交叉口改善方案需要詳細調查交通量和延誤特征的技術原因及思路

官陽

探討交叉口的優(yōu)化方案時，有經驗的交通工程師一定會先了解交叉口的交通流特征和數據，這是為什么？因為交叉口的交通控制，實際上是一個協(xié)調路權和取舍的過程，是判斷單位時間里空間是否夠用的問題，而且任何一個取舍都需要科學合理的評價，否則就會構成假象和浪費。在這個評價領域，涉及到很多基本的交通工程的技術工具和評價工具。采集交叉口的流量數據，并不需要所謂的“大數據”技術能力，而是最基礎、最樸實、至少用了七十年以上的交通工程原始手段（從1950年第一版《公路能力手冊》Highway Capacity Manual，簡稱HCM，問世算起，就開始觀察和測算跟車距離和速度的關系等基本交通流特征研究了）——站在路口分方向和車道數機動車、數非機動車、數行人！現在視頻監(jiān)控技術好了，可以坐在辦公室里數各種車輛、行人！技術再升級，可以依靠視頻識別各個車道的車牌、自行車和人臉，但任務依舊是數車、數人！因為交通工程師需要知道單位時間里，每條車道會（能）存下多少車，駐足區(qū)會站住多少人，地方夠不夠，要多長時間能“放”完。所謂依靠手機數據分析交叉口通行能力，事實上是無法滿足真正的交通工程的設計需求。

針對優(yōu)化交叉口的交通控制方案，國際交通工程界有三個基本的任務環(huán)節(jié)：研判轉彎條件、評價通行能力和調查事故記錄，對應的也有最基本的技術工具和評價方法，分別是：轉彎車道的設置條件，交叉口服務水平評級，交叉口事故記錄分析（本文主要介紹通過能力，事故記錄工具不在本文探討）。

與國際常規(guī)做法相比，目前我國的交叉口優(yōu)化方案中，這三個任務環(huán)節(jié)和對應的技術工具，都很少被提及。我國比較常用的是對比單位時間里新舊方案的流量變化數值，比如較之前增加20%等說法，現在還有一個趨勢是使用所謂的“大數據”分析做支撐來得到這個變化值。其實這種評價方式，對交叉口控制優(yōu)化方案的實際效果評價，是很難充分和準確的。道理很簡單，將信號燈的任何一個相位的延誤加大，都可能換來其他相位方向上通過能力的增加，而將任何一個方向的上游信號燈延誤提高，也可以增加下游路口該方向的“通暢”時間——這就是為什么我們經常會聽到所謂擁堵搬家的說法，因為這種評價并不是真正意義的交叉口通行能力的正確評價方法。為了正確地評價交叉口能力，判斷交叉口車道布局和交通控制效果，首先就需要使用正確的技術工具和完善的評價方法，簡述如下。

工具一：交叉口轉彎車道設置條件

交叉口的車流通常包括直行、左轉和右轉，轉彎的車輛都會有觀察路口、降低車速、選擇車道、判斷操作點、尋找換道機會并進行操作的過程，不同車道的車輛在這個過程會導致分流或合流，進而影響主方向（通常為直行）的車流間距和車速，引發(fā)道路通行能力下降。為此，在什么條件下需要設置左轉和右轉專用車道？交通工程界做過大量的研究，經驗被匯總于一批頗有影響力的技術文件里，其中比較有代表性的是美國交通工程界的經典巨著《公路和街道幾何設計規(guī)范》（俗稱綠皮書）和《公路能力手冊》（HCM）。隨著研究的深入，在這些技術文件的不同階段的版本里，這部分內容也一直在完善，持續(xù)指導著交通工程師的日常工作。

1985年，美國運輸研究委員會還出版了《交叉口渠化設計指南》（TRB 279號報告，Intersection Channelization Design Guide， Report 279，TRB Transportation Research Board），是專門指導交叉口車道布局設計的具體技術文件，將支撐交叉口渠化的基礎知識和技術要素以及工作方法進行了標準化的梳理，其中就提到了設置左右轉彎專用車道的流量指標。該指標數據被用作基礎條件數據，然后與交叉口評估工作中實際獲得的轉彎流量數據做比對，評估設置轉彎車道的必要性。

