混合交通環(huán)境下信號(hào)交叉口的優(yōu)化設(shè)計(jì)

申鑫澤 方筱睿 李昆

摘 要：交叉口是城市路網(wǎng)的重要節(jié)點(diǎn)，限制著交通系統(tǒng)的通行效率，混合交通環(huán)境下交叉口的運(yùn)行更為復(fù)雜。為提升混合交通環(huán)境下交叉口的服務(wù)水平，本文從時(shí)空方面討論了交叉口的信號(hào)配時(shí)與車(chē)道劃分，并根據(jù)西安市尚苑路與草灘一路交叉口的實(shí)際調(diào)查，對(duì)該路口進(jìn)行分析與優(yōu)化，利用VISSIM進(jìn)行優(yōu)化前后的交通仿真。仿真結(jié)果表明，優(yōu)化后交叉口的信號(hào)周期縮短了20 s，車(chē)均延誤降低了1.2 s，而且最長(zhǎng)排隊(duì)的長(zhǎng)度得到顯著減小。

關(guān)鍵詞：交叉口;配時(shí)優(yōu)化;車(chē)道劃分;交通仿真

中圖分類(lèi)號(hào)：U491文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2020）20-0122-03

Abstract： Intersection is an important node of urban road network， which limits the traffic efficiency of the traffic system， the operation of intersection is more complex in the mixed traffic environment. In order to optimize the service level of the intersection with the mixed traffic environment， the paper discussed the signal timing and lane division of the intersection from the aspect of time and space， and analyzed and optimized the intersection based on the actual investigation into Shangyuan Road and Caotan No.1 Road in Xi'an， and carried out the traffic simulation before and after the optimization by using VISSIM. The simulation results show that the signal period of the optimized intersection is shortened by 20 s， and the average vehicle delay is reduced 1.2 s， and the length of the longest queue is significantly reduced.

Keywords： intersection;timing optimization;lane divided;traffic simulation

在我國(guó)城市交通系統(tǒng)中，未設(shè)置機(jī)非物理隔離的道路非常普遍，混合交通流廣泛存在于城市路網(wǎng)中，并在信號(hào)交叉口處匯聚，混行特征顯著。城市交叉口通行能力有限，當(dāng)非機(jī)動(dòng)車(chē)較多時(shí)，其趨于涌向機(jī)動(dòng)車(chē)道，占用機(jī)動(dòng)車(chē)的行駛空間，干擾車(chē)流速度，降低道路的通行能力，影響了交通系統(tǒng)的運(yùn)行效率;而在非機(jī)動(dòng)車(chē)較少時(shí)，機(jī)動(dòng)車(chē)為尋求更多的行駛空間將伺機(jī)逼近甚至駛?cè)敕菣C(jī)動(dòng)車(chē)道，擾亂了道路的交通秩序，威脅著出行者的安全。為優(yōu)化交叉口的性能，王曉安等[1]通過(guò)對(duì)典型四相位信號(hào)控制交叉口的分析，提出了時(shí)間優(yōu)化與空間優(yōu)化相結(jié)合的交叉口優(yōu)化模型。同時(shí)，借助交通仿真來(lái)對(duì)交叉口進(jìn)行優(yōu)化的研究也進(jìn)一步發(fā)展[2]。石俊剛等[3]通過(guò)分析信號(hào)交叉口的車(chē)道劃分對(duì)安全的影響，基于交叉口的時(shí)空約束，建立了以信號(hào)交叉口最小危險(xiǎn)度為目標(biāo)的優(yōu)化模型。而以車(chē)輛延誤、停車(chē)次數(shù)等為目標(biāo)建立的交叉口的多目標(biāo)優(yōu)化模型也被廣泛討論[4-5]。

在混合交通環(huán)境下，本文通過(guò)對(duì)交叉口信號(hào)配時(shí)與車(chē)道渠化的分析，從時(shí)間與空間方面討論了平面信號(hào)交叉口的優(yōu)化方案，并以西安市尚苑路與草灘一路交叉口為例進(jìn)行了研究。

