停車線后退法對(duì)信號(hào)燈交叉口通行能力的影響*

胡永舉, 劉錦俐, 邱 欣, 施俊慶

(浙江師范大學(xué) 工學(xué)院,浙江 金華 321004)

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停車線后退法對(duì)信號(hào)燈交叉口通行能力的影響*

胡永舉, 劉錦俐, 邱 欣, 施俊慶

(浙江師范大學(xué) 工學(xué)院,浙江 金華 321004)

為了提高信號(hào)燈交叉口的通行能力，提出了停車線后退法,以改善大型交叉口交通組織方式；給出了該方法的設(shè)置條件和方法；并利用《城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范》和停車線法計(jì)算公式,對(duì)給定大型交叉口通行能力進(jìn)行了計(jì)算、對(duì)比和分析.研究?jī)?nèi)容和結(jié)果可為解決城市交通擁堵問題提供方法與理論依據(jù).

停車線后退法；信號(hào)燈；大型交叉口；通行能力

0 引 言

目前，交叉口的實(shí)際通行能力僅為路段通行能力的1/3左右，而平面交叉口正是影響交通通行能力的關(guān)鍵所在[1].如何使平面交叉口在現(xiàn)有道路設(shè)施不作較大改建，僅僅通過交通組織方式的改進(jìn)，來(lái)提高交叉口的通行效率，是值得深入研究的重要課題.

目前，有關(guān)交叉口車輛待行區(qū)的研究和應(yīng)用主要集中在交叉口車輛停止線前設(shè)置左轉(zhuǎn)彎待行區(qū)和直行待行區(qū).楊明[2]對(duì)信號(hào)交叉口設(shè)置直行待行區(qū)后的渠化設(shè)計(jì)、交通組織和通行能力作了探討，認(rèn)為通過直行待行區(qū)的設(shè)置可提高約20%的通行能力.尚德申等[3]分析了直行待行區(qū)的設(shè)置、方法和設(shè)置長(zhǎng)度，通過實(shí)例分析對(duì)比了直行待行區(qū)設(shè)置前后的交通效益指標(biāo)，認(rèn)為:合理設(shè)置直行機(jī)動(dòng)車等待區(qū)可以縮短周期時(shí)長(zhǎng)，減少延誤，提高車道利用率.左天福等[4]認(rèn)為：設(shè)置待行區(qū)后，車均延誤明顯減少，服務(wù)水平可由D級(jí)提高到C級(jí),直行通行能力提高率可達(dá)30%.陸振中[5]采用直行待行區(qū)的方法組織交叉口的機(jī)動(dòng)車輛，以實(shí)際的直行待行區(qū)為例，分析其設(shè)計(jì)過程，結(jié)合Vissim分析對(duì)比交叉口直行待行區(qū)設(shè)置前后交通運(yùn)行參數(shù)指標(biāo)，認(rèn)為：合理設(shè)置機(jī)動(dòng)車直行待行區(qū)可以縮短周期時(shí)長(zhǎng)，減少平均延誤，提高進(jìn)口車道的資源利用率.李穎宏等[6]分析了設(shè)置直行待行區(qū)前后綠燈間隔時(shí)間和有效綠燈時(shí)間等信號(hào)控制參數(shù)變化的情況，并運(yùn)用數(shù)學(xué)公式精確推導(dǎo)出通行能力的增加值及延誤時(shí)間的減少值，結(jié)合實(shí)例，通過仿真進(jìn)行了交通運(yùn)行效率分析.上述研究均在交叉口區(qū)域內(nèi)，但沒有對(duì)交叉口車輛停止線后移一定距離來(lái)增加直行和左轉(zhuǎn)的待行區(qū)域進(jìn)行研究.本文提出的停車線后退法突破了交叉口待行空間有限的限制，利用部分行車道空間來(lái)拓展待行區(qū)面積，提高進(jìn)口道有效綠燈時(shí)段通過的車輛數(shù)，從而提高信號(hào)燈交叉口的通行能力.

1 停車線后退法的涵義

目前，對(duì)停車線后退法尚未有確切的定義.在中國(guó)各大城市中，為解決交通擁堵問題，許多道路的交叉口設(shè)置了車輛左轉(zhuǎn)彎待行區(qū)及展寬增加交叉口進(jìn)口車道數(shù)等措施，其目的是使車輛能夠迅速通過交叉口，節(jié)省信號(hào)時(shí)間.停車線后退法可理解為左轉(zhuǎn)待行區(qū)的一種變形，其待行區(qū)域不是設(shè)置在交叉口停車線前端，而是將停車線后移20～30 m(視具體路段而定)，將后退后的停車線與交叉口原停車線之間的區(qū)域設(shè)置為待行區(qū)，其待行的車輛一般為左轉(zhuǎn)和直行車輛.左轉(zhuǎn)信號(hào)燈放行前左轉(zhuǎn)車輛進(jìn)入待行區(qū)，直行信號(hào)燈放行前直行車輛進(jìn)入待行區(qū)，從而最大限度地提高綠燈放行效率，提高交叉口的通行能力.

