T型錯位交叉口的精細化交通組織

胡 楠，范英飛，賈志絢

(太原科技大學(xué) 交通與物流學(xué)院，太原 030024)

T型錯位交叉口作為道路交通的“瓶頸”，車輛延誤、交通事故的發(fā)生嚴重降低了道路的通行能力。如何充分利用交叉口的時空資源，進行精細化交通組織是近年來交叉口交通管理控制的重要研究課題。

利用停止線到?jīng)_突點的空間，有學(xué)者進行了相應(yīng)的交通組織，提出設(shè)置直行待行區(qū)、階梯型停車線可以有效地提高道路的通行能力。經(jīng)過論述直行待行區(qū)設(shè)置條件與布設(shè)方法，結(jié)合設(shè)置待行區(qū)的經(jīng)驗，左天福分析直行待行區(qū)的適用條件和設(shè)置方法，通過實例仿真對比分析了設(shè)置待行區(qū)前后的交通效益指標，結(jié)果表明科學(xué)設(shè)置直行待行區(qū)能夠降低車流的交通沖突，提升道路通行能力[1]。呂大鵬以設(shè)置待行區(qū)前后的停車線的車流飽和程度為基準，論證分析直行待行區(qū)的設(shè)置方式與條件，構(gòu)建了直行待行區(qū)的路口延誤模型[2]。與此同時，基于無信號平面交叉口停車線位置設(shè)置存在安全隱患和規(guī)范規(guī)定值不足，有研究結(jié)合安全停車視距和主路優(yōu)先特性，考慮交叉口設(shè)計速度、駕駛員視野范交叉口夾角等影響因素，建立了左轉(zhuǎn)車道和直行車道停車線位置的計算模型，給出了停車線合理設(shè)置位置建議值[3]。此外，基于停車線設(shè)計的約束通行條件的交叉口的實現(xiàn)目標，相關(guān)研究將停車線設(shè)計理論化，并通過研究得出了交叉口停車線設(shè)計的基本模型[4]。

然而當(dāng)前直行待行區(qū)、階梯型停車線的研究不夠深入、應(yīng)用不夠廣泛，具體設(shè)置方法還需進一步探索[5]。因此本文為了提高交叉口的通行能力，提出在進口道設(shè)置直行待行區(qū)以及階梯型停車線，利用視距三角形比例關(guān)系的停車線設(shè)置最小安全距離模型計算階梯型停車線的安全設(shè)置距離，探究對T型錯位交叉口進行精細化組織研究。

1 直行待行區(qū)、階梯型停車線的適應(yīng)性研究

1.1 直行待行區(qū)

信號交叉口的通行效率以及通行能力與交叉口的信號配時方案密切相關(guān)，分離交通沖突可以從時空角度上入手，在時間和空間上分別進行交通組織研究。設(shè)置直行待行區(qū)的交叉口均為信號交叉口，合理的信號配時方案是將嚴重沖突的車流在時間上分離開來，實際上是控制主要流向的交通流沖突點使其分離，從而提升通行能力。

直行待行區(qū)是在路口直行車道與人行橫道的交界處向前延伸到路口中心的直行待行車道，來作為直行車輛的等待區(qū)[6]，標線為白色虛線邊框，存在單獨停止線，稱為第二停止線。直行待行區(qū)設(shè)置圖詳見圖1.

圖1 直行待行區(qū)設(shè)置示意圖Fig.1 Schematic of through-movement waiting area

1.2 直行待行區(qū)的設(shè)置要求

設(shè)置直行待行區(qū)的原因在于沖突點與停車線距離較大，直行待行區(qū)作為提升道路交叉口通行能力的一種交通組織措施，能夠充分利用道路空間。針對T型錯位交叉口，根據(jù)大量調(diào)研數(shù)據(jù)，直行待行區(qū)的設(shè)置需要依從如下條件[7]：

