設(shè)置綜合待行區(qū)的信號控制交叉口綜合評價

高建杰，李 昆

（1．四川警察學(xué)院 四川瀘州 646000；2．重慶交通大學(xué) 重慶 400074）

信號控制交叉口設(shè)置綜合待行區(qū)在我國已有一定程度的應(yīng)用實踐。2010年，上海市閘北交警在天目路口設(shè)立了全國首個綜合待行區(qū)，高峰時期由交警在現(xiàn)場人工進(jìn)行控制，結(jié)果該路口的晚高峰結(jié)束時間竟提前了半個小時[1]。2011年，通過有關(guān)專家及專業(yè)人士的研究，在上海市共和新路臨汾路交叉口南進(jìn)口設(shè)立了由可變信號燈組自動控制的綜合待行區(qū)，并且新增了電子顯示屏來減少人工指揮車輛進(jìn)入綜合待行區(qū)，晚高峰時段道路通行效率提高了3倍，相關(guān)路口每天晚高峰擁堵最快可提前一個小時結(jié)束，有效地緩解了該交叉口的交通擁堵現(xiàn)象[2]。2012年，廈門市廈門公園東路和公園南路交叉口設(shè)置了綜合待行區(qū)，同時對該路口的信號配時進(jìn)行了優(yōu)化，設(shè)置綜合待行區(qū)之后一個小時增加了760輛小汽車通過，其通行能力比原來提高22%[3]。

實踐證明交叉口合理設(shè)置綜合待行區(qū)能夠有效地減少交叉口延誤，但卻不可避免地增加了停車次數(shù)[4]，而停車次數(shù)在一定程度上也反映出道路對駕駛?cè)说姆?wù)質(zhì)量，目前國內(nèi)對信號控制交叉口的服務(wù)水平評價多采用單指標(biāo)，不能綜合反映設(shè)置綜合待行區(qū)交叉口的通行狀態(tài)，因此迫切需要尋求一種綜合的評價方法，以系統(tǒng)地對其進(jìn)行分析評價。

一、綜合待行區(qū)概述

（一）基本概念

綜合待行區(qū)，是指在現(xiàn)有道路供給不變的情況下，充分挖掘和利用交叉口進(jìn)口道的空間資源，通過一種全新的交通控制方式，采用主、預(yù)信號協(xié)調(diào)控制，不斷切換待行區(qū)內(nèi)車道的功能，增強(qiáng)進(jìn)口道蓄車能力，將不同方向的車流在時間資源上進(jìn)行劃分[5]。

綜合待行區(qū)是近年來出現(xiàn)的一種新型的針對于城市道路交叉口的交通控制方式，自提出至今，已在我國上海、廈門等城市得到了運用，取得了十分明顯的效果。綜合待行區(qū)是一種特殊的待行區(qū)，這種交通控制方式能讓車輛在直行待行區(qū)、左轉(zhuǎn)待行區(qū)和掉頭待行區(qū)之間不斷轉(zhuǎn)換，能極大地提高道路交叉口的通行能力。

（二）基本原理

為了便于分析描述，以下將設(shè)有設(shè)置綜合待行區(qū)時的交叉口進(jìn)口道原有的停車線稱為第二停車線，第二停車線的交通信號稱為主信號，將設(shè)置綜合待行區(qū)后新增的停車線稱為第一停車線，第一停車線的交通信號稱為預(yù)信號。

綜合待行區(qū)是將原交叉口進(jìn)口道的停車線后移，在平行于原有停車線后方的一定距離處增設(shè)一條新的停車線，在第一停車線與第二停車線之間形成一定長度的區(qū)域，并把這個區(qū)域中的左轉(zhuǎn)、直行車道和掉頭融合在一起，形成一個可供左轉(zhuǎn)、直行和掉頭車輛在各自相位下同時利用多個車道一起駛?cè)虢徊婵诘囊粋€綜合性車輛等待區(qū)域，使每一流向的車流在各自的綠燈時間都能利用到進(jìn)口道的所有車道。綜合待行區(qū)的設(shè)置，充分利用了道路交叉口的空間資源，增大了進(jìn)口道車輛的排隊容量，減少了車輛的排隊長度，減少了排隊車輛引起的擁堵次數(shù)，極大地提高了交叉口的通行效率。