1 空間優(yōu)化

1.1 車(chē)道功能劃分及變更

劃分不同的車(chē)道功能是為了在不同的車(chē)道合理有序地組織不同方向與不同大小的交通流。車(chē)道的功能劃分需要根據(jù)道路寬度和不同方向進(jìn)口道的交通流大小來(lái)確定。例如，左轉(zhuǎn)交通量比較大時(shí)，可通過(guò)設(shè)置專用左轉(zhuǎn)車(chē)道，并根據(jù)需要配合專用的左轉(zhuǎn)相位來(lái)減少左轉(zhuǎn)與對(duì)向直行交通流的沖突，同時(shí)直行車(chē)的通行效率將會(huì)降低。

在優(yōu)化信號(hào)交叉口時(shí)，為提高通行效率，減少交通沖突，往往需要進(jìn)行車(chē)道功能的變更。例如，當(dāng)交叉口某進(jìn)口道的直行交通量遠(yuǎn)大于其右轉(zhuǎn)交通量時(shí)，可考慮將專右車(chē)道變更為直右車(chē)道，以滿足該方向的直行需求，提高交叉口的通行效率。同樣，當(dāng)右轉(zhuǎn)交通流較大時(shí)，可將直右車(chē)道變更為專右車(chē)道，并取消紅燈相位下車(chē)輛右轉(zhuǎn)的限制，保證右轉(zhuǎn)交通流連續(xù)地通過(guò)交叉口。

1.2 設(shè)置左轉(zhuǎn)待轉(zhuǎn)區(qū)

為減少左轉(zhuǎn)車(chē)輛對(duì)直行車(chē)輛的干擾，可設(shè)置左轉(zhuǎn)待轉(zhuǎn)區(qū)，配合專用左轉(zhuǎn)相位完成左轉(zhuǎn)。左轉(zhuǎn)車(chē)輛準(zhǔn)備轉(zhuǎn)彎時(shí)，在直行車(chē)流的信號(hào)為綠燈時(shí)，可以提前進(jìn)入交叉口的左轉(zhuǎn)待轉(zhuǎn)區(qū)停車(chē)等待，待左轉(zhuǎn)信號(hào)燈變?yōu)榫G燈時(shí)，才可以繼續(xù)行駛完成轉(zhuǎn)彎。左轉(zhuǎn)車(chē)輛提前駛?cè)胱筠D(zhuǎn)待轉(zhuǎn)區(qū)不僅可以使駕駛員獲得更好的視線，還減少了左轉(zhuǎn)車(chē)輛通過(guò)交叉口的時(shí)間，提高了通行效率。

2 時(shí)間優(yōu)化

2.1 混行交通下流量比的確定

在交叉口機(jī)非混行現(xiàn)象較為嚴(yán)重時(shí)，為滿足非機(jī)動(dòng)車(chē)的行車(chē)需求，可以在傳統(tǒng)的交叉口配時(shí)方法上考慮非機(jī)動(dòng)車(chē)流量對(duì)信號(hào)燈相位的影響，即結(jié)合機(jī)動(dòng)車(chē)與非機(jī)動(dòng)車(chē)共同的通行需求，配置優(yōu)化的信號(hào)周期。

同時(shí)考慮機(jī)動(dòng)車(chē)與非機(jī)動(dòng)車(chē)的交叉口信號(hào)配時(shí)，須對(duì)非機(jī)動(dòng)車(chē)流量對(duì)相位時(shí)間產(chǎn)生的影響進(jìn)行考慮。因此，機(jī)動(dòng)車(chē)與非機(jī)動(dòng)車(chē)的共用考慮的信號(hào)配時(shí)中，最大流量比[Y]可由式（1）確定：

3 案例分析

3.1 交叉口數(shù)據(jù)采集

尚苑路與草灘一路交叉口位于西安市北郊，為一典型的兩相位信號(hào)控制交叉口。其機(jī)動(dòng)車(chē)道與非機(jī)動(dòng)車(chē)道之間無(wú)物理隔離設(shè)施，具有明顯的混合交通特性，其車(chē)道分布如圖1所示。據(jù)調(diào)查，該交叉口為兩相位信號(hào)控制，信號(hào)周期為78 s;其中，南北向綠燈時(shí)長(zhǎng)約為20 s，東西向約為50 s。