(1)交叉口路口流量條件。

在一個綠燈時長的信號周期內(nèi)，路口進口道直行車飽和度或流量比較大，導(dǎo)致直行車輛無法全部通過時，渠化時可以設(shè)置直行待行區(qū)。

(2)交叉口路口長度條件。

直行待行區(qū)進口道的長度應(yīng)能容納等待直行的車輛，同時渠化的路口有足夠的車道數(shù)。

(3)交叉口相鄰路口條件。

為保證車輛能夠順利通行，并具有較強的疏散能力，避免引起車輛堆積，使交叉口處于過飽和狀態(tài)，造成交通擁堵，因此設(shè)置直行待行區(qū)的交叉口下游路口車道要多。

1.3 階梯型停車線

階梯型停車線作為提升交叉口通行能力的一種非常規(guī)交通組織方式，可以在特定情形下充分利用道路空間，確保過街行人安全通過人行橫道，避免因車輛遮擋造成交通事故，緩解緊急制動時車輛的減速距離，以及提高道路的通行能力。針對于特定的城市道路平面交叉口，根據(jù)同向各個車道車輛行駛的不同特性，將停車線與人行橫道之間的距離設(shè)置成階梯型的布置形式[8]，階梯型停車線的分布詳見圖2.

圖2 階梯型停車線設(shè)置示意圖Fig.2 Diagram of stepped stop line

2 直行待行區(qū)、階梯型停車線設(shè)計及配套設(shè)施研究

2.1 直行待行區(qū)相位相序設(shè)置方式

根據(jù)交叉口情況，在平面十字交叉口設(shè)置直行待行區(qū)的相位通常采用左轉(zhuǎn)前置式、直行前置式和輪流放行三種方式[9]。

(1)左轉(zhuǎn)前置式

左轉(zhuǎn)前置式放行方式適用于左轉(zhuǎn)車流較多、直行車流不多的交叉口，左轉(zhuǎn)與直行分開放行，左轉(zhuǎn)前置式放行方式不可同時設(shè)置左轉(zhuǎn)待轉(zhuǎn)區(qū)。

(2)直行前置式

直行前置式放行方式適用于直行和左轉(zhuǎn)車流均較多的交叉口，使左轉(zhuǎn)與直行分開放行，可單獨設(shè)置直行待行區(qū)，也可設(shè)置綜合待行區(qū)。

(3)輪流放行式

輪流放行式適用于車流不均衡的交叉口，在左轉(zhuǎn)與直行車流較多且相差不大的交叉口，可單獨設(shè)置直行待行區(qū)，也可設(shè)置綜合待行區(qū)。

在T型交叉口設(shè)置直行待行區(qū)時常規(guī)信號相位方案為三相位，相位一東進口道車輛左轉(zhuǎn)，東西進口道車輛駛?cè)胫毙写袇^(qū)等待；相位二東西方向直行；相位三南進口道左轉(zhuǎn)車輛放行。

2.2 直行待行區(qū)幾何設(shè)計

(1)與同向左轉(zhuǎn)同時放行

采用左轉(zhuǎn)前置式放行方式時，直行待行區(qū)的設(shè)置不可影響對向左轉(zhuǎn)行車軌跡，交叉口沖突示意圖詳見圖3.

直行待行區(qū)與同向左轉(zhuǎn)相位同時放行，直行待行區(qū)理論長度：

La1=L1-n·d-ds

(1)

式中：Lr1為右側(cè)第一個待行區(qū)長度(m)；L1為進口道停車線到被交道中線的距離(m)；n為向左轉(zhuǎn)車道數(shù)；d為車道寬度(m)；ds為最小通行安全距離，取2 m.

直行待行區(qū)所能容納的車輛數(shù)為：

(2)

(2)與橫向左轉(zhuǎn)同時放行

采用綜合待行區(qū)直行前置式或輪流放行方式時，直行待行區(qū)的設(shè)置不可影響相交道路左轉(zhuǎn)行車軌跡，交叉口沖突示意圖詳見圖4.