轉彎車道不僅會增加橫向占地問題，其整體長度也要合理，需要根據轉彎車的數量以及直行車的數量來決定，轉彎車道太長不僅會浪費，還會引發(fā)秩序混亂，太短則不夠用，會導致直行車流的隊尾堵住轉彎車道的入口，或者轉彎車的隊尾溢出到直行車道里造成擁堵，這就是我們常聽到的“數車”的任務目的。

《交叉口渠化設計指南》提到的右轉車道流量設置條件依據值如圖1、2所示（Intersection Channelization Design Guide， TRB Report 279，P64）：

圖1中文字提示，對于標志限速值是 45 MPH（70公里時） 或以下的道路，高峰時段每小時右轉大于 40輛，和總高峰時段駛入車輛總數每小時小于 300時，調整右轉。

圖1中兩條折線分離的三個區(qū)間，比如，如果高峰時段車流量一小時超過500輛，其中超過20輛是要右轉的，就可以考慮設置右轉專用道，20輛以下不用設（下面的一條折線以下區(qū)域，白色區(qū)間）；如果超過600輛車里需要右轉的車輛超過40輛，就必須設置又裝車道，20～40輛之間，是過渡區(qū)域（淡綠色區(qū)間），可以設，也可以不設。

圖2的意思是：在4車道公路（兩上兩下）上，限速值高于70公里的，如果高峰時段超過1200輛車，有50輛車要右轉，應該設置右轉車道；下面的一條折線以下區(qū)域（白色區(qū)間），不需要設置右轉車道。

表1是綠皮書中關于雙車道道路設置左轉車道的指標依據（綠皮書在美國的地位等同于國家標準），它是按照車速、每小時同向車流量、左轉彎車輛的占比以及對向車流量等來判斷的。比如，60公里時速的道路，每小時同向車流有720輛車，其中5% 需要左轉，此時如果對向有100輛車直行，就需要設置專用左轉車道。這一領域還有很多數據工具，篇幅原因，就不再列舉了。

工具二：交叉口服務水平（Level of service）

在評價交叉口通行能力時，還要用到一個重要的指標體系，即建立在延誤時間基礎上的交叉口服務水平LOS評級（見表2），每個交叉口的每個方向，包括交叉口整體的服務水平評價，都需要依此進行評估，簡單說，這個指標體系反應的是一輛車通過交叉口時會發(fā)生的延誤時間。這個評價方法是HCM的核心評價方法之一，由大批具有一線工作經驗的交通工程師前赴后繼幾十年總結而成，并最終達成了這個共識。依據道路通行能力的分級模式，交叉口通行能力也對應分為A到F六級，A最好，F最差（交通流已經中斷到難以忍受的程度）。通常，C以上是理想狀態(tài)，D是高峰時可接受的狀態(tài)。一般情況下，如果一個交叉口的某個方向上的車流，出現E或F的情況，就說明這個交叉口的該方向的服務水平已經很糟糕了，應該進行改善。之所以考慮延誤時間作為服務水平指標，即有用路體驗問題，也有延誤時長會導致的車輛涌入和排隊長度的壓力問題，交通工程師在大量的日常工作里發(fā)現，延誤時間如果超過80秒，排隊的車輛數量和駕駛人的耐心都會達到一種難以收拾的程度，進而導致交通走廊的運輸價值嚴重受損。我國很多城市道路在路口出現大量自行車聚集的困境，都與長時間延誤導致后續(xù)車輛遠遠不斷涌入有關。

如何使用這兩個工具？下面分享一個案例進行說明。這份資料來自美國阿拉巴馬州交通局的網站，提供者是當地的一家的交通工程咨詢公司。

1. 綜述

圖3中的三號交叉口，是美國阿拉巴馬州奧本市的一個交叉口，相交道路是 East University路與Opelika路，Opelika Rd.是一條主干路，蜿蜒著斜穿圖中展示的區(qū)域，East University路則是該區(qū)域的一條外圍環(huán)路。

2.該交叉口的現狀描述

East University Drive（大學東路）與Shug Jordan Parkway（舒哥喬丹景觀大道）相連，構成了一條奧本地區(qū)的繞城環(huán)路。與East University路相交的Opelika路的起點是GAY街，然后分別向東和西延伸，向東與East University路相交后，改名叫派佩里爾景觀大道（Pepperell Parkway）。在這個兩條主干道形成的交叉口，Opelika路向西的路口有一條左轉車道，兩條直行車道和一條右轉車道，向東的路口有一條左轉車道，一條直行車道和一條直行與右轉混用車道。East University路上，向北的路口有一條左轉車道，兩條直行車道，一條右轉車道，向南的路口有一條左轉車道，一條直行車道和一條直行與右轉混用車道。路口是通過信號燈控制，每個方向都有專用左轉相位。具體地理位置如圖 3，圖4是交叉口俯視圖。

