基于“位移進(jìn)出口”的畸形交叉口渠化改善研究

師文磊，劉丹丹，陳金山*，郭建鋼，李 林，許耀根

(1.福建農(nóng)林大學(xué) 交通與土木工程學(xué)院，福州 350002; 2.集美大學(xué) 航海學(xué)院，廈門 361021)

大多數(shù)城市老城區(qū)由于地形地物限制、景觀設(shè)計(jì)不當(dāng)及特殊的社會(huì)歷史等因素，一些相交道路形成不規(guī)則形狀的畸形交叉口.畸形交叉口通行能力低下、事故多發(fā)，是城市道路交通改善的難點(diǎn)[1].要“根治”畸形交叉口所帶來的弊端，一般以渠化交叉口來優(yōu)化交通流線組織的方法為主，這樣能在短時(shí)間內(nèi)完成畸形交叉口的改善，方便居民出行[2-4].歷來，國(guó)內(nèi)學(xué)者們對(duì)畸形交叉口改善研究的案例并不常見.國(guó)內(nèi)常規(guī)思路是借鑒規(guī)則交叉口處理方法來進(jìn)行交通組織設(shè)計(jì)，缺乏全面系統(tǒng)的渠化設(shè)計(jì)方法[5-6].在交通組織設(shè)計(jì)方面，Zhang討論了如何優(yōu)化城市道路交叉口的交通，保障行人的出行安全[7].國(guó)外對(duì)交通信號(hào)燈控制也有相應(yīng)研究，Mondragón對(duì)交通信號(hào)燈進(jìn)行進(jìn)行編程，確立了復(fù)雜車輛流動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行條件[8].Chandra使用交通管理措施來減少擁堵和污染[9].

國(guó)內(nèi)學(xué)者研究較多的是常規(guī)交叉口(十字交叉口、T型交叉口、Y型交叉口、環(huán)形交叉口等)[10-13]，對(duì)畸形交叉口渠化方法的研究不夠深入.因此本文以福安市G104-世紀(jì)大道交叉口為例，在考慮了城市地標(biāo)保護(hù)的前提下，重點(diǎn)解決畸形交叉口特殊幾何線形與主要交通流沖突點(diǎn)之間的矛盾，提出了“位移進(jìn)出口”的畸形交叉口渠化改善方法，并運(yùn)用VISSIM仿真軟件對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià).

1 交叉口現(xiàn)狀分析

G104-世紀(jì)大道交叉口是進(jìn)出福安市中心城區(qū)的一個(gè)重要節(jié)點(diǎn).該路口為信號(hào)控制交叉口，南北方向由G104貫穿城區(qū)且南接福安橋；西北方向?yàn)楹I南路，與G104呈45°斜交，單向通行，只進(jìn)不出；東北方向?yàn)槭兰o(jì)大道，由于城市地標(biāo)建設(shè)及社會(huì)歷史等因素，其進(jìn)出口道由一個(gè)水滴形綠化島隔離，致交叉口南北方向狹長(zhǎng)；同時(shí)造成西進(jìn)口直行流線和東進(jìn)口左轉(zhuǎn)流線不順暢.交叉口現(xiàn)狀渠化圖，見圖1.

1.1 交叉口現(xiàn)狀調(diào)查

使用無人機(jī)拍攝視頻和人工計(jì)數(shù)相結(jié)合的方法，調(diào)查該畸形交叉口道路幾何條件及交通流量等數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)G104-世紀(jì)大道交叉口早高峰時(shí)段(7：30～8：30)和晚高峰時(shí)段(17：30～18：30)的交通量.根據(jù)實(shí)際調(diào)查的數(shù)據(jù)，將實(shí)際的各種機(jī)動(dòng)車和非機(jī)動(dòng)車交通量按照一定的折算系數(shù)換算成當(dāng)量交通量(pcu)，折算系數(shù)，見表1[14].

圖1 交叉口現(xiàn)狀渠化圖

車輛類型小客車中客車大客車摩托車電動(dòng)自行車自行車換算系數(shù)11.22.00.40.30.2

通過車輛換算系數(shù)，得出G104-世紀(jì)大道交叉口各進(jìn)口道高峰時(shí)段當(dāng)量交通量.該交叉口早/晚高峰小時(shí)流量，見表2、3.該交叉口流量流向圖，見圖2.