在交叉口設(shè)置綜合待行區(qū)也存在一定的缺點，綜合待行區(qū)的設(shè)置增加了新的停車線，使排隊車輛進(jìn)入綜合待行區(qū)時產(chǎn)生二次停車問題，勢必增加車輛的停車次數(shù)，在一定程度上降低了交叉口對駕駛?cè)说姆?wù)質(zhì)量，同時增加車輛的尾氣排放量，不利于環(huán)境健康。

設(shè)置綜合待行區(qū)就是充分挖掘交叉口的時空資源，使下一相位待放行的車輛提前進(jìn)入交叉口等待通行，在綠燈時間不變的情況下，增加通過交叉口的車輛數(shù)，進(jìn)而提高交叉口的通行能力[6]。在一個周期內(nèi)某一個進(jìn)口道待行區(qū)內(nèi)信號控制車輛行駛通過交叉口的過程見圖1。

圖1 綜合待行區(qū)基本原理示意圖

二、基于優(yōu)序圖法的綜合評價

（一）評價指標(biāo)的選取

信號控制交叉口是交通延誤發(fā)生的主要場所，國內(nèi)外常用平均信號控制延誤時間作為評價信號交叉口服務(wù)水平的主要指標(biāo)。設(shè)置綜合待行區(qū)的最大缺陷是會導(dǎo)致車輛停車次數(shù)明顯上升，停車次數(shù)在一定程度上能夠反映駕駛?cè)说氖孢m程度。平均排隊長度能夠反映信號控制交叉口的交通擁擠程度。在不考慮環(huán)境、經(jīng)濟(jì)等效益的情況下，選取平均信號控制延誤、平均排隊長度、平均停車次數(shù)三個指標(biāo)對信號控制交叉口設(shè)置綜合待行區(qū)前后的通行狀態(tài)進(jìn)行綜合分析評價。

1.平均信號控制延誤。平均信號控制延誤是間斷交通流的一個關(guān)鍵運行性能指標(biāo)。是車輛受信號控制影響通過交叉口而產(chǎn)生的額外行程時間，它由道路與交通環(huán)境條件以及交通管理與控制設(shè)施等綜合因素決定，不僅反映交叉口車輛運行的通暢情況，也是反映交叉口服務(wù)水平的重要指標(biāo)[7]。

2.平均排隊長度。平均排隊長度是指紅燈期間各個車道車輛排隊的平均長度，能夠反映整個交叉口的交通擁擠程度。

3.平均停車次數(shù)。平均停車次數(shù)是單位時間內(nèi)進(jìn)口車道因等待紅燈的停車次數(shù)與交通流量之比來確定，主要用于評估進(jìn)口車道或交叉口由信號控制導(dǎo)致的延誤程度[8]。在信號控制中，車輛的停車次數(shù)和延誤都是非常重要的指標(biāo)，在暢通和控制良好的交叉口，車輛在行駛過程中產(chǎn)生的停車次數(shù)會較少，而擁擠和控制不良的交叉口，車輛在行駛過程中會產(chǎn)生較多的停車次數(shù)。停車次數(shù)也與駕駛?cè)说氖孢m程度有直接關(guān)系，反映了道路對駕駛?cè)说姆?wù)質(zhì)量。

（二）評價指標(biāo)權(quán)重確定

由于不同評價指標(biāo)的重要程度不同，且考慮權(quán)重設(shè)置的不確定性，本文評價指標(biāo)權(quán)重系數(shù)的確定采用優(yōu)序圖法[9]：通過對多個評價指標(biāo)進(jìn)行兩兩相對比較，最后給出重要性次序或者優(yōu)先次序。若A評價指標(biāo)比B評價指標(biāo)優(yōu)，則評分為1，否則評分為0；若A評價指標(biāo)與B評價指標(biāo)相比，優(yōu)劣相當(dāng)，則評分為0.5；當(dāng)A評價指標(biāo)與A評價指標(biāo)相比時，直接在表格中填入0.5。

