冰雪條件下長春市信號控制交叉口交通流特性分析

■吳立新 李迎旭

(吉林建筑大學交通科學與工程學院，長春 130118)

0 引言

中國對交通流的研究起步較晚，對于冰雪天氣下交通流特性的研究還處于起步階段，不夠深入。程國柱[1]等人對冰雪條件下城市道路交通安全進行評價，定義行車安全度，通過模型計算得出不同類型路面最高交通量以及對應的行車安全最高車速。巴興強[2]等人對冰雪條件下哈爾濱市城市道路交叉口交通流特性進行分析，利用VISSIM仿真模型得出適合冰雪條件的交叉口信號配時。劉春曉[3]等人對信號交叉口車輛損失時間進行研究，得到了冰雪條件對信號交叉口車輛延誤時間影響模型。朱興琳[4]等人對冰雪條件下烏魯木齊市交叉口交通流特性進行分析，提出了在冰雪條件下增加左轉(zhuǎn)專用車道和改善信號配時來滿足交叉口的交通需求。張坤[5]等人對冰雪條件下烏魯木齊市交叉口交通流特性進行分析，得出在交叉口進口道引道100米內(nèi)布設防滑標線，以增大摩擦系數(shù)減小車輛延誤。

近年來，長春市的機動車數(shù)量呈上升趨勢，截止到2017年底，長春市機動車保有量達到116萬，并以年均14%的增長率快速增長。交通供需矛盾日益嚴重，交通環(huán)境日益惡化。另一方面，長春市地處北方，冬季長達四五個月，受降雪、冰凍的影響，道路通行能力大大降低，使得交通擁堵進一步加劇，尤其是城市交叉口，冰雪條件下?lián)矶聡乐兀o冬季長春市居民出行帶來很多不便。

本文以長春市冰雪條件下城市信號控制交叉口為例，主要采用人工觀測與儀器測量相結(jié)合的方法，重點研究冰雪條件對信號控制交叉口交通量、行駛車速以及車頭間隔的影響。

1 數(shù)據(jù)調(diào)查

1.1 調(diào)查時間、地點

本文主要研究冬季冰雪條件下長春市城市道路交叉口機動車流的交通特征，綜合考慮城市道路實際交通情況，研究選擇城市居民下班高峰期，即17：30-18：30進行調(diào)查。以長春市自由大路與人民大街交叉口為研究對象，該交叉口是典型的城市主干路與主干路交匯，高峰時段行人過街數(shù)量增加、交通流擁擠，并且該交叉口具有完整的信號配時及左轉(zhuǎn)專用車道。圖1為該交叉口平面圖。

圖1 自由大路與人民大街交叉口

1.2 調(diào)查方案確定

(1)交通量調(diào)查

交通量調(diào)查主要有人工觀測法、儀器自動機測法、流動車觀測法、錄像觀測法，本次調(diào)查選擇人工觀測與錄像法相結(jié)合的方法。

本次調(diào)查人員共四人，分別對自由大路東、西進口道，人民大街南、北進口道的交通流進行拍攝，進而提取交通流數(shù)據(jù)。

(2)速度調(diào)查

速度調(diào)查通常采用儀器測量法，即雷達槍測速法，本次調(diào)查主要選取從人民大街南進口道駛?cè)虢徊婵谲囕v的運行速度為研究對象。

1.3 調(diào)查數(shù)據(jù)

首先通過人工調(diào)查法得到在冰雪條件下和非冰雪條件下該交叉口通行能力數(shù)據(jù)如表1、表2。

表1 冰雪條件下通行能力(輛/h)

表2 非冰雪條件下通行能力(輛/h)

其次運用雷達槍測速法，對從人民大街南進口道駛?cè)虢徊婵谲囕v的運行速度進行測量，冰雪及非冰雪條件下小汽車樣本量均為150輛，公交車樣本量為50輛。

2 交叉口交通流特性分析及安全行車距離的確定

2.1 交叉口交通流特性分析

通過分析調(diào)查數(shù)據(jù)，得到非冰雪條件下與冰雪條件下交叉口各進口道通行能力變化圖，如圖2，以及車輛速度變化趨勢。

圖2 非冰雪條件與冰雪條件交叉口各進口道通行能力變化圖

由圖2可以得出：冰雪條件下與非冰雪條件相比，該交叉口各進口道通行能力均有所下降，其中南進口道下降10.57%，北進口道下降10.08%，東進口道下降8.50%，西進口道下降11.58%，該交叉口總通行能力下降了10.13%。