3. 高峰小時交通量調查數據

2005年10月3日，該交叉口日流量為，晚高峰 （4：30-5：30 p.m.） 4，168輛車，早高峰（7：15-8：15 a.m.）2，313輛車。具體見表3。

4.交叉口能力分析

從表4可以看出，交叉口早高峰的總體運行情況屬于可接受范疇C。但是晚高峰時，服務水平卻是F。晚高峰時，向東、向西和向北方向的車輛流動都低于可接受的范疇，具體是：

Opelika路（Opelika Road）的西向東直行和右轉的混合車道延誤太多，是超過了80秒的F級；

Opelika路（Opelika Road）的東向西左轉和直行延誤太多，左轉是55～80秒之間的延誤，直行延誤超過80秒，達到了F級；

East University路（East University Drive）南向北的左轉彎延誤太多，已經到了E級，即要通過需要55～80秒之間。

5.交叉口右轉車道的評估

Opelika路向西和East University路向北目前都有右轉車道；在比較現有流量和右轉車道設置指標后，建議在交叉口增加右轉車道如下：

Opelika路向東（Opelika Road）；

East University路向南（East University Drive）

6.改善建議

根據目前的交叉口能力分析和高峰時段流量特征，提供兩個選擇方案。方案一是將交叉口晚高峰的整體服務水平提高到D。在這種情況下，有些方向在晚高峰時仍然會處在E的水平，還是比較差。方案二是將每個方向上的服務水平都提高到D或以上。下面是兩個方案的簡要介紹。

方案一：

將交叉口晚高峰的整體服務水平提高到D的具體做法，一是將East University路上的右轉車道延長，以便讓晚高峰時需要右轉的車輛可以在遭遇向北排隊直行車流的隊尾前就直接進入右轉車道，因為現在右轉車道的入口段是被排隊的直行車流堵住了；二是在Opelika路上的向東方向增加一條右轉車道，以使右轉車流可以提前進入右轉專用道而不會被排隊等候直行的車流堵住；三調整信號配時，為Opelika路上雙方向的車輛提供專用左轉相位。

方案一的改變方式，將東西向的左轉信號燈獨立相位改為直左混行相位以減少無謂延誤，在西向東方向的入口方向上增加一條右轉車道，在南向北方向上延長右轉專用車道長度以減少排隊溢出的干擾。（見圖5）

方案二：

將每個方向上的晚高峰服務水平都提高到D或以上，具體做法是：

將East University路上的右轉車道延長，在Opelika路Opelika Road上的向東方向增加一條右轉車道，和方案一提到的一樣；

在Opelika路的向西方向上增加第二條左轉車道以滿足左轉需求；

在East University路的向南方向上增加第二條左轉車道以滿足左轉需求；

在East University路的向南方向上增加一條右轉車道，為高峰時的右轉車輛提供條件。

需要注意的是，與方案一相比，Opelika路向西有雙左轉車道后，信號對東西向的左轉車流保護獨立相位不動。（見圖6）

表5展示的是改善后，方案一和方案二的服務水平狀態(tài)。

結語

文章的最后，再提幾句和交通數據內容關系很大的《公路能力手冊》HCM，從1950年第一版問世就獲得了巨大的成功，被翻譯成9國文字，開始對交通工程的決策和實際操作產生巨大影響，歷經70年，HCM多次再版，已經從100多頁豐富成為一部超過3000頁的長篇巨著，凝聚了大量一線交通工程師的研究與實操經驗的心血，在車流、人流、自行車流、公交車出行等領域，都建立了大量的統(tǒng)計結論、科學評價方法和技術工具。這些功課，一直圍繞著交通數據展開，可以說是從數據來，到數據中去。計算機和通信技術日新月異，為交通工程實踐提供了很多更高效率的數據采集方式，但是萬變不離其宗，這些技術手段和數據，對道路運行管理而言，本應該是如虎添翼而不是喧賓奪主，我們是因為需要數據才使用智能手段，而不是因為需要智能手段才使用數據！