基于車(chē)輛延誤的雙向左轉(zhuǎn)車(chē)道設(shè)置方法

韓高峰

(安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司；公路交通節(jié)能與環(huán)保技術(shù)及裝備交通運(yùn)輸行業(yè)研發(fā)中心，安徽 合肥 230088)

0 引 言

服務(wù)型道路是城市道路網(wǎng)的重要組成部分,無(wú)信號(hào)控制交叉口是城市服務(wù)型道路主要的交叉口形式,而延誤大小與安全水平是評(píng)價(jià)交叉口服務(wù)水平的重要指標(biāo)。典型十字形交叉口中,為保證所有流向無(wú)沖突,需要設(shè)置多個(gè)相位周期來(lái)分流交通,采用讓行控制的管理方式可以有效減少交叉口延誤水平,但不能解決交通流沖突問(wèn)題。交叉口交通管理的目的是從時(shí)間和空間上將不同方向交通流隔離,實(shí)現(xiàn)交通流在交叉口的安全、高效轉(zhuǎn)換,雙向左轉(zhuǎn)為城市服務(wù)型道路交叉口設(shè)計(jì)提供一種思路,尤其是結(jié)合道路中間漸變段設(shè)置雙向左轉(zhuǎn)車(chē)道,能夠節(jié)約城區(qū)寶貴的道路資源,特別對(duì)老城區(qū)內(nèi)原有區(qū)間支路的交通改造提升大有裨益。

國(guó)內(nèi)外對(duì)平交路口雙向左轉(zhuǎn)車(chē)道設(shè)置已有一定研究。Mccoy等[1]結(jié)合城市道路的安全和運(yùn)營(yíng)影響,制定了評(píng)估雙向左轉(zhuǎn)車(chē)道效益的方法。AASHTO等[2]指出雙向左轉(zhuǎn)車(chē)道通常用于在每個(gè)方向不超過(guò)兩條車(chē)道的城市道路中,同時(shí)速度相對(duì)較低且無(wú)過(guò)大左轉(zhuǎn)交通量的道路。彭永輝[3]等分析城市道路設(shè)計(jì)中交通量增長(zhǎng)帶來(lái)的問(wèn)題以及發(fā)達(dá)國(guó)家城市道路管理中雙向左轉(zhuǎn)車(chē)道的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。袁偉荷[4]等提出實(shí)施雙向左轉(zhuǎn)車(chē)道的方法來(lái)改善城鄉(xiāng)接合部等路段接入道路較多情況下的道路交通狀況。此外,相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)[5]也給出了雙向左轉(zhuǎn)車(chē)道標(biāo)線設(shè)置圖例。這些研究雖然對(duì)雙向左轉(zhuǎn)的安全性和通行效率進(jìn)行了分析,但在確定雙向左轉(zhuǎn)車(chē)道延誤評(píng)價(jià)及工程應(yīng)用評(píng)價(jià)方面不夠深入。本文針對(duì)服務(wù)型道路交叉口,分析雙向左轉(zhuǎn)車(chē)道對(duì)運(yùn)行車(chē)輛安全性及通行效率的影響,給出雙向左轉(zhuǎn)車(chē)道的設(shè)置方法,達(dá)到降低后期平交口改造的成本的目的。

1 雙向左轉(zhuǎn)車(chē)道

雙向左轉(zhuǎn)車(chē)道[6](Two-Way-Left-Turn-Lane)是在道路中央設(shè)置的專(zhuān)為兩側(cè)左轉(zhuǎn)車(chē)輛或有特殊需求的車(chē)輛提供轉(zhuǎn)彎場(chǎng)地的專(zhuān)用車(chē)道,左轉(zhuǎn)車(chē)輛進(jìn)入車(chē)道后,確認(rèn)對(duì)向來(lái)車(chē)存在充足的可穿插時(shí)間情況下,完成車(chē)輛左轉(zhuǎn)或掉頭,這種交通渠化方式對(duì)道路通行優(yōu)先權(quán)重新劃分,有效減少交叉口中左轉(zhuǎn)車(chē)對(duì)直行車(chē)輛的干擾。如圖1所示,左轉(zhuǎn)車(chē)輛進(jìn)入交叉口前進(jìn)入左轉(zhuǎn)車(chē)道,提前實(shí)現(xiàn)不同方向交通流分離,伺機(jī)左轉(zhuǎn),減少前車(chē)左轉(zhuǎn)排隊(duì)引起的候車(chē)等待時(shí)間。