表2 G104-世紀(jì)大道交叉口早高峰小時(shí)流量(pcu/h)

表3 G104-世紀(jì)大道交叉口晚高峰小時(shí)流量(pcu/h)

圖2 早/晚高峰小時(shí)流量流向圖

從表2、3可以發(fā)現(xiàn)該交叉口早/晚高峰不存在潮汐現(xiàn)象，西進(jìn)口直行交通量明顯大于其他方向的交通量.現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，西進(jìn)口道直行流線不通暢，導(dǎo)致車輛在交叉口范圍內(nèi)出現(xiàn)多次停車現(xiàn)象，從而增加交叉口的延誤.因此，根據(jù)該畸形交叉口的特殊幾何線形，交通流特性等，旨在減少交叉口延誤，保證行車安全，采用先進(jìn)的交叉口渠化設(shè)計(jì)改善方法，最大程度地提高交叉口通行能力.

1.2 現(xiàn)狀問題分析

結(jié)合交通現(xiàn)狀實(shí)地調(diào)查結(jié)果，該交叉口主要存在以下問題：

1)G104-世紀(jì)大道交叉口進(jìn)出道口對(duì)位關(guān)系差，湖濱南路進(jìn)口與世紀(jì)大道出口斜交，容易引起駕駛員流向上的誤解.

2)交叉口渠化分流需借助隔離護(hù)欄，渠化不合理，畸形交叉口面積較大，加劇車流之間的沖突.

3)交叉口信號(hào)控制設(shè)備老舊且不符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，且缺少行人過街信號(hào)燈.

4)水滴形綠化帶導(dǎo)致駕駛員視線受限制，增加了車輛通過交叉口的穿越時(shí)間.

2 方案設(shè)計(jì)

2.1 交叉口渠化設(shè)計(jì)

2.1.1 “前移停止線”設(shè)計(jì)

“前移停止線”設(shè)計(jì)思想就是將交叉口停止線適當(dāng)前移，減小交叉口面積，讓更多的車輛在有限的時(shí)間內(nèi)通過交叉口，提高車輛通行效率.交叉口渠化設(shè)計(jì)的目的就是規(guī)范車輛行駛，減少車輛沖突，降低不同車流間的相互干擾，解決交叉口的復(fù)雜問題[15].方案1渠化圖見圖3.具體方案措施如下：

1)縮小沖突區(qū)域，保證交叉角度.將南/北/東進(jìn)口道停止線提前，縮小交叉口面積，使進(jìn)出口道對(duì)位關(guān)系協(xié)調(diào)，減少車輛通過交叉口的延誤.

2)重新劃分車道，設(shè)置非機(jī)動(dòng)車道，分離機(jī)動(dòng)車和非機(jī)動(dòng)車，降低車流間的干擾.

3)在北進(jìn)口道和西進(jìn)口道交叉處設(shè)置導(dǎo)流島，用于行人過街，保障行人安全；設(shè)置導(dǎo)流線，用于引導(dǎo)車流有序通過交叉口.

4)合理設(shè)置人行橫道，引導(dǎo)行人有序通過交叉口，增加行人過街安全性.

圖3 方案1渠化圖

2.1.2 “位移進(jìn)出口”設(shè)計(jì)

“位移進(jìn)出口”設(shè)計(jì)思想是通過將左轉(zhuǎn)車道渠化轉(zhuǎn)移設(shè)置，重新組合道路斷面，減少信號(hào)相位，進(jìn)一步提高交叉口通行能力[16].方案2渠化圖見圖4.具體方案措施如下：

1)將世紀(jì)大道進(jìn)行左轉(zhuǎn)車道移位設(shè)置，優(yōu)化了車輛轉(zhuǎn)彎半徑，減少在交叉口內(nèi)的沖突點(diǎn).

2)在G104和世紀(jì)大道上設(shè)置非機(jī)動(dòng)車專用車道，重新劃分車道功能，使機(jī)動(dòng)車和非機(jī)動(dòng)車各行其道.

3)適當(dāng)提前交叉口G104南進(jìn)口道停止線，縮小交叉口面積，減少交通流通過交叉口的延誤.

4)在G104南進(jìn)口路段上設(shè)置黃網(wǎng)線禁止停車，避免因排隊(duì)造成與世紀(jì)大道左轉(zhuǎn)車輛沖突.

