基于信號燈的典型環(huán)島交叉口控制模式應(yīng)用探索

李貴民 榮生偉 劉剛 閻虎

摘 要：隨著城市建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，機(jī)動車出行水平不斷提高，環(huán)島占地面積大、通行能力有限等弱點(diǎn)逐漸顯現(xiàn)出來，本文通過對位于包頭市城市核心區(qū)一宮無控環(huán)形交叉口進(jìn)行增設(shè)信號燈控制并制定不同時段差異化的信號控制策略，精細(xì)劃分相位相序和控制時段，利用硬隔離和彩色路面明確非機(jī)動車通行權(quán)等優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化方案實(shí)施后各項(xiàng)交通運(yùn)行指標(biāo)均有比較明顯的提升，島內(nèi)車流交織及進(jìn)口長排隊(duì)現(xiàn)象明顯改善。

關(guān)鍵詞：環(huán)形交叉口;信號燈控制;差異化控制策略

中圖分類號：U491.54 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1 現(xiàn)狀及問題分析

包頭市一宮環(huán)島位于包頭市青山區(qū)，環(huán)島呈橢圓形，長軸約93米，短軸約66米，現(xiàn)狀為四岔無燈控環(huán)島。環(huán)島東南方向?yàn)榻ㄔO(shè)路，西方向?yàn)榘^市東西走向的主要干道之一的鋼鐵大街，東北和西南方向?yàn)楹舻媚玖执蠼?。周邊用地以商業(yè)和政府會議中心及景觀設(shè)施為主，環(huán)島內(nèi)西北側(cè)為第一工人文化宮及停車場、東北側(cè)為天外天大酒店、西南側(cè)為大型家具城、東南側(cè)為兒童公園，交通吸引點(diǎn)較多，交通通行環(huán)境較為復(fù)雜，且有4條主要公交線路在此通行，環(huán)島四個方向交通流量都較大。另外，一宮環(huán)島內(nèi)部是包頭城市地標(biāo)性雕塑“奔鹿騰飛”，無法拆除，同時周邊的建筑物密集不易改建為立體交通。

主要問題：

1.1 總體流量飽和，關(guān)鍵進(jìn)口排隊(duì)溢出

環(huán)島總體的通行能力為9 200 veh/h，而實(shí)際的交通量為9 611 veh/h（2018年某一天工作日高峰），高峰期間流量過飽和。由于環(huán)島連接包頭市區(qū)各城區(qū)的重要交通節(jié)點(diǎn)且鋼鐵大街（東西方向）的交通流量較大，東西方向經(jīng)常會出現(xiàn)排隊(duì)長度較長的情況，擁堵嚴(yán)重時輛需要3次及以上排隊(duì)才能通過環(huán)島，甚至排隊(duì)溢出，從而影響東西方向上游交叉口的正常運(yùn)行。

1.2 島內(nèi)車流交織嚴(yán)重

島內(nèi)現(xiàn)狀施畫有三條機(jī)動車道，且環(huán)島內(nèi)無信號燈控制。作為一宮環(huán)島的主要交通方向，東西方向不僅進(jìn)入環(huán)島的車流量較大，接收南北方向通過右轉(zhuǎn)和左轉(zhuǎn)進(jìn)入東西方向的車流量也相對較大。對于西南進(jìn)口，由于右轉(zhuǎn)車輛無需經(jīng)過環(huán)道，因此對島內(nèi)車輛的通行影響較小。對于東北進(jìn)口，由于左轉(zhuǎn)車輛需要行駛3/4的環(huán)道總長，才能進(jìn)入東南方向的出口道，因此該部分車流將會對島內(nèi)車輛的通行產(chǎn)生比較大的影響。尤其當(dāng)左轉(zhuǎn)流量較大、島內(nèi)車流沒有完全疏散時，如果此時再加入東南方向較大的直行車流，僅依靠環(huán)島自身調(diào)節(jié)造成交通秩序混亂，會出現(xiàn)島內(nèi)各個方向車流“卡”死的現(xiàn)象。

1.3 機(jī)非混行，事故多發(fā)