圖1 共用車(chē)道與雙向左轉(zhuǎn)路徑示意圖

2 影響因素

(1) 交通管理方式。交叉口處的交通控制方式分為信號(hào)控制和非信號(hào)控制。信號(hào)控制的雙向左轉(zhuǎn)控制應(yīng)結(jié)合信號(hào)燈相位設(shè)置,當(dāng)左轉(zhuǎn)交通流與直行分離時(shí),宜設(shè)置單獨(dú)的左轉(zhuǎn)相位;非信號(hào)控制的車(chē)輛在交叉口處左轉(zhuǎn),此種控制方式存在一定的安全隱患。

(2) 交通狀況。交通狀況主要涉及交通量、交叉口左轉(zhuǎn)車(chē)輛的比例和車(chē)速。主路上的交通量及車(chē)速會(huì)影響交織區(qū)的長(zhǎng)度,進(jìn)而決定了車(chē)輛左轉(zhuǎn)的位置。交織區(qū)過(guò)長(zhǎng)會(huì)增加車(chē)輛出行的距離和時(shí)間,交織區(qū)過(guò)短會(huì)降低主路車(chē)流的安全性及通行效率。當(dāng)主路交通流飽和度較低時(shí),司機(jī)容易大意或低估突發(fā)情況的發(fā)生誘發(fā)事故;當(dāng)主路交通流飽和度逐漸升高時(shí)事故率卻隨之下降;主路交通流飽和度在0.68附近時(shí),事故率達(dá)到最低值;流飽和度增加時(shí),事故發(fā)生率增高,車(chē)輛之間干擾嚴(yán)重是造成的高事故率是[7]的主要因素。

(3)交通事故。結(jié)合國(guó)內(nèi)外應(yīng)用實(shí)例,雙向左轉(zhuǎn)車(chē)道設(shè)置可以明顯減少城市雙向兩車(chē)道支路事故發(fā)生率,尤其是降低偏置正碰和追尾事故率。主要是將雙向兩車(chē)道道路開(kāi)辟左轉(zhuǎn)車(chē)道后,在車(chē)輛進(jìn)入交叉口之前講直行車(chē)輛和左轉(zhuǎn)車(chē)輛分離,左轉(zhuǎn)車(chē)輛在交叉口內(nèi)轉(zhuǎn)向明確,降低駕駛員誤判產(chǎn)生的讓行決策失誤。同時(shí),直行車(chē)輛與左轉(zhuǎn)車(chē)輛分車(chē)道行駛后可以降低車(chē)道內(nèi)的車(chē)輛行駛速度差,總體上減少交叉口的沖突點(diǎn)數(shù),并且提高了左轉(zhuǎn)車(chē)的行車(chē)視距。改造之后交通事故減少是判定雙向左轉(zhuǎn)車(chē)道設(shè)置的評(píng)價(jià)條件。

(4)道路斷面。根據(jù)相關(guān)研究,采用雙向左轉(zhuǎn)的交通流組織方式的道路,應(yīng)為單幅道路。對(duì)于滿足設(shè)置三車(chē)道寬度現(xiàn)狀為機(jī)非混行雙向兩車(chē)道道路尤為適用,還要考慮交叉口幾何尺寸、道路斷面及管理方式等因素要滿足設(shè)置雙向左轉(zhuǎn)車(chē)道要求。

(5)行車(chē)延誤。交叉口設(shè)置雙向左轉(zhuǎn)車(chē)道后,路段平均車(chē)速雖有降低,但交叉口內(nèi)車(chē)輛分道明確,因左轉(zhuǎn)車(chē)輛導(dǎo)致的行車(chē)延誤減少。對(duì)于城市服務(wù)型支路,當(dāng)交叉口間距滿足共用漸變段設(shè)置條件時(shí),可以在不降低路段車(chē)速情況下降低行車(chē)延誤,改造之后行車(chē)延誤減少是判定雙向左轉(zhuǎn)車(chē)道設(shè)置的評(píng)價(jià)條件。

3 基于延誤的雙向左轉(zhuǎn)車(chē)道設(shè)置模型

綜合行車(chē)安全與行車(chē)效率才能確定雙向左轉(zhuǎn)車(chē)道設(shè)置的合理性。雙向左轉(zhuǎn)車(chē)道設(shè)置效果評(píng)價(jià)需要考慮諸多因素,本文運(yùn)用延誤計(jì)算模型,同時(shí)考慮車(chē)輛通行的安全性,結(jié)合VISSIM仿真軟件進(jìn)行雙向左轉(zhuǎn)車(chē)道設(shè)置模型的模擬驗(yàn)證。