2 停車線后退法的實(shí)施條件與組織要求

2.1 停車線后退法的實(shí)施條件

停車線后退法要解決的是大型交叉口的交通通行效率問題，重點(diǎn)是解決直行和左轉(zhuǎn)車輛的通行問題.因此,對(duì)于入口引道車道數(shù)低于2條的交叉口是不適合的，同樣必須具備左轉(zhuǎn)專用信號(hào)相位.

1)交叉口車道分布

表1 交叉口典型車道分布形式

表1為典型的交叉口入口引道分布形式.對(duì)于表1中所示的車道數(shù)為1條和2條的2種形式，顯然不適用于停車線后退法.對(duì)于車道數(shù)為3,4和5條的3種形式，在解決了右轉(zhuǎn)車輛問題后，直行和左轉(zhuǎn)車輛至少有2條以上車道可供通行利用，從而提高直行和左轉(zhuǎn)車輛的放行效率.

2)停車線后退距離的設(shè)定

停車線后退距離的設(shè)定原則，是使到達(dá)交叉口的車輛在一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)全部駛離交叉口.而一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)到達(dá)車輛的數(shù)量需要在交通調(diào)查的基礎(chǔ)上，通過分析計(jì)算獲得.對(duì)獲得的一定置信區(qū)間內(nèi)可能的車輛數(shù)，再根據(jù)車輛數(shù)、車輛類型和入口車道數(shù)確定停車線后退距離，確保其能夠足夠容納待行車輛.對(duì)于大型交叉口，通常車流比較擁擠，車輛自由行駛機(jī)會(huì)不多，車輛到達(dá)一般符合二項(xiàng)分布.二項(xiàng)分布的基本公式為

(1)

式(1)中：P(X=x)為在計(jì)數(shù)間隔t內(nèi)到達(dá)x輛車的概率；λ為單位時(shí)間間隔的平均到達(dá)率(輛/s)；t為每個(gè)計(jì)數(shù)間隔持續(xù)的時(shí)間(s)；n為正整數(shù).

2.2 停車線后退法的組織要求

1)車流導(dǎo)向線的標(biāo)劃

停車線后退法適用于交通流量較大的交叉口.對(duì)于大型交叉口，直行和左轉(zhuǎn)車輛數(shù)均較多，因此一般采用4相位信號(hào)控制.右轉(zhuǎn)車輛可開設(shè)右轉(zhuǎn)專用通道，不受信號(hào)燈控制的影響；也可采取直行紅燈、左轉(zhuǎn)箭頭燈控制方式，這樣右轉(zhuǎn)車輛在不影響行人的情況下可以隨時(shí)通行.因此，解決問題的重點(diǎn)在于直行和左轉(zhuǎn)車輛.停車線后退法將停車線至交叉口之間的區(qū)域設(shè)置為直行或者左轉(zhuǎn)的待行區(qū)，在直行或者左轉(zhuǎn)放行時(shí)可充分利用車道空間資源，最大限度地提高交叉口的通行效率.圖1為典型停車線后退法標(biāo)線標(biāo)劃示意圖.在車輛進(jìn)入停車線前按照各自的行車道行駛；當(dāng)停車線前面的電子顯示牌顯示為直行或者左轉(zhuǎn)車輛進(jìn)入待行區(qū)時(shí)，停在停車線后面的車輛可通過停車線，進(jìn)入待行區(qū)，并在直行或者左轉(zhuǎn)信號(hào)燈變?yōu)榫G燈時(shí)通過.需要注意的是，為了方便車輛變換車道，將左側(cè)一條直行車道變?yōu)橹弊蠛嫌密嚨溃@樣可以就近進(jìn)入相鄰車道.

圖1 典型交叉口標(biāo)線標(biāo)劃示意圖

2)信號(hào)控制設(shè)施與裝置的設(shè)置

采用停車線后退法進(jìn)行交通管理時(shí)，車道信號(hào)燈、可變信息顯示牌、倒計(jì)時(shí)時(shí)間顯示裝置均應(yīng)配備，合理的信號(hào)控制設(shè)施與裝置的配備，可以使駕駛員更快地適應(yīng)交通組織管理方式的變化.

