shè)計(jì)方案進(jìn)行仿真驗(yàn)證,以上海大連西路曲陽(yáng)路交叉口進(jìn)口道為原型,建立仿真交叉口,設(shè)置右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車讓直行非機(jī)動(dòng)車的優(yōu)先規(guī)則,利用本文的自行車、電動(dòng)自行車和右轉(zhuǎn)車的運(yùn)行特征模型,對(duì)Vissim中的非機(jī)動(dòng)車和機(jī)動(dòng)車模型進(jìn)行更改,自行車與電動(dòng)自行車各占非機(jī)動(dòng)車總量的一半。在不同的右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車流量和直行非機(jī)動(dòng)車流量情況下,分別對(duì)比新的設(shè)計(jì)與原有的非機(jī)動(dòng)車停車線提前法和非機(jī)動(dòng)車相位提前開(kāi)啟法的優(yōu)劣。由于直行非機(jī)動(dòng)車優(yōu)先原則的存在,發(fā)生沖突時(shí)右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車的延誤必然會(huì)增加,當(dāng)延誤較大時(shí),右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車強(qiáng)行穿越非機(jī)動(dòng)車的可能性也增加,使得安全性下降。因此,本實(shí)驗(yàn)中采用右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車的車均延誤作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

本文將右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車的流量分為一條右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車道(右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車流量<600輛/h)和兩條右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車道(右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車流量≥600輛/h)兩種情況,并得到不同右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車流量下的車均延誤與直行非機(jī)動(dòng)車流量的關(guān)系曲線,結(jié)果如圖5、圖6所示。

圖5 一條右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車道時(shí)右轉(zhuǎn)車的車均延誤

圖6 兩條右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車道時(shí)右轉(zhuǎn)車的車均延誤

由圖5、圖6可知,隨著直行非機(jī)動(dòng)車流量的增大,右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車的車均延誤也隨之增加。當(dāng)直行非機(jī)動(dòng)車流量小于400輛/h時(shí),本文方法與傳統(tǒng)方法對(duì)右轉(zhuǎn)車造成的延誤區(qū)別不大。當(dāng)直行非機(jī)動(dòng)車流量超過(guò)400輛/h后,原有的設(shè)計(jì)帶來(lái)的車均延誤明顯增加,而本文方法造成的車均延誤增長(zhǎng)十分平緩。隨著直行非機(jī)動(dòng)車流量的增加,兩種方法帶來(lái)的車均延誤差值越來(lái)越大,這說(shuō)明直行非機(jī)動(dòng)車流量越大,本文方法的優(yōu)勢(shì)越明顯。

在同樣的設(shè)計(jì)下,右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車的流量對(duì)車均延誤的影響不大,兩條右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車道下的車均延誤要大于一條右轉(zhuǎn)車道的車均延誤。在兩條右轉(zhuǎn)車道的情況下,原有設(shè)計(jì)的車均延誤隨著直行非機(jī)動(dòng)車流量的增加呈階梯式增加,本文方法的車均延誤增長(zhǎng)十分緩和。

直行非機(jī)動(dòng)車綠燈與右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車綠燈的間隔時(shí)間Δt的計(jì)算方法如下[14]

(11)

式中:q為在紅燈時(shí)間內(nèi)到達(dá)排隊(duì)的非機(jī)動(dòng)車數(shù)量;ρ為非機(jī)動(dòng)車停車密度;Bb為非機(jī)動(dòng)車進(jìn)口道寬度;v為非機(jī)動(dòng)車車速;e為非機(jī)動(dòng)車流進(jìn)入交叉口后的膨脹系數(shù);l為停車線與沖突區(qū)域之間的距離。由于本文針對(duì)的是非機(jī)動(dòng)車流量較大的情況,因此取q=8。以該交叉口的實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)其他參數(shù)賦值,計(jì)算得到綠燈間隔時(shí)間約等于3 s。同樣,根據(jù)右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車的流量分為一條右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車道(右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車流量<600輛/h)和兩條右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車道(右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車流量≥600輛/h)兩種情況,得到不同右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車流量下的車均延誤與直行非機(jī)動(dòng)車流量的關(guān)系曲線如圖7、圖8所示。

圖7 一條右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車道時(shí)右轉(zhuǎn)車的車均延誤

圖8 兩條右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車道時(shí)右轉(zhuǎn)車的車均延誤