車(chē)輛間車(chē)速的離散程度采用車(chē)輛的速度方差反映表征。有研究[8]表明,車(chē)輛的速度方差越大則安全性能越差。因此,本文采用車(chē)速方差作為行車(chē)安全的評(píng)價(jià)指標(biāo)。延誤是反映交通運(yùn)行效率的指標(biāo)[9],指車(chē)輛額外花費(fèi)的行程時(shí)間,延誤越大則交通運(yùn)行效率越低,本文采用平均車(chē)輛延誤作為行車(chē)效率的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

3.1 交叉口信號(hào)周期確定

國(guó)內(nèi)一般采用韋伯斯特信號(hào)配時(shí)優(yōu)化公式,得到最佳信號(hào)周期:

C=(1.5L+5)/(1-Y)

(1)

式中:C為平交口信號(hào)周期(s)；L為周期內(nèi)相位總損失時(shí)間(s),包含車(chē)輛啟動(dòng)時(shí)間、黃燈時(shí)間等,無(wú)時(shí)間數(shù)據(jù)時(shí)可取3 s；Y為各相位的最大流量比。

3.2 交叉口車(chē)輛延誤分析

信號(hào)交叉口交通信號(hào)控制導(dǎo)致交通流間斷,引起的車(chē)輛行駛時(shí)間損失,導(dǎo)致車(chē)輛延誤。通過(guò)交叉口內(nèi)多股交通流進(jìn)行時(shí)間上的分離,進(jìn)而減少交通流在空間上沖突點(diǎn),實(shí)現(xiàn)交通流的安全、高效運(yùn)行。信號(hào)交叉口延誤分析是進(jìn)行信號(hào)配時(shí)的基礎(chǔ),交叉口車(chē)輛延誤計(jì)算如下式[10]:

(2)

式中：dij為相位i的j進(jìn)口道車(chē)輛的平均延誤(s);λi為相位i的綠信比;xij為相位i的j進(jìn)口方向的飽和度;Pf為平均延誤修正系數(shù),推薦缺省值取1;T為分析期(h),推薦缺省值取0.25;K為取決于控制措施的修正系數(shù),推薦缺省值取0.4；I為上游車(chē)輛過(guò)濾修正系數(shù),推薦缺省值取1;d0為排隊(duì)車(chē)輛的初始延誤(s),推薦缺省值取0。

3.3 車(chē)輛延誤確定

典型十字形交叉口總延誤:

d=dl+ds&r

(3)

式中:dl為左轉(zhuǎn)車(chē)延誤;ds&r為直行及右轉(zhuǎn)車(chē)延誤[11]。服務(wù)型道路交叉口存在左轉(zhuǎn)車(chē)與直行車(chē)共用車(chē)道時(shí),存在前方左轉(zhuǎn)車(chē)排隊(duì)導(dǎo)致后方直行車(chē)輛等待的情況,這種路況下交叉口延誤應(yīng)歸并計(jì)算。

3.4 車(chē)輛間車(chē)速的離散程度

車(chē)速離散程度可用速度方差表征,進(jìn)行交通流量信息采集后數(shù)據(jù)處理和仿真軟件模擬車(chē)輛行駛直接獲取方差值是獲取車(chē)速方差的主要方法。

樣本內(nèi)車(chē)輛行駛速度均值:

(4)

車(chē)速離散程度用車(chē)速方差值表征:

(5)

式中:σ2為車(chē)速方差;n為樣本數(shù);vi為第i輛車(chē)的行駛速度。

車(chē)輛行駛速度方差越小,反映車(chē)輛之間相對(duì)速度越小,則表明安全性相對(duì)較高。

3.5 算法設(shè)計(jì)

求解步驟如圖2所示。

圖2 求解步驟

Step1.設(shè)置雙向左轉(zhuǎn)車(chē)道的基本條件分析,包括道路條件、交通流特征等相關(guān)交通特性分析,如道路條件滿足交叉口雙向3車(chē)道寬度且路中央無(wú)固定隔離帶。

Step2.現(xiàn)狀交通流量數(shù)據(jù)觀測(cè),并對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選。

Step3.計(jì)算Ai=min{di,σi},式中Ai為通行效率綜合評(píng)價(jià)值。

Step4.根據(jù)式(1)～式(5)計(jì)算調(diào)整車(chē)道后通行效率綜合評(píng)價(jià)值A(chǔ)i。

Step5.比較各計(jì)算結(jié)果,選取通行效率綜合評(píng)價(jià)值A(chǔ)i最高時(shí)的車(chē)道布局方案。

4 案例分析

為進(jìn)一步分析本文提出方法的實(shí)用性,以常規(guī)十字形交叉口為例,其渠化方案如圖1所示?？紤]到各道路外側(cè)車(chē)道為機(jī)非混行車(chē)道,將非機(jī)動(dòng)車(chē)交通量換算為標(biāo)準(zhǔn)小轎車(chē)交通量,同時(shí)考慮道路車(chē)道寬度、車(chē)輛橫向干擾等因素對(duì)通行能力進(jìn)行修正,得到雙向左轉(zhuǎn)和共用車(chē)道兩種模式下交叉口各進(jìn)口道交通參數(shù)見(jiàn)表1和表2。