3)交警的指揮引導(dǎo)

交通組織管理方式的變革，需要進(jìn)行宣傳、引導(dǎo)和教育.現(xiàn)場(chǎng)管理需要交警的指揮，在駕駛員培訓(xùn)過程中可以增加相應(yīng)的教育內(nèi)容，同時(shí)也可以通過各種媒體宣傳教育，比如交警短信、微信服務(wù)平臺(tái)等.

3 信號(hào)燈交叉口通行能力計(jì)算模式

交叉口通行能力是指交叉口各相交道路入口引道通行能力之和，每個(gè)入口引道通行能力又分直行、右轉(zhuǎn)和左轉(zhuǎn)3種情況.國(guó)內(nèi)常用的計(jì)算方法有2種：一種是《城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范》(CJJ 37—90)推薦采用的方法；另外一種是由北京市政設(shè)計(jì)院提出的停車線法[7].2種方法的計(jì)算公式如表2所示.

表2 2種交叉口通行能力計(jì)算方法對(duì)比

4 停車線后退法對(duì)通行能力影響的計(jì)算分析

4.1 案 例

以圖1所示的交叉口為例，對(duì)其采用停車線后退法后的通行能力進(jìn)行對(duì)比分析.該交叉口為大型交叉口，設(shè)有右轉(zhuǎn)專用通道，采用4相位信號(hào)燈控制，分別是東西直行、南北直行、東西左轉(zhuǎn)、南北左轉(zhuǎn).假設(shè)在采用停車線后退法前，每個(gè)方向均設(shè)有1條左轉(zhuǎn)車道、2條直行車道；采用停車線后退法后，在待行區(qū)內(nèi)有3條車道可供直行和左轉(zhuǎn).假設(shè)高峰時(shí)段信號(hào)周期為180s，每個(gè)相位車輛啟動(dòng)停車總損失為3s，信號(hào)黃燈時(shí)間為3s，信號(hào)燈全紅時(shí)間為4s；該交叉口每個(gè)方向流量大致相當(dāng)，其中直行占60%、左轉(zhuǎn)占15%、右轉(zhuǎn)占25%，根據(jù)信號(hào)燈配時(shí)規(guī)則，每個(gè)方向直行放行的綠燈時(shí)間為61s，每個(gè)方向左轉(zhuǎn)放行的綠燈時(shí)間為15s.混合車流中，大型車與小型車的比例為2∶8，平均車頭時(shí)距可取2.65s[7].

4.2 通行能力計(jì)算分析

4.2.1 根據(jù)《城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范》推薦的公式計(jì)算

1)改造前的通行能力

①1條直行車道的通行能力為

(2)

每個(gè)方向2條直行車道，其通行能力為2×417=834 輛/h.

②1條左轉(zhuǎn)車道的通行能力為

(3)

1條左轉(zhuǎn)車道的通行能力為208 輛/h.

2)改造后的通行能力

每個(gè)方向3條直行車道的通行能力為3×417=1 251 輛/h；每個(gè)方向3條左行車道的通行能力為3×208=624 輛/h.

考慮到左轉(zhuǎn)車輛不同車道轉(zhuǎn)彎半徑與運(yùn)行距離的影響，3條左行車道的通行能力可適當(dāng)折減為1×208+1×208×0.9+1×208×0.8=562 輛/h.

4.2.2 根據(jù)停車線法公式計(jì)算

1)改造前的通行能力

①1條直行車道的通行能力為

(4)

2條直行車道的通行能力為2×438=876 輛/h.

②1條左轉(zhuǎn)車道的通行能力

根據(jù)統(tǒng)計(jì)觀測(cè)，在給定交通條件下，左轉(zhuǎn)車輛的平均車速可取15 km/h，車輛平均加速度為0.7 m/s2，左轉(zhuǎn)車輛的平均車頭時(shí)距為3.5 s，則

(5)

2)改造后的通行能力

3條直行車道的通行能力為3×438=1 314 輛/h；3條左轉(zhuǎn)車道的通行能力為3×86=258 輛/h.

考慮到左轉(zhuǎn)車輛不同車道轉(zhuǎn)彎半徑與運(yùn)行距離的影響，3條左行車道的通行能力可適當(dāng)折減為1×86+1×86×0.9+1×86×0.8=232 輛/h.