一宮環(huán)島采用機(jī)非混行的交通組織方式，各類交通流均在此交匯，特別是機(jī)非混行嚴(yán)重影響了環(huán)島的通行能力，也給行人、非機(jī)動車帶來安全隱患，造成交通事故頻發(fā)。

2 優(yōu)化思路

考慮到一宮環(huán)島自身的特點(diǎn)及存在的流量飽和、島內(nèi)交織等問題，進(jìn)出口道多且間距短、蓄車能力有限，一旦環(huán)島上某一個節(jié)點(diǎn)發(fā)生擁堵將會影響到整個環(huán)島車輛的正常運(yùn)行。因此首先考慮進(jìn)行信號燈控制，利用信號燈規(guī)范各流向車流通行秩序，對入環(huán)及出環(huán)車流同步控制，并重點(diǎn)設(shè)計(jì)清空相位，避免車輛積壓。

明確非機(jī)動車及行人通行空間，采用慢行交通一體化通行的方式，非機(jī)動車不進(jìn)入環(huán)島，避免機(jī)非混行，利用硬隔離以及彩色路面等方式規(guī)定非機(jī)動車在環(huán)島外圍通行;為保證行人過街安全，行人相位放行時，禁止沖突機(jī)動車流放行。

3 優(yōu)化措施

3.1 增設(shè)信號燈，控制入環(huán)及出環(huán)車流

四個方向進(jìn)口道分別安裝一組信號燈，控制進(jìn)島車輛;四個方向駛出環(huán)島位置分別安裝一組信號燈，配合島內(nèi)施劃的四組階梯式停止線，控制出島車輛，并保證行人過街時無人車沖突。

相位相序設(shè)置參考十字形交叉口四相位放行模式，并設(shè)置清空相位，保證島內(nèi)車輛有效清空，兼顧空間資源的充分利用：

A相位（入島及行人過街相位）：東西方向機(jī)動車直行，同時南北進(jìn)口非機(jī)動車和行人也可通行。此相位沒有開放機(jī)動車右轉(zhuǎn)的目的是保護(hù)非機(jī)動車和行人的過街安全，避免右轉(zhuǎn)機(jī)動車與正在過街的非機(jī)動車和行人發(fā)生沖突;

B相位（入島及出島相位）：A相位基礎(chǔ)上增加了機(jī)動車右轉(zhuǎn)通行，同時已關(guān)閉非機(jī)動車和行人信號;

C相位（出島清空相位）：所有進(jìn)島信號均關(guān)閉，此相位作用是清空島內(nèi)排隊(duì)的車輛;

D相位（相交方向車流銜接相位）：因環(huán)島直徑較大，如果將島內(nèi)車輛徹底清空后再放行下一相位勢必造成島內(nèi)道路空間的浪費(fèi)。所以在確保進(jìn)島車輛與出島車輛不發(fā)生沖突的前提下，經(jīng)過計(jì)算提前放行南北方向的進(jìn)島車輛，讓南北方向進(jìn)島車流與出島車流尾部銜接，提高島內(nèi)空間利用率的同時也降低了車輛延誤。

EFGH：四個相位放行南北方向車流，具體放行方式參考A至D相位設(shè)置。

時段劃分及配時方案細(xì)節(jié)：

→根據(jù)流量特征總體劃分為9個時段，其中7：00～9：00為早高峰對應(yīng)7號方案，11：40～12：40為午高峰對應(yīng)2方案，17：00～20：00為晚高峰對應(yīng)5號方案，3號、6號方案為平峰方案，4號為低峰方案，1號為夜間方案;

→包頭市整體分布東西長、南北窄，各城區(qū)由東向西依次排列分布，一宮環(huán)島是連接?xùn)|西區(qū)域的重要道路節(jié)點(diǎn)，整體車流量東西多，南北少。故各高峰時段方案的綠信比東西方向大于南北方向;

→因平峰和高峰時段島內(nèi)滯留排隊(duì)車輛較多，在早晚高峰及白天平峰時段（時段2/3/4/6/7）啟用D相位及H相位，提高島內(nèi)空間利用率，降低車輛延誤;

→包頭市工作日的作息時間一般為上午8：30～11：30，下午2：30～5：30。因中午休息時間較長，會有一個午高峰，故時段4（11：40～12：40）周期時長設(shè)置較長;