表1 雙向左轉(zhuǎn)交叉口各進(jìn)口道交通參數(shù)

表2 共用車(chē)道交叉口各進(jìn)口道交通參數(shù)

4.1 行車(chē)延誤計(jì)算

其中修正系數(shù)綜合橫向干擾等因素[12]綜合確定,參考取T=0.25,K=0.4,I=1,d0=0,運(yùn)用式進(jìn)行交叉口延誤計(jì)算,同時(shí)考慮到行人最短過(guò)街時(shí)間,最終得雙向左轉(zhuǎn)模式下信號(hào)燈周期T=54 s,延誤d=13.4 s,公用車(chē)道模式下信號(hào)燈周期T=60 s,延誤d=15.1 s。不同相位交通信號(hào)示意如圖3、圖4所示。

圖3 雙向左轉(zhuǎn)下不同相位交通信號(hào)時(shí)長(zhǎng)(單位：s)

圖4 共用車(chē)道下不同相位交通信號(hào)時(shí)長(zhǎng)(單位：s)

4.2 交通仿真

結(jié)合交叉口渠化及交通組織方案對(duì)該路口進(jìn)行仿真測(cè)試,依據(jù)仿真結(jié)果來(lái)評(píng)判兩種管理方式的使用效果。結(jié)合信號(hào)配時(shí)方案進(jìn)行信號(hào)控制條件下的仿真模擬,雙向左轉(zhuǎn)模式下仿真評(píng)價(jià)結(jié)果:車(chē)均延誤為18.42 s,交叉口整體服務(wù)水平為C級(jí)。共用車(chē)道下仿真評(píng)價(jià)結(jié)果:車(chē)均延誤為24.26 s,交叉口整體服務(wù)水平為D級(jí)。

4.3 結(jié)果分析

測(cè)算結(jié)果表明,左轉(zhuǎn)與直行車(chē)輛之間的速度差較小,交織區(qū)的分合流點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了空間上的分離,雙向左轉(zhuǎn)控制下車(chē)均延誤值明顯小于共用車(chē)道控制下的相應(yīng)值,且速度分布的離散程度更低,安全性提高。從延誤和安全角度評(píng)價(jià)交叉口服務(wù)水平,雙向左轉(zhuǎn)的渠化模式明顯優(yōu)于共用車(chē)道方式。

為了模擬交織區(qū)內(nèi)速度差,在VISSIM仿真中,在進(jìn)入交叉口前的車(chē)道內(nèi)設(shè)置檢測(cè)器,記錄車(chē)輛通過(guò)標(biāo)定斷面時(shí)的速度值,結(jié)果表明車(chē)輛之間的速度差較小,即安全性相對(duì)較高。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文從行車(chē)延誤和速度方差角度對(duì)交叉口交通渠化方式進(jìn)行研究,在低流量下,主路可接受間隙較長(zhǎng),共用車(chē)道方式在延誤水平上相對(duì)有優(yōu)勢(shì),但交通安全性較差。當(dāng)流量達(dá)到閾值時(shí),采用雙向左轉(zhuǎn)方式可以將交叉口的左轉(zhuǎn)與直行交通流分離,使得交叉口的延誤水平降低、安全水平提高。結(jié)合相關(guān)規(guī)范及工作經(jīng)驗(yàn),交通流量的小型平交口可設(shè)置黃閃燈和路口監(jiān)控設(shè)備,提示駕駛員減速慢行,實(shí)時(shí)監(jiān)控交叉口交通狀況,減少車(chē)輛排隊(duì)時(shí)間,提高交叉口的服務(wù)水平;流量達(dá)到閾值時(shí),設(shè)置雙向左轉(zhuǎn)車(chē)道,設(shè)置路口信號(hào)控制設(shè)備,提高交叉口的服務(wù)水平及安全性,為服務(wù)型平交口的渠化管理提供參考。鑒于本人工作經(jīng)歷有限,現(xiàn)階段研究?jī)H進(jìn)行特定流量下基于延誤和車(chē)速方差的不同渠化方式的比選,下階段研究運(yùn)用相關(guān)交通流理論測(cè)算不同渠化方式下交通流閾值的確定,實(shí)現(xiàn)交叉口車(chē)道方案轉(zhuǎn)換的提前預(yù)判。