待行區(qū)是否本質(zhì)上提高了交叉口的通行能力？

文 / 李瑞敏 清華大學(xué)副教授

交叉口通行能力由時間和空間兩個因素決定，尤其是對于信號控制交叉口。

而待行區(qū)一般設(shè)置在左轉(zhuǎn)、直行分別給予綠燈相位的交叉口（也有其他特殊情況），這里只探討左轉(zhuǎn)、直行分別給予綠燈相位的四路交叉口（可視為非常簡單的有代表性的一種），即四路交叉口的基本的四相位。

左轉(zhuǎn)待行區(qū)已經(jīng)應(yīng)用多年且范圍較廣，近年來在部分城市的部分交叉口，直行待行區(qū)也開始涌現(xiàn)，而眾多發(fā)布的研究（應(yīng)用）成果表明，施劃了待行區(qū)后通行能力有明顯提高。今天提出題目中的這個問題，好像有點與常識不符，但是確實多年來一直在思考這個問題，在這里簡單談?wù)劇?/p>

為什么在一定情況下設(shè)置待行區(qū)能夠提高通行能力

首先，對于采用案例分析（即實測）得出待行區(qū)通行能力提高的結(jié)果，確實是實踐中所得。這里要探討的是為什么在一定情況下設(shè)置待行區(qū)能夠提高通行能力。

信號控制交叉口的通行能力由各相位的通行能力加和而成，因此，要判斷待行區(qū)對交叉口通行能力的提高有無影響，可以看待行區(qū)的設(shè)置對某信號相位的通行能力有無影響即可。（這里暫不討論右轉(zhuǎn)車道的通行能力，也不考慮自行車、行人對機動車的非正常干擾）

一個相位的通行能力是由該相位通行的各條車道的通行能力組成，而一條車道的通行能力則是由其獲得的綠燈時間和車道的飽和流率決定，車道的飽和流率一定的情況下，通行能力就是受到綠燈時間（或曰綠信比）的影響。

對于時間，一小時為3600秒，待行區(qū)的設(shè)置不可能將一小時變?yōu)?800秒，那么是否設(shè)置待行區(qū)后可利用的時間多了（面上看貌似是），但是從本質(zhì)來看，如下圖所示，沖突點A上的時間一小時永遠是3600秒，只是在不同相位進行分配而已。

如何讓3600秒的利用率最高，那就是讓沖突點上永遠有交通流通過而不沖突且不浪費。如果做到這點，沖突點的3600秒全部被利用了，則待行區(qū)的設(shè)置也只是充分利用了3600秒，并沒有增加總的時間（當(dāng)增加了沖突點上的有效綠燈時間）。

但是，為何在設(shè)置待行區(qū)后實測通行能力提高了？一個原因是因為在設(shè)置待行區(qū)之前信號控制的設(shè)置，沒有充分利用沖突點上的3600秒。下面以圖來說明（設(shè)置待行多為大交叉口，在此繪制了較大的交叉口，草草成圖，僅為示意）。

以南北向直行、左轉(zhuǎn)為例來說明，理想的情況是當(dāng)直行車輛最后一輛通過沖突點A后，第一輛左轉(zhuǎn)車輛剛好到達沖突點A，二者恰恰沒有碰撞，如果要實現(xiàn)這種方式，需要什么樣的配時呢？

假設(shè)直行綠燈結(jié)束時刻為T1秒，此刻剛好有車輛1駛離北進口停車線（我們暫時沒考慮黃燈期間通過的車輛），左轉(zhuǎn)綠燈啟動時刻為T2秒（考慮啟動損失2秒，則實際左轉(zhuǎn)第一輛車——車輛2啟動離開停車線的時刻為T2+2秒），那么直行車輛1駛離沖突點A的時刻為T1+L1/V1秒，而車輛2到達沖突點A的時刻為T2+2+L2/V2，假定L1>L2以及直行綠燈末期V1>V2，則可假設(shè)L1/V1=L2/V2（實際上這個假設(shè)是否成立對于后面的分析無大影響，只要L2/V2不小于L1/V1即可）。

則只要保證T2+2>T1即可（即不會在沖突點相撞），這樣產(chǎn)生什么問題呢？即T2可以小于（或曰早于）T1，意味著什么，意味著如果嚴格控制直行和左轉(zhuǎn)車不在沖突點碰撞，則可以在直行綠燈時間沒有結(jié)束的時候就給對向?qū)Ｓ米筠D(zhuǎn)相位車輛放綠燈（實際中這可能會被信號機視為綠沖突），故實際中是不會這樣設(shè)置的，實際一般如何設(shè)置呢？

直行綠燈結(jié)束后直行3秒黃燈，再來1-3秒全紅，然后才是左轉(zhuǎn)的綠燈，也就是T2=T1+3+3（取3秒全紅），但是實際上T2可以小于T1，故實際上針對沖突點控制法而言，沖突點上可能有8秒（3+3+2，即前面提到的啟動損失）沒有車通過，這就是現(xiàn)在不設(shè)待行區(qū)時，清場時間把交叉口內(nèi)全部清空，而浪費的沖突點上的時間（即使車輛1在黃燈末期沖過停車線，則這里的8秒變?yōu)?秒，沖突點上還是有時間浪費）。