4.2.3 通行能力比較分析

由表3的計(jì)算結(jié)果可知，按照2種方法計(jì)算的原通行方案的通行能力相差不大.按照《城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范》計(jì)算公式得出的左轉(zhuǎn)通行能力受直行車道數(shù)影響較大，直行車道數(shù)為2條與1條相比，其左右轉(zhuǎn)的通行能力提高1倍，但可能會(huì)與實(shí)際通行狀況有一定差別.采用停車線后退法對(duì)該交叉口實(shí)施交通組織方式變革后，計(jì)算得到的直行和左轉(zhuǎn)總通行能力分別提升了80%和63%.可以看出:改造后的通行能力大大提升，其主要原因是車輛放行時(shí)車道數(shù)增加；同時(shí)，由于采用4相位信號(hào)控制，不存在直左、直右、直左右車道，避免了車輛穿插通過，其通行效率大大提升.

表3 停車線后退法使用前后通行能力對(duì)比

5 結(jié) 論

1)對(duì)于進(jìn)口車道3條或3條以上、直行和左轉(zhuǎn)車流量較大的交叉口，可采用停車線后退法設(shè)置直行和左轉(zhuǎn)共用待行區(qū)，采用4相位信號(hào)控制方式，可大大提高有效綠燈時(shí)段信號(hào)的利用效率.

2)停車線后移距離可根據(jù)車輛到達(dá)的分布規(guī)律，計(jì)算一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)到達(dá)的車輛數(shù)，根據(jù)車輛數(shù)和車道數(shù)，確定停車線后移距離，同時(shí)可考慮待行區(qū)前端在不影響車輛通行的前提下適當(dāng)前移.

3)應(yīng)適當(dāng)增加全紅信號(hào)時(shí)段時(shí)間，確保越過停車線的車輛能夠全部駛離.

4)從理論上分析，停車線后退法可提高交叉口直行和左轉(zhuǎn)車輛合計(jì)通行能力的60%以上；考慮到行人和非機(jī)動(dòng)車的影響，以及駕駛員的適應(yīng)過程，實(shí)際效率有可能會(huì)有所降低.

5)停車線后退法需要改善現(xiàn)有的車輛通行組織方式，需要增設(shè)相應(yīng)的信號(hào)控制裝置及可變信息板等設(shè)施，同時(shí)在實(shí)施初期需要交通警察和協(xié)管人員的指揮引導(dǎo)，因此需要綜合考慮設(shè)施投入與交通效益之間的平衡關(guān)系，科學(xué)合理地進(jìn)行決策.

[1]胡永舉,施俊慶.城市道路十字交叉口通行能力研究[J].浙江師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2015,38(4):466-472.

[2]楊明.直行待行區(qū)平面交叉口交通組織及通行能力研究[D].武漢:武漢工業(yè)學(xué)院,2009.

[3]尚德申,王山川,王文紅.信號(hào)交叉口直行待行區(qū)的設(shè)置研究[J].中外公路,2010,30(1):29-31.

[4]左天福,陶晟陶.關(guān)于設(shè)置平面交叉口直行待行區(qū)的思考與實(shí)踐[J].交通與運(yùn)輸,2011(1):21-25.

[5]陸振中.基于設(shè)置直行待行區(qū)的平面信號(hào)交叉口交通改善研究[J].城市道橋與防洪,2015(8):1-3.

[6]李穎宏,鄭增強(qiáng),郭偉偉,等.交叉口直行待行區(qū)設(shè)置研究[J].公路交通科技,2015,32(7):120-127.

[7]徐吉謙,陳學(xué)武.交通工程總論[M].北京:人民交通出版社,2008:120-124.

(責(zé)任編輯 陶立方)

The effect of traffic capacity of signalized intersection by the method of making stop line move backward

HU Yongju, LIU Jinli, QIU Xin, SHI Junqing

(CollegeofEngineering,ZhejiangNormalUniversity,Jinhua321004,China)

In order to improve the traffic organization and traffic capacity of large intersections, setting conditions and methods of making stop line move backward were proposed. It was calculated, comparied and analyzed the traffic capacity of given large intersection based on theUrbanRoadDesignCodeand the stop line method. The results showed that the research provided a useful method and technical theory to solve the problem of traffic congestion.

method of making stop lines move backward; traffic lights; large intersection; traffic capacity

10.16218/j.issn.1001-5051.2016.04.016

2016-06-23；

2016-09-12

浙江省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(LQ15E080005)

胡永舉(1967-)，男，黑龍江鶴崗人，教授.研究方向：交通規(guī)劃與管理.

U491

A

1001-5051(2016)04-0457-06