由測得的速度可以看出，在調(diào)查時段內(nèi)，小汽車在非冰雪條件下最高車速為58km/h，冰雪條件下最高車速為41km/h，降低了29.31%；公交車在非冰雪條件下最高車速為44km/h，冰雪條件下最高車速為32km/h，降低了27.27%；小汽車非冰雪條件下平均速度為40.175km/h(11.16m/s)，在冰雪條件下平均速度為30.45km/h(8.46m/s)，降低了26.59%。公交車非冰雪條件下平均速度為32.235km/h(8.95m/s)，在冰雪條件下平均速度為21.24km/h(5.9m/s)，降低了34.11%。在相同的行駛距離內(nèi)，冰雪條件下的行駛時間增加，延誤增加。

2.2 安全行車距離的確定

駕駛員在看到停車信號后進行制動停車，其制動反應時間應包括反射時間、踏板更換時間和制動延續(xù)時間，在這段反應時間內(nèi)，車輛仍按原速度行駛。《交通工程手冊》[6]一書中規(guī)定，駕駛員的制動反應時間在1.4s～2.0s，本文在計算時取其平均值1.7s。在冰雪路面條件下，相鄰兩車間安全距離為制動反應時間內(nèi)行駛距離與車輛制動距離之和。

根據(jù)動能原理，車輛的制動距離由以下公式得出：

其中，Lb——車輛制動距離，m/s；

V——車輛制動前行駛速度，m/s；

η——道路摩擦系數(shù)；

g——重力加速度，g=9.8m/s2。

根據(jù)程國柱[1]等人對冰雪條件下將冰雪條件下的路面分為積雪路面、粗糙冰路面、光滑冰路面、冰雪混合路面，并計算出四種不同類型路面的摩擦系數(shù)平均值分別為 0.245、0.16、0.11、0.115，本文中摩擦系數(shù)取值為其平均數(shù)，即 μ=0.1575。

根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)可以得出，長春市自由大路與人民大街交叉口，在冰雪條件下，同車道相鄰兩車的安全行車距離為

也可求出車輛間應保持的車頭時距為

正常天氣條件下的道路摩擦系數(shù)范圍是μ≥0.65，取最小值v=11.16m/s，速度均值，代入式(1)中得出同車道相鄰兩車的安全行車距離為28.75m，進而可求出車輛間應保持的車頭時距為4.72s，由此可以看出，在冰雪條件下同車道相鄰兩車的安全行車距離較非冰雪條件下長8.82m。

3 研究結(jié)論

(1)長春市自由大路與人民大街交叉口冰雪條件下與非冰雪條件相比，該交叉口各進口道通行能力均有所下降，其中南進口道下降10.57%，北進口道下降10.08%，東進口道下降8.50%，西進口道下降11.58%，該交叉口總通行能力下降了10.13%。在冰雪條件下可以采取和非冰雪條件不同的信號周期時長。

(2)小汽車在非冰雪條件下最高車速為58km/h，冰雪條件下最高車速為41km/h，降低了29.31%；公交車在非冰雪條件下最高車速為44km/h，冰雪條件下最高車速為32km/h，降低了27.27%；小汽車非冰雪條件下平均速度為40.175km/h(11.16m/s)，在冰雪條件下平均速度為30.45km/h(8.46m/s)，降低了26.59%。公交車非冰雪條件下平均速度為32.235km/h(8.95m/s)，在冰雪條件下平均速度為21.24km/h(5.9m/s)，降低了34.11%。在冬季應對駛?cè)朐摻徊婵诘能囕v進行限速，最大行駛速度可設為30km/h～35km/h。

(3)冰雪條件下駛?cè)朐摻徊婵诘能囕v，同車道相鄰兩車之間應保持37.57m的安全距離，或是保持車頭時距在6.73 s，這樣才可以保證前車在看見停車信號采取制動過程中不會發(fā)生車輛追尾的現(xiàn)象。