設(shè)置了待行區(qū)后會如何？

還是假設(shè)直行車輛1到達沖突點A的時刻為T1+L1/V1秒，左轉(zhuǎn)車輛2現(xiàn)在不是從停車線啟動，而是從沖突點啟動（不是絕對的沖突點，而是距離沖突點非常近，圖中僅為示意），故車輛2到達沖突點的時間為T2+2秒，如果還是按照直行綠燈結(jié)束后直行3秒黃燈，再來3秒全紅，則沖突點上無車通過的時間為T2+2-T1-L1/V1，而T2=T1+6，則無車通過的時間為：T1+6+2-T1-L1/V1=8-L1/V1，即沖突點上有8-L1/V1秒沒有車通過，比不設(shè)置左轉(zhuǎn)待行區(qū)節(jié)約了L1/V1的時間，這個時間用來進行了左轉(zhuǎn)車輛的通行，故通行能力有所提高。

但是如果我們隨意調(diào)整配時，例如：假設(shè)可以將左轉(zhuǎn)的綠燈啟亮?xí)r刻早于直行的綠燈結(jié)束時刻，同時通過精確計算（例如縮短相位間隔時間），確保直行左轉(zhuǎn)車輛不在沖突點碰撞，則沖突點上不會有浪費的時間，那么其通行能力就是極限的通行能力（現(xiàn)在有的城市在部分交叉口使用一種進入待行區(qū)但是不停車的邏輯，即在直行綠燈快結(jié)束時通過可變信息板引導(dǎo)左轉(zhuǎn)車進入待行區(qū)，然后當(dāng)車輛緩慢行駛到待行區(qū)前端后正好趕上左轉(zhuǎn)綠燈啟亮，則不在待行區(qū)內(nèi)停車等待就可通過交叉口，實際上是用可變信息來在一定時間內(nèi)代替左轉(zhuǎn)綠燈早亮的邏輯）。

因此，從上述分析看，如果配時能夠做到某些程度（例如左轉(zhuǎn)綠燈早于直行綠燈結(jié)束就啟亮等），控制沖突點一直有車通過（注意這樣說的可能有點簡單，因為沒考慮東西向等），則通行能力能夠達到一個極限，而與是否設(shè)置待行區(qū)無關(guān)。

但是為何現(xiàn)在設(shè)置待行區(qū)還是有意義的呢？

因為，將左轉(zhuǎn)綠燈啟亮?xí)r間設(shè)置的早于直行的綠燈結(jié)束時間對于左轉(zhuǎn)、直行相位分別放行來講，在常規(guī)上不為人們和信號機所接受；

如果真的將左轉(zhuǎn)綠燈啟亮?xí)r間設(shè)置的早于直行的綠燈結(jié)束時間，則一旦左轉(zhuǎn)車輛超速，即前面說的V2變大，則L2/V2變小，容易造成左轉(zhuǎn)車輛與直行車輛在沖突點相撞，如果如此，誰來承擔(dān)責(zé)任？

如果待行區(qū)的車道數(shù)能夠超過路段上的同轉(zhuǎn)向車道數(shù)，例如在北京的一些立交橋下，路段上的左轉(zhuǎn)車道只有一條，但是通過停車線進入橋下后，可以設(shè)置2條甚至3條左轉(zhuǎn)待行車道，則不僅時間上有更好的利用，空間上也增加了資源，則左轉(zhuǎn)的通行能力就會增加比較明顯。

故雖然從以沖突點控制為原理的分析中看待行區(qū)不會增加對時間的利用率，但是現(xiàn)狀卻是理論無法應(yīng)用（例如無法讓左轉(zhuǎn)的綠燈啟亮比直行綠燈結(jié)束的還早，除非是搭接相位），故目前階段設(shè)置待行區(qū)還是對提高通行能力有用。

從另一個角度理解——以B點在左轉(zhuǎn)綠燈期間能夠最大通過的小汽車數(shù)量為例，假如左轉(zhuǎn)綠燈為0-40秒，飽和車頭時距2秒，不考慮啟動損失，假設(shè)從D點到B點需要4秒，從C點到B點需要2秒，則：對于施劃待行區(qū)的情況，B點有左轉(zhuǎn)車通過的時間段是2-44秒，其中，2秒是第一輛在C點的車啟動到達B點情況，44秒是在40秒時通過D點的最后一輛車；而對于沒有施劃待行區(qū)的情況，B點有左轉(zhuǎn)車通過的時間段是4-44秒，其中，4秒是第一輛在D點的車啟動到達B點情況，44秒是在40秒時通過D點的最后一輛車，則待行區(qū)施劃的影響可見一斑。

因此，當(dāng)前國內(nèi)情況下，對于較大的交叉口，設(shè)置待行區(qū)還是有其作用的。

這個探討引出一些問題：

是否一定需要全紅時間（當(dāng)然，設(shè)置交通信號控制更重要的是要考慮安全，而從安全的角度考慮，可能結(jié)果會不一樣）？

到底是先直后左還是先左后直？

到底什么樣的交叉口是需要設(shè)置待行區(qū)，還是當(dāng)做好其他方面的設(shè)計后可能也沒太大必要設(shè)置呢？

如果說這個設(shè)置待行區(qū)的必要性較大，那下面這個呢？