信號控制交叉口的運行效果是通過車輛行車延誤、停車次數(shù)等參數(shù)反映出來的，對交叉口的優(yōu)化設(shè)計的目標(biāo)就是提高交叉口的通行效率，使得通過交叉口的全部車輛的總延誤時間最短或停車次數(shù)最少，并且通常以延誤作為交叉口單指標(biāo)服務(wù)水平的評定依據(jù)，因此，延誤有著極大的重要性，其次是停車次數(shù)。本文將三個評價指標(biāo)的重要性按照平均信號控制延誤最重要，平均停車次數(shù)其次，平均排隊長度最后的重要性原則，采用優(yōu)序圖法計算出平均信號控制延誤、平均停車次數(shù)、平均排隊長度三個評價指標(biāo)的權(quán)重大小，各評價指標(biāo)權(quán)重大小見表1。

表1 評價指標(biāo)權(quán)重

（三）評價指標(biāo)值劃分

指標(biāo)值是反映交叉口交通運行質(zhì)量的數(shù)學(xué)量值，將各項評價值實際數(shù)值劃分為五個區(qū)間，每個區(qū)間分別對應(yīng)90、80、60、40、20五個指標(biāo)值，以便進(jìn)一步計算各進(jìn)口道的綜合評價指數(shù)，各評價指標(biāo)值劃分見表2、表3、表4。

表2 交叉口平均排隊長度與評價指標(biāo)值對應(yīng)表

表3 交叉口平均信號控制延誤與評價指標(biāo)值對應(yīng)表

表4 交叉口平均停車次數(shù)與評價指標(biāo)值對應(yīng)表

3.4綜合評價指數(shù)計算

綜合評價指數(shù)在85-90之間評價為“優(yōu)”，75-84之間評價為“良”，55-74之間評價為“中”，45-54之間的評價為“合格”，20-44之間評價為“差”。綜合評價指數(shù)計算采用以下公式：

式中：

E-綜合評價指數(shù)；

ei-第個指標(biāo)評估得出的評價指標(biāo)值；

wi-第個指標(biāo)的權(quán)重；

n-選取的指標(biāo)個數(shù)。

三、實例應(yīng)用

（一）綜合待行區(qū)設(shè)置前交叉口概況

1.幾何構(gòu)造。選取瀘州市電信商城交叉口為研究對象，該路口形式為十字形交叉口。江陽西路兩端以及刺園路一段均設(shè)有中央隔離欄，刺園路二段無中央隔離欄且僅允許右轉(zhuǎn)。交叉口幾何構(gòu)造見圖2。

圖2 電信商城交叉口幾何構(gòu)造

2.信號配時。電信商城交叉口采用4相位信號控制方式，其中四個進(jìn)口道的右轉(zhuǎn)均不受信號燈的控制，詳見圖3。

圖3 電信商城交叉口相位相序

電信商城交叉口信號綠燈間隔時間為I=3s，未設(shè)置全紅時間，主干道江陽西路兩個進(jìn)口道直行的綠燈時間最大為51s，信號配時見圖4。

圖4 電信商城交叉口信號配時

3.交通流量流向。通過對瀘州市電信商城交叉口交通流量的實地調(diào)查，得到江陽西路北、江陽西路南、刺園路一段、刺園路二段高峰小時交通流量分別為3901pcu/h、3931pcu/h、1535pcu/h、1221pcu/h。其中主干道江陽西路的交通流量最大，車輛擁堵情況較為嚴(yán)重，排隊長隊最大超過150m，該交叉口流量流向見圖5所示。

圖5 電信商城交叉口交通流量流向圖

（二）綜合待行區(qū)設(shè)置后交叉口概況

1.設(shè)置綜合待行區(qū)渠化設(shè)計。根據(jù)綜合待行區(qū)設(shè)置條件，考慮電信商城交叉口實際情況，在江陽西路兩端的進(jìn)口道設(shè)置綜合待行區(qū)。設(shè)置綜合待行區(qū)后渠化圖如圖6所示。