→該路口19：00～20：00東西車流量仍較大，排隊(duì)長度較長，故將晚高峰時段19時間延長至20：00。

3.2 慢行交通一體化過街，精細(xì)渠化設(shè)計(jì)

（1）增加環(huán)島內(nèi)機(jī)動車道數(shù)量，由三條改為四條，增加了環(huán)島通行能力。

（2）配合出入環(huán)島信號控制，設(shè)置四組停止線，在四個出口方向人行橫道前方設(shè)置停止線，通過信號控制，避免人車沖突。

（3）分離非機(jī)動車和機(jī)動車通行區(qū)域，明確非機(jī)動車過街與行人一體，并沿環(huán)島外圍通行，通過紅色瀝青以及連續(xù)的非機(jī)動車地面標(biāo)記，對非機(jī)動車駕駛?cè)诵纬蛇B續(xù)指引，具有更加直觀的提示作用。

3.3 完善隔離欄等設(shè)施

在外圍設(shè)置機(jī)非隔離欄，規(guī)范非機(jī)動車的通行路徑，規(guī)避了機(jī)非混行;在四個進(jìn)口方向增設(shè)了大型指路標(biāo)志，提前告知車輛駕駛?cè)说缆废嚓P(guān)信息，便于駕駛?cè)颂崆白龊眯熊嚶肪€規(guī)劃;在出口設(shè)置限速標(biāo)志和禁停標(biāo)志，控制車速并嚴(yán)格禁止車輛在主路停放。

4 實(shí)施效果

優(yōu)化措施實(shí)施后，各項(xiàng)交通運(yùn)行指標(biāo)均有比較明顯的提升，優(yōu)化后的一宮環(huán)島很好地解決了由于島內(nèi)存有殘留車輛而影響各進(jìn)口道車輛順利駛?cè)胍约榜偝霏h(huán)島的問題，提高了車輛的通行效率，整體通行能力提高15%。由于改良后的交叉口并不會發(fā)生類似于環(huán)島“卡”死的整體癱瘓的情況，只需根據(jù)不同時段的交通需求調(diào)整信號控制策略。同時，路權(quán)更加明確，環(huán)島交通事故由原來的每年430多起起下降至360多起，事故率下降了16%。

5 結(jié)語

本文介紹了包頭市典型環(huán)島交叉口改為信號燈控制，主要措施：（1）出入環(huán)車流的放行配合。通過設(shè)置入環(huán)車流及行人過街相位、單獨(dú)入環(huán)相位、出環(huán)清空相位以及相交方向車流銜接相位，在減少出入環(huán)各向車流交織下的前提下，重點(diǎn)考慮島內(nèi)車輛的有效清空，同時為提高通行效率，在流量較大的時段提前放行相交方向車流，充分利用環(huán)島內(nèi)部較大的空間資源，并根據(jù)城市出行特點(diǎn)對控制時段進(jìn)行精細(xì)化設(shè)計(jì)。（2）明確非機(jī)動車路權(quán)。通過彩色路面明確非機(jī)動車通行權(quán)，禁止非機(jī)動車駛?cè)氕h(huán)島內(nèi)部與機(jī)動車混行、交織，并使用硬質(zhì)隔離進(jìn)一步保證交通組織方案的運(yùn)行效果，方案實(shí)施后，一宮環(huán)島整體通行能力提高了15%，島內(nèi)車流交織及進(jìn)口長排隊(duì)現(xiàn)象明顯改善，未發(fā)生環(huán)島“卡”死導(dǎo)致整體癱瘓現(xiàn)象，交通事故率也下降了16%。

本文可以為無燈控環(huán)島交通組織優(yōu)化提供一些實(shí)用的借鑒思路，在環(huán)島地標(biāo)性建筑無法拆除的情況下，增設(shè)信號燈控制出入環(huán)車流并精細(xì)設(shè)計(jì)相位相序可以使原本混亂無序的交通流變得有序，同時針對無燈控環(huán)島機(jī)非混行、人車混行等安全問題，應(yīng)以明確且唯一的路權(quán)限制非機(jī)動車駕駛?cè)撕托腥?，?shí)施初期可以考慮加強(qiáng)路面引導(dǎo)。