選取某工作日對(duì)交叉口進(jìn)行交通調(diào)查，可得其晚高峰的小時(shí)流量。其中，以西進(jìn)口交通量較大，為車(chē)流的主要來(lái)源，機(jī)動(dòng)車(chē)流量達(dá)1 462 pcu/h，占交叉口總機(jī)動(dòng)車(chē)流量的54.2%。而西進(jìn)口的機(jī)動(dòng)車(chē)中又以直行最多，占其總流量的86.9%。東進(jìn)口直行與左轉(zhuǎn)交通量相近，分別為383 pcu/h與322 pcu/h。南、北向進(jìn)口的各向車(chē)流量均較小，以南進(jìn)口左轉(zhuǎn)車(chē)最多，為138 pcu/h。非機(jī)動(dòng)車(chē)較少，共928 veh/h，各向流量分布與機(jī)動(dòng)車(chē)類(lèi)似。

3.2 交叉口的延誤計(jì)算

利用VISSIM對(duì)交叉口進(jìn)行仿真與節(jié)點(diǎn)評(píng)價(jià)，可知該交叉口的平均延誤為16.4 s，服務(wù)等級(jí)為B。根據(jù)仿真可知，在交叉口的直左讓行規(guī)則下，西進(jìn)口的直行交通流將嚴(yán)重影響東進(jìn)口大量左轉(zhuǎn)車(chē)的通行效率，造成其排隊(duì)較長(zhǎng)，延誤較大。

3.3 交叉口的優(yōu)化與評(píng)價(jià)

通常，直左與直右車(chē)道上的直行車(chē)會(huì)因轉(zhuǎn)向車(chē)流的干擾存在產(chǎn)生較大的延誤。根據(jù)調(diào)查可知，西進(jìn)口的左轉(zhuǎn)車(chē)數(shù)量并非很多，而其直行車(chē)所占比例卻達(dá)到86.9%，交通需求遠(yuǎn)大于其他兩個(gè)方向。因此，在保證交叉口各向進(jìn)出口道數(shù)量不變的前提下，可考慮將原交叉口西進(jìn)口的專左車(chē)道改為直左車(chē)道，以提高直行方向的通行能力。

對(duì)東進(jìn)口道而言，因其左轉(zhuǎn)交通流較大，可將原有的直左車(chē)道改變?yōu)閷Ｗ筌?chē)道，避免其與該向直行車(chē)的互相干擾。另外，因其右轉(zhuǎn)交通流較小，為提高直行車(chē)流的通行效率，可以保留原有的直右車(chē)道;為便于組織，也可考慮將直右車(chē)道變更為專右車(chē)道，使右轉(zhuǎn)車(chē)輛能夠連續(xù)通過(guò)，以減少其延誤。利用Synchro對(duì)交叉口的信號(hào)配時(shí)進(jìn)行優(yōu)化，得到配時(shí)方案，如表1所示。

同樣，利用VISSIM對(duì)優(yōu)化后的交叉口進(jìn)行仿真與節(jié)點(diǎn)評(píng)價(jià)，可得其延誤，如表2所示。

經(jīng)計(jì)算，優(yōu)化后交叉口的平均延誤為15.2 s，相比原先提高1.2 s。通過(guò)仿真發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化配時(shí)和車(chē)道劃分后，西進(jìn)口的直左車(chē)道同時(shí)分擔(dān)了部分的直行車(chē)流，提高了其通行效率。此外，信號(hào)周期由78 s縮短為50 s后，東進(jìn)口左轉(zhuǎn)的排隊(duì)車(chē)輛可更充分地利用黃燈時(shí)間進(jìn)入交叉口，以減小排隊(duì)長(zhǎng)度，降低延誤。

4 結(jié)論

交叉口作為城市道路網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，對(duì)交通流的集散起著至關(guān)重要的作用，是城市交通系統(tǒng)的瓶頸。為解決混合交通環(huán)境下交叉口的通行效率問(wèn)題，本文分別從時(shí)間和空間方面對(duì)平面信號(hào)交叉口的優(yōu)化進(jìn)行了討論，并通過(guò)實(shí)地調(diào)查，對(duì)西安市尚苑路與草灘一路交叉口進(jìn)行了分析與優(yōu)化。通過(guò)對(duì)該交叉口的仿真結(jié)果可知，該優(yōu)化方案降低了交叉口的車(chē)均延誤，提高了其通行效率。

參考文獻(xiàn)：

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