圖6 電信商城交叉口綜合待行區(qū)設(shè)置渠化圖

2.信號配時方案。由于刺園路二段進(jìn)口道只允許車輛右轉(zhuǎn)，并且不受信號燈的控制，江陽西路兩進(jìn)口道直行和左轉(zhuǎn)的車流量較接近，為了減少過多相位轉(zhuǎn)換時損失的通行時間，提高交叉口的通行能力，將原來的4相位減少為3相位，同時在第一停車線處設(shè)置預(yù)信號，在第二停車線處設(shè)置主信號。由于主信號采用3相位，考慮江陽西路直行車輛遠(yuǎn)大于左轉(zhuǎn)，蓄車時間多用于直行。預(yù)信號采用2個相位分別控制江陽西路兩端進(jìn)口道直行和左轉(zhuǎn)的車輛進(jìn)入到綜合待行區(qū)，預(yù)信號綠燈亮起時間提前于主信號綠燈亮起時間4s，以保證綜合待行區(qū)域內(nèi)的車輛被及時清空。具體信號配時方案見圖7、圖8。

圖7 電信商城交叉口設(shè)置綜合待行區(qū)相位設(shè)計

圖8 電信商城交叉口設(shè)置綜合待行區(qū)信號配時方案

3.配套設(shè)施設(shè)置。綜合待行區(qū)需要合理的設(shè)置信號來引導(dǎo)車輛進(jìn)入綜合待行區(qū)排隊等候。在第一停車線處加裝一組可變信息牌，以指示第一停車線后排隊的車輛是否駛?cè)刖C合待行區(qū)。在第二停車線處設(shè)置含左轉(zhuǎn)和直行箭頭的信號燈，以指示是否放行綜合待行區(qū)內(nèi)排隊等候的車輛。在第一停車線后適當(dāng)距離處設(shè)置指示標(biāo)志，以提醒駕駛員前方設(shè)置有綜合待行區(qū)。綜合待行區(qū)的配套設(shè)施設(shè)置見圖9。

圖9 電信商城交叉口綜合待行區(qū)配套設(shè)施設(shè)置

（三）VISSIM仿真及結(jié)果輸出

運用VISSIM仿真軟件對綜合待行區(qū)設(shè)置前后的電信商城交叉口進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果數(shù)據(jù)如表5所示。

表5 仿真結(jié)果數(shù)據(jù)

由表中數(shù)據(jù)可知，除了未設(shè)置綜合待行區(qū)的刺園路一段進(jìn)口停車次數(shù)基本不變外，設(shè)置綜合待行區(qū)后交叉口的排隊長度、延誤指標(biāo)均有所下降，而停車次數(shù)卻明顯上升。因此，為全面的反映設(shè)置綜合待行區(qū)的交叉口的服務(wù)水平，需要綜合考慮各項評價指標(biāo)，對其進(jìn)行綜合評價。

（四）評價結(jié)論

采用前文基于優(yōu)序圖法的綜合評價方法，對瀘州市電信商城交叉口設(shè)置綜合待行區(qū)前后交通運行狀況進(jìn)行綜合評價，評價過程及結(jié)果如表6、表7所示。

表6 設(shè)置綜合待行區(qū)前電信商城交叉口的綜合評價計算表

表7 設(shè)置綜合待行區(qū)后電信商城交叉口的綜合評價計算表

由表6、表7的綜合評價結(jié)果可知，比較設(shè)置綜合待行區(qū)前后交叉口交通運行質(zhì)量，按傳統(tǒng)服務(wù)水平評價方法，以延誤為指標(biāo)，根據(jù)HCM服務(wù)水平劃分標(biāo)準(zhǔn)，電信商場交叉口延誤由45.63s降至28.96s，服務(wù)水平由D級提高為C級，說明設(shè)置綜合待行區(qū)后的交叉口處于較好的交通運行狀態(tài)。按綜合評價方法，該交叉口服務(wù)等級由差提高為合格，說明設(shè)置綜合待行區(qū)對交叉口有一定程度的改善，但效果并不理想，交叉口仍處于較差的交通運行狀態(tài)。因此，對設(shè)置綜合待行區(qū)的交叉口進(jìn)行交通運行狀態(tài)的評價，應(yīng)綜合考慮停車次數(shù)、排隊長度、延誤等指標(biāo)，采用綜合評價的方法。

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