圖4 與橫向左轉(zhuǎn)放行沖突點示意圖Fig.4 Diagram of conflict points with lateral left turn

最右側(cè)直行待行區(qū)長度為：

La1=L1-ds

(3)

右側(cè)第一條直行待行區(qū)長度由Lr1決定，取L1為右側(cè)第一條待行區(qū)長度，L2為次靠近右側(cè)第一條待行區(qū)長度，往下類推：

L1=La1

(4)

(5)

式中：w1為左轉(zhuǎn)行駛軌跡起點與終點的橫向長度；w2為左轉(zhuǎn)行駛軌跡起點與終點的縱向長度。

2.3 直行待行區(qū)交通標線和路面文字標記

(1)交通標線

直行待行區(qū)標線的施劃時應(yīng)充分考慮相交道路車輛的左轉(zhuǎn)，避免交通沖突。直行待行區(qū)設(shè)置于直行車道前端，從交叉口內(nèi)部開始施劃，但不能影響上一相位車輛的正常行駛，有多條直行車道的直行待行區(qū)可設(shè)置為階梯狀，直行待行區(qū)標線圖詳見圖5.

圖5 直行待行區(qū)標線圖Fig.5 Line chart of through-movement waiting area

(2)路面文字標記

GB5768-2015《道路交通標志和標線》12.6.3規(guī)定[10]：在直行待行區(qū)內(nèi)施劃的箭頭和文字，文字高度為150 cm，寬度為100 cm，間距為50 cm，顏色均為白色，文字居中布置于直行待行區(qū)內(nèi)。

2.4 階梯型停車線設(shè)計

本文選取的T型錯位交叉口，東進口緊鄰支路出入口。該出入口兩側(cè)未設(shè)置輔道，出口出來右轉(zhuǎn)車輛與主路東往西直行車匯流產(chǎn)生沖突?，F(xiàn)只考慮行人安全與車輛的視距要求，為避免外側(cè)車道車輛遮擋內(nèi)側(cè)車道駕駛員的視線而造成視野盲區(qū)，建立基于視距三角形比例關(guān)系的停車線設(shè)置最小安全距離模型[11]。假設(shè)車輛紅燈變綠燈的前幾秒，仍有滯留在人行橫道的行人繼續(xù)前行通過人行橫道，最外側(cè)車道車輛停車線與人行橫道邊緣距離按《城市道路交叉口設(shè)計規(guī)程》[12](CJJ152-2010)取d1=1 m，詳見圖6.

圖6 視距三角形比例關(guān)系模型示意圖Fig.6 Sketch map of apparent distance triangle scale relation model

根據(jù)圖6幾何比例關(guān)系，可得：

(6)

(7)

(8)

(9)

聯(lián)立式(6)-(9)得：

(10)

式中：X為最外側(cè)車道中線與人行橫道起點的水平距離，m；W為外側(cè)車道的側(cè)向凈寬，m；d1，d2，d3，…，di分別為最內(nèi)側(cè)至最外側(cè)對應(yīng)1，2，3，…i車道停車線與人行橫道的距離，m；B1，B2，B3，…，Bi分別為從最外側(cè)至最內(nèi)側(cè)對應(yīng)1，2，3，…，i車道的車道寬度，m；n為半幅道路總的車道數(shù)。

3 工程實例

3.1 幾何現(xiàn)狀

本文選定了特定的T型錯位信號交叉口，其中兩交叉口中心線間距小于100 m，東進口道為三車道，設(shè)一字形停車線，東進口緊鄰支路出入口。該出入口兩側(cè)未設(shè)置輔道，出口駛出的右轉(zhuǎn)車輛與主路東往西直行車匯流沖突，存在安全隱患；出口出來需左轉(zhuǎn)(掉頭)車輛直接匯入東進口左轉(zhuǎn)車道，等待左轉(zhuǎn)(掉頭)，與主路東往西直行車輛嚴重沖突，使主路車輛通行受阻。西進口道為三車道，交叉口渠化現(xiàn)狀詳見圖7，由東向西標記為一號交叉口和二號交叉口。