直行自行車綠燈信號(hào)提前開(kāi)啟對(duì)右轉(zhuǎn)車造成的影響與非機(jī)動(dòng)車停車線提前十分相近,對(duì)比原有設(shè)計(jì),本文方法在非機(jī)動(dòng)車流量較大時(shí)優(yōu)勢(shì)十分明顯。在只有一條右轉(zhuǎn)車道時(shí),直行非機(jī)動(dòng)車流量大于400輛/h后,隨著流量的增加,本文設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)越來(lái)越明顯,而當(dāng)具有兩條右轉(zhuǎn)車道時(shí),直行非機(jī)動(dòng)車流量大于500輛/h后即呈現(xiàn)出這種優(yōu)勢(shì)。

綜合以上對(duì)比可以看到,對(duì)于一條右轉(zhuǎn)車道與兩條右轉(zhuǎn)車道的情況,本文方法所造成的車均延誤無(wú)明顯區(qū)別,說(shuō)明該方法對(duì)右轉(zhuǎn)車道的不同設(shè)計(jì)具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文提出了一種新的信號(hào)交叉口非機(jī)動(dòng)車組織方法,并且提供了確定設(shè)計(jì)參數(shù)取值的方法。該方法適用于非機(jī)動(dòng)車流量和右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車流量均很大的進(jìn)口道。相比較于傳統(tǒng)的非機(jī)動(dòng)車停車線、提前機(jī)動(dòng)車綠燈遲起、右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車箭頭燈控制等方式,本文方法在非機(jī)動(dòng)車流量較大時(shí)效果更好,并且可以降低右轉(zhuǎn)車對(duì)行人的干擾。在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中,只需要獲取交叉口尺寸、交通流量信息、信號(hào)配時(shí)信息,即可求得新設(shè)計(jì)中的參數(shù)。通過(guò)分析證明該方法在理論上可行,并且利用仿真軟件Vissim進(jìn)行模擬仿真,證明本文方法在直行非機(jī)動(dòng)車流量大于500輛/h的情況下,較現(xiàn)有的非機(jī)動(dòng)車停車線提前法與直行自行車綠燈提前法都有較大的優(yōu)勢(shì),這種優(yōu)勢(shì)隨著非機(jī)動(dòng)車流量的增大而越發(fā)明顯,并且該方法對(duì)右轉(zhuǎn)車道的數(shù)量有著很強(qiáng)的適應(yīng)性。

我國(guó)的非機(jī)動(dòng)車保有量較大,本文的設(shè)計(jì)方法應(yīng)用范圍較廣。考慮到高峰時(shí)段和平峰時(shí)段的非機(jī)動(dòng)車流量相差較大,可以在某些高峰非機(jī)動(dòng)車流量大的進(jìn)口道在高峰時(shí)段采用這種設(shè)計(jì),非高峰時(shí)段關(guān)閉信號(hào)燈②,實(shí)現(xiàn)資源的合理配置。本設(shè)計(jì)在實(shí)際應(yīng)用初期需配合相應(yīng)的人員進(jìn)行管制,以實(shí)現(xiàn)理想的效果。

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(編輯 杜秀杰)

Traffic Organization Method at Intersection for Alleviating Traffic Conflict Between Vehicle and Non-Motor Vehicle

WANG Yaodong1,CHEN Yuren1,2

(1. Traffic Engineering School, Tongji University, Shanghai 201804, China; 2. Engineering Research Center of Road Traffic Safety and Environment, Ministry of Education, Tongji University, Shanghai 201804, China)

Aiming at alleviating conflicts at signalized intersection, a new approach to organize non-motor vehicles is proposed following the analysis of right-turn vehicles and straight non-motor vehicle behavior. Based on the traditional non-motor vehicle stop line preposed design, a stop line and a signal light behind the first stop line are added in this strategy, thus two stop areas for non-motor vehicles are formed. By staggering signal lights, non-motor vehicles in two areas pass through in turn, and in this way, right-turn vehicles pass through the conflict area at interval between two groups appearing. As an example, intersection of Quyang road and Dalianxi road is investigated. The strategy is verified to be rational by Vissim simulation. The result indicates that this strategy is suitable for the approaches having a large sum of right-turn vehicles and straight non-motor vehicles. When non-motor vehicle volume reaches above 500 per hour, this strategy enables to reduce traffic conflicts and heighten safety reliability and traffic efficiency in right-turn area.

traffic safety; traffic organization; traffic conflicts; signalized intersection; non-motor vehicle; Vissim simulation

2014-12-25。 作者簡(jiǎn)介:王耀東(1990—),男,碩士生;陳雨人(通信作者),男,教授。 基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51078270,51238008)。

時(shí)間:2015-06-29

10.7652/xjtuxb201508018

U491.225

A

253-987X(2015)08-0109-07

網(wǎng)絡(luò)出版地址:http:∥www.cnki.net/kcms/detail/61.1069.T.20150629.1137.006.html