圖4 方案2渠化圖

2.2 信號(hào)配時(shí)優(yōu)化

Synchro軟件是一套完整的城市道路信號(hào)配時(shí)分析和優(yōu)化仿真軟件，適用于各種類型交叉口，可以方便地模擬實(shí)際的路網(wǎng)、道路以及交叉口各項(xiàng)條件和數(shù)據(jù)，能有效仿真道路通行能力和信號(hào)配時(shí)優(yōu)化設(shè)計(jì)，輔助制定信號(hào)控制方案[17-18].軟件通過周期時(shí)長(zhǎng)、綠信比等參數(shù)實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)信號(hào)控制配時(shí)方案優(yōu)化設(shè)計(jì)(式(1)、式(2))[19].

周期的計(jì)算方法為：

(1)

其中：C為周期；L為總損失時(shí)間；CS為關(guān)鍵總交通量/(veh/h-1)；RS為參考總流率(輛/h-1).

選取最佳周期的方法為：

Y=min(Yi),C=CY

(2)

其中：Yi為交通效益評(píng)價(jià)指標(biāo)；Y為最佳周期時(shí)的目標(biāo)評(píng)價(jià)指標(biāo)；CY為選取的目標(biāo)評(píng)價(jià)指標(biāo)值對(duì)應(yīng)的周期長(zhǎng)；C為系統(tǒng)的最優(yōu)化周期長(zhǎng)(s).

通過Synchro對(duì)現(xiàn)有的交通信號(hào)配時(shí)進(jìn)行優(yōu)化，得出優(yōu)化后結(jié)果，其中黃燈時(shí)長(zhǎng)均為3 s.交叉口配時(shí)現(xiàn)狀，見圖5(A)，優(yōu)化后方案1配時(shí)，見圖5(B)，方案2配時(shí)，見圖5(C).

圖5 信號(hào)配時(shí)圖

3 仿真結(jié)果與評(píng)價(jià)

3.1 仿真介紹

在眾多交通仿真建模軟件中，Vissim是城市微觀交通評(píng)價(jià)的有效工具，是一種基于駕駛行為和時(shí)間間隔的微觀仿真建模軟件[20].通過應(yīng)用Vissim建模，生成可視化的交通運(yùn)行狀況輸出延誤、平均停車次數(shù)、平均排隊(duì)長(zhǎng)度等數(shù)據(jù)來對(duì)交通運(yùn)行狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，是一種比較客觀且較符合實(shí)際的方法.

3.2 仿真模型

本文運(yùn)用Vissim仿真軟件標(biāo)定相關(guān)參數(shù)后，分別對(duì)G104-世紀(jì)大道交叉口現(xiàn)狀和改造后的兩個(gè)方案進(jìn)行仿真，具體仿真示意圖見圖6.

3.3 仿真評(píng)價(jià)

通過Vissim交通微觀仿真對(duì)該交叉口改造前后的延誤、飽和度以及平均停車次數(shù)進(jìn)行對(duì)比，改造前后各指標(biāo)對(duì)比，見表4.其中：方案1，該交叉口的平均延誤時(shí)間由51.8 s減少為37.9 s，飽和度由0.86降低為0.72，平均停車次數(shù)由39減少為31；方案2，該交叉口的平均延誤時(shí)間由51.8 s減少為27.7 s，飽和度由0.86降低為0.62，平均停車次數(shù)由39減少為24.結(jié)果表明：方案1效果優(yōu)于現(xiàn)狀，方案2效果優(yōu)于方案1.

圖6 仿真示意圖

交叉口評(píng)價(jià)參數(shù)現(xiàn)狀方案1方案2延誤/s51.837.927.7飽和度0.860.720.62平均停車次數(shù)393124

4 結(jié) 論

本文以福安市G104-世紀(jì)大道畸形交叉口為研究對(duì)象，提出兩種渠化方案，并且運(yùn)用Vissim仿真進(jìn)行評(píng)價(jià)，得出如下結(jié)論：

1)方案1采用“前移停止線”設(shè)計(jì)后，交叉口延誤降低26.8%，飽和度降低16.3%，平均停車次數(shù)降低20.5%；方案2采用“位移進(jìn)出口”設(shè)計(jì)后，交叉口延誤降低46.5%，飽和度降低27.9%，平均停車次數(shù)降低38.5%.

2)通過Vissim交通仿真，分析延誤、飽和度及平均停車次數(shù)可知兩種方案均比現(xiàn)狀有一定程度的改善，但采用“位移進(jìn)出口”設(shè)計(jì)效果更顯著，極大地改善了交叉口交通運(yùn)行情況，這將有利于更好地對(duì)畸形交叉口渠化設(shè)計(jì)開展研究和實(shí)踐.