圖7 交叉口現(xiàn)狀圖Fig.7 Current status of intersection

3.2 交通流量現(xiàn)狀

交叉口各方向交通量如表1所示。

表1 交叉口各方向交通量Tab.1 Intersection traffic volume in all directions

3.3 信號配時現(xiàn)狀

交叉口現(xiàn)狀信號配時如表2所示。

表2 信號相位配時(s)Tab.2 Timing of signalization

3.4 交叉口問題分析

(1)交叉口空間不夠，缺少交通組織。

交叉口空間太小，內(nèi)部車輛行車軌跡混亂，導(dǎo)致交叉口整體通行能力較差。

(2)交叉口車道布置不合理。

由一號交叉口北進口道駛?cè)氲能囕v要進行直行、右轉(zhuǎn)和左轉(zhuǎn)。其中右轉(zhuǎn)的車輛與東進口道直行車輛產(chǎn)生較小的沖突，而左轉(zhuǎn)、直行的車流要在較短的路段上多次變換車道進入南進口道，會與東進口道上的交通流產(chǎn)生交織，造成了主路的交通堵塞，從而影響了整個交叉口的通行能力。

(3)交叉口信號燈設(shè)置不合理。

一號交叉口北進口道未設(shè)置信號燈，出來右轉(zhuǎn)車輛與主路東往西直行車匯流沖突，存在安全隱患；需左轉(zhuǎn)(掉頭)車輛直接匯入東進口道左轉(zhuǎn)車道，等待左轉(zhuǎn)(掉頭)，與主路東往西直行車輛嚴重沖突，使主路車輛通行受阻。支路車流橫跨三條車道來實現(xiàn)左轉(zhuǎn)掉頭，嚴重降低了路口進口道的通行效率。

3.5 交叉口渠化方案設(shè)計

(1)一號交叉口支路出口設(shè)置燈控，在東往西直行停止后放行，從時間上隔離主路車輛及出入口車輛，這樣的布設(shè)方案明顯降低了車輛之間的交通沖突，減少車輛延誤，達到優(yōu)化。

(2)一號交叉口東進口設(shè)置階梯狀停車線，依據(jù)公式(10)模型，設(shè)d2=3 m，d3=5 m以提供足夠的空間給支路出口車輛左轉(zhuǎn)(掉頭)，從空間上隔離主路車輛及出口出來車輛，詳見圖8.

圖8 交叉口渠化設(shè)計圖Fig.8 Design drawing of intersection channelization

(3)一號交叉口支路出入口西側(cè)設(shè)置直行待行區(qū)，出口出來往西行直行的車輛在待行區(qū)等待行人過街結(jié)束后通過，提高道路有效利用率。

渠化后的信號相位配時如表3所示。

表3 信號相位配時(s)Tab.3 Timing of signalization

渠化前后的沖突點對比分析如表4所示。

表4 渠化前后沖突點對比Tab.4 Comparison of conflict points before-after canalization

4 基于VISSIM的渠化方案仿真分析

通過交通仿真分析，對比渠化后的交叉口的車輛平均延誤和平均排隊長度得到相關(guān)數(shù)據(jù)如表5所示。

表5 各進口道車輛延誤與排隊長度對比分析表Tab.5 Comparison of vehicle delay and queue length in each entrance lane

由表5可知，設(shè)置直行待行區(qū)以及階梯型停車線后，一號交叉口東進口道的直行車輛平均排隊長度明顯減少，直行車輛平均延誤降低，說明在東進口道設(shè)置直行待行區(qū)以及階梯型停車線后，直行待行區(qū)的利用率較高，能消除北進口和東進口車輛產(chǎn)生的交織沖突提高通行效率。其他進口道設(shè)置直行待行區(qū)后車輛延誤和排隊長隊變化雖然不明顯，但交叉口的整體的通行效率有所提高。

5 結(jié)論

本文以T型錯位交叉口為例，對緊鄰支路出入口的東進口提出設(shè)置直行待行區(qū)及階梯型停車線的交通組織方案，并對提出的渠化方案進行VISSIM仿真對比，仿真結(jié)果表明：東進口設(shè)置直行待行區(qū)及階梯型停車線在降低交叉口延誤的同時能夠縮短路口車流左轉(zhuǎn)排隊長度，進一步提升路口通行效率。但設(shè)置直行待行區(qū)可能會導(dǎo)致車輛的二次停車次數(shù)增加。