交叉口優(yōu)化設(shè)計研究及發(fā)展

張鎮(zhèn)洋

摘 要：對于城市道路來說，交叉口是各類交通流的集散地，是道路交通的關(guān)鍵，尤其是平面交叉口，占城市交叉口比例相對較大，對城市道路至關(guān)重要。隨著小汽車保有量的增加，城市道路交通量也呈現(xiàn)出大幅的增長，平面交叉口的設(shè)計已不能滿足交通需求。僅有少數(shù)平面交叉口根據(jù)實際交通狀況進(jìn)行了相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計，一定程度上提高了交叉口的運行效率。但是，大部分平面交叉口的設(shè)計過于簡單，交通設(shè)施不完善，且與現(xiàn)狀交通實際情況不盡匹配，嚴(yán)重影響了交叉口的通行能力。本文從交叉口的交通控制與交通控制出發(fā)，通過大量文獻(xiàn)的閱讀，對交叉口渠化設(shè)計、信號協(xié)調(diào)控制、交通組織優(yōu)化等的研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述，并提出新型交叉口的設(shè)計方式，為研究方向提供一定思路。

關(guān)鍵詞：交叉口;渠化設(shè)計;信號協(xié)調(diào)控制;新型交叉口

0 引言

對于城市道路而言，交叉口是城市交通的關(guān)鍵，相對與道路路段而言，交叉口內(nèi)由于不同流向車流的轉(zhuǎn)向而引起的各種車流之間的交織、分流以及合流等行為，形成若干沖突點，也正是由于其復(fù)雜的交通特性，使得交叉口成為交通持續(xù)混亂和事故的多發(fā)點，降低了道路網(wǎng)通行能力，成為整個城市道路的瓶頸地帶。而城市道路平面交叉口作為路網(wǎng)交通的主要節(jié)點形式，其交通問題更為突出，其設(shè)置的合理與否直接關(guān)系到相關(guān)線路乃至整個路網(wǎng)交通功能的發(fā)揮，它對于城市道路的機(jī)動性、通行能力、路網(wǎng)容量以及交通安全都有較大的影響。

本文對城市道路平面交叉口交通管理和交通控制的理論與方法進(jìn)行較為全面的文獻(xiàn)閱讀，同時從交叉口群的幾何及交通信號控制設(shè)計出發(fā)，在交叉口渠化設(shè)計、交通組織優(yōu)化設(shè)計、信號配時設(shè)計等方面進(jìn)行分析，為研究平面交叉口問題的相關(guān)學(xué)者提供相應(yīng)的研究基礎(chǔ)及背景，并介紹近幾年提出的新型交叉口，最后進(jìn)行對比評價并提出未來研究的發(fā)展趨勢。

1 交叉口渠化設(shè)計

1.1 國外研究現(xiàn)狀

國外對交叉口進(jìn)口道、出口道及其寬度和車道數(shù)、交叉口轉(zhuǎn)彎半徑、交角大小、交叉口沖突點等有相關(guān)的研究[1]。在國外一般都有較為完善的渠化設(shè)計規(guī)范或手冊，美國的《交通管理設(shè)施手冊》對交叉口的渠化方法、交通設(shè)施的設(shè)置（標(biāo)志、標(biāo)線、防護(hù)欄等）、交叉口車道數(shù)及車道功能等有詳細(xì)的說明[2]。日本對平面交叉口的渠化設(shè)計研究也較早，在《平面交叉口規(guī)劃與設(shè)計》里詳細(xì)介紹了多種平面交叉口渠化措施，認(rèn)為通過渠化，能使平面交叉口的各項性能指標(biāo)得到改善[3]。

1.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

2005年，佟炳勛針對不同交通狀態(tài)下的城市道路網(wǎng)，為充分利用交叉口的通行空間，保證信號周期設(shè)置的合理，對交叉口路口道路渠化長度和車道拓寬的漸變段長度以及渠化路口規(guī)劃紅線的調(diào)整提出了新的確定方法[4]。2006年，趙偉等人對左轉(zhuǎn)專用車道進(jìn)行了研究，把左轉(zhuǎn)專用車道分為漸變段、減速段和等候段，并考慮左轉(zhuǎn)的交通量、車頭時距等因素，得到了左轉(zhuǎn)車道的適當(dāng)偏移可有助于提高駕駛員視距的觀點[5]。

2 交叉口信號控制

2.1 國外研究現(xiàn)狀

Gazis1964年對交叉口交通流進(jìn)行分析，提出了優(yōu)先考慮延誤的信號配時方法[6]，Khatib構(gòu)思了一種綠信比優(yōu)化模型，該模型目的使路網(wǎng)通行能力最大化，以此緩解路網(wǎng)中車輛擁擠狀況[7]。2015年，David K.Hale等人提出了對于孤立的信號交叉路口的最優(yōu)性和運行時間[8]。

隨著智能交通系統(tǒng)的發(fā)展，一些智能優(yōu)化算法也應(yīng)用于交通信號協(xié)調(diào)控制中，其中，還需要突破的難點在如何在不確定的動態(tài)環(huán)境中實現(xiàn)基于學(xué)習(xí)的性能優(yōu)化，其中很有價值的研究方法是利用開發(fā)自適應(yīng)動態(tài)規(guī)劃（ADP）和增強(qiáng)學(xué)習(xí)（RL）方法[9]來優(yōu)化復(fù)雜動態(tài)系統(tǒng)的性能。近十年來，該研究得到了越來越多的關(guān)注。Salkham等開發(fā)了一種用于城市環(huán)境中最優(yōu)交通控制的協(xié)同強(qiáng)化學(xué)習(xí)方法[10]。

2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

1998年，顧懷中與王煒提出了交叉口信號配時的模擬退火全局優(yōu)化算法，該算法以延誤時間、停車次數(shù)和通行能力為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，以適應(yīng)我國交叉口的混合交通特性[11]。2003年，葛亮等人針對我國城市交通的特點，在現(xiàn)有的信號相位設(shè)計的基礎(chǔ)上，對直行和各轉(zhuǎn)向車流的延誤進(jìn)行計算，并以計算出的延誤為優(yōu)化目標(biāo)，研究了混合交通的情況下相位設(shè)計方案，提出了多相位控制的信號配時優(yōu)化方法[12]。

3 現(xiàn)狀評價與未來發(fā)展

上述存在的不足即可成為未來研究的方向，在此提出其它新的交叉口研究趨勢：（1）交叉口中車輛與行人之間的關(guān)系，尤其是行人安全過街（一次過街、兩次過街、對角過街等）和行人過街延誤問題;（2）公交車在城市的公共交通系統(tǒng)中必不可少，因為其行駛速度較低且車型較為龐大，在交叉口中的運行將成為一大難點，尤其當(dāng)在交叉口附近有公交站點時，如何規(guī)劃公交車的行駛路徑和乘客過街等問題將越發(fā)重要;（3）新型的非常規(guī)交叉路口設(shè)計會因特殊布局而使駕駛員感到困惑，但是與人工駕駛不同，自動駕駛汽車將克服這一缺點，因此，當(dāng)自動駕駛成為現(xiàn)實時，如何在交叉口規(guī)劃信號控制及處理自動駕駛車輛的行駛軌跡將成為新的研究熱點。

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[12]趙偉，肖貴平，苑紅偉.對城市道路交叉口左轉(zhuǎn)專用車道設(shè)計的探討[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2006（11）：25-27.