十字型交叉口遠(yuǎn)引左轉(zhuǎn)設(shè)置方法及通行能力研究Research on the Setting Method and Traffic Capacity of the Left Turn at the Cross-shaped Intersection

紀(jì)超　楊春霞　李夢(mèng)龍

摘? 要：針對(duì)左轉(zhuǎn)交通流對(duì)于十字型交叉口車輛通行產(chǎn)生重大影響這一現(xiàn)象，文章提出十字型交叉口遠(yuǎn)引左轉(zhuǎn)的設(shè)置方法及適用條件，從而提高交叉口通行效率及行車安全。通過分析十字型交叉口遠(yuǎn)引渠化的重要幾何參數(shù)，構(gòu)建了遠(yuǎn)引左轉(zhuǎn)交通流的排隊(duì)長度模型、掉頭開口位置計(jì)算模型及開口大小與中央分隔帶的設(shè)置，分析了十字型交叉口遠(yuǎn)引渠化后的通行能力計(jì)算方法。以太原市杏花嶺區(qū)的一個(gè)十字型交叉口作為研究對(duì)象，分析結(jié)果表明一定條件下，十字型平面交叉口主干道左轉(zhuǎn)遠(yuǎn)引設(shè)置可以減少交叉口延誤和停車次數(shù)，提高交叉口通行能力，最后利用Vissim仿真證明以上方法是有效的。

關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)引左轉(zhuǎn)；渠化；十字型交叉口；通行能力

中圖分類號(hào)：U491? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? DOI：10.13714/j.cnki.1002-3100.2023.13.015

Abstract： In view of the phenomenon that the left-turn traffic flow has a great influence on the traffic at the intersection， this paper puts forward the setting method and applicable conditions of the far-off left turn at the intersection， so as to improve the traffic efficiency and driving safety at the intersection. By analyzing the important geometric parameters of the long-distance channelization of the cross intersection， the queue length model of the long-distance left-turn traffic flow， the calculation model of the U-turn opening position， the opening size and the setting of the central separation zone are constructed， and the calculation method of the capacity after the long-distance channelization of the cross intersection is analyzed. Taking a cross intersection in Xinghualing District， Taiyuan City as the research object， the analysis results show that under certain conditions， the setting of the left turn of the main road of the cross intersection can reduce the delay and parking times of the intersection and improve the traffic capacity of the intersection. Finally， Vissim simulation proves that the above methods are effective.

Key words： turn left far; channelization; cross-shaped intersection; capacity

0? 引? 言

交叉口被認(rèn)為是路網(wǎng)的重要組成部分，其中怎樣提高道路安全，減少交通延誤，一直是交通工程領(lǐng)域所研究的重點(diǎn)問題[1]。根據(jù)近幾年國外學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，在交叉口路段中央設(shè)置U型轉(zhuǎn)彎的設(shè)計(jì)措施，能有效地降低交叉口的交通沖突[2-4]，其中Distefano N等[5]提出了一種適用于窄綠化帶的掉頭車道設(shè)計(jì)方法，即在對(duì)向車道最外側(cè)設(shè)置掉頭港灣。Alexander[6]考慮了遠(yuǎn)引交叉口主要交通流和次要交通流的車頭時(shí)距和滯后等特征，給出了遠(yuǎn)引交叉口通行能力的計(jì)算方法。Ronghan[7]為了尋找中央分隔帶開口的最優(yōu)位置，建立了基于SLU車道通行能力的單目標(biāo)優(yōu)化模型。而國內(nèi)對(duì)遠(yuǎn)引交叉口的理論研究相對(duì)較少，主要有：王宇軒[8]對(duì)專用相位左轉(zhuǎn)與遠(yuǎn)引掉頭左轉(zhuǎn)這兩種左轉(zhuǎn)交通組織方式的車輛行駛特性進(jìn)行研究，并通過實(shí)例進(jìn)行Vissim效果評(píng)估。最后得出，在該交叉口情況下，使用遠(yuǎn)引掉頭可以顯著減低車輛延誤，改善交叉口的運(yùn)行效率，但在遠(yuǎn)引掉頭左轉(zhuǎn)中，并未考慮到車輛轉(zhuǎn)換車道所造成的延誤。

目前，國內(nèi)對(duì)遠(yuǎn)引交叉口的理論研究相對(duì)較少，主要存在以下幾個(gè)問題：（1）對(duì)遠(yuǎn)引交叉口相應(yīng)的關(guān)鍵幾何參數(shù)研究不夠深入。（2）缺少對(duì)遠(yuǎn)引交叉口整體運(yùn)行效果的評(píng)價(jià)。

本文重點(diǎn)研究了十字型交叉口左轉(zhuǎn)車流利用遠(yuǎn)引掉頭進(jìn)行交通組織的方法，并就十字型交叉口遠(yuǎn)引左轉(zhuǎn)的設(shè)置方法，遠(yuǎn)引渠化的重要幾何參數(shù)特性進(jìn)行了分析，建立了通行能力的數(shù)學(xué)計(jì)算模型，并以一個(gè)具體的實(shí)例進(jìn)行現(xiàn)狀與渠化后的Vissim仿真。

1? 十字型交叉口遠(yuǎn)引左轉(zhuǎn)交通組織分析

1.1? 遠(yuǎn)引方式

由于常規(guī)措施無法永久解決交通擁堵的問題，本文提出了一種新的交通組織方案，即通過一系列信號(hào)的協(xié)調(diào)，在下游中央隔離帶尋找合適的位置設(shè)置開口，使左轉(zhuǎn)交通流在開口處回轉(zhuǎn)以實(shí)現(xiàn)間接左轉(zhuǎn)。圖1、圖2分別為主干道與次干道車流左轉(zhuǎn)遠(yuǎn)引示例圖。

1.2? 十字型交叉口實(shí)施左轉(zhuǎn)遠(yuǎn)引的適用條件

十字型交叉口設(shè)置左轉(zhuǎn)遠(yuǎn)引的方法可以降低交叉口的交通流沖突，提高交叉口的運(yùn)行安全性。然而，為了使遠(yuǎn)引后的交叉口能夠?qū)崿F(xiàn)最佳的交通組織效果，則需要滿足一定的前提條件。

1.2.1? 道路系統(tǒng)條件

考慮到實(shí)施遠(yuǎn)引左轉(zhuǎn)的交通組織措施從根本上來說是將該交叉口的交通流轉(zhuǎn)移到其它路段，會(huì)對(duì)其他路段的車流量造成影響。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，棋盤式路網(wǎng)比較適合實(shí)施遠(yuǎn)引左轉(zhuǎn)交通組織，而自由式及線條式路網(wǎng)則相對(duì)困難。

1.2.2? 路段條件

實(shí)施遠(yuǎn)引左轉(zhuǎn)是需要一定條件的，左轉(zhuǎn)車輛繞行的距離需要適中。如果繞行距離過長，延誤就會(huì)增加，就與提高通行效率的目的相違背。如果繞行距離過短，駕駛員無法在短時(shí)間內(nèi)完成遠(yuǎn)引左轉(zhuǎn)的運(yùn)行過程。另外，對(duì)信號(hào)交叉口的信號(hào)配時(shí)進(jìn)行合理調(diào)整。中央分隔帶開口處應(yīng)設(shè)置好標(biāo)志標(biāo)線，指示駕駛員順利通行。

2? 十字型交叉口遠(yuǎn)引幾何參數(shù)分析

遠(yuǎn)引左轉(zhuǎn)交通流的排隊(duì)長度、遠(yuǎn)引掉頭開口與交叉口之間的距離和開口的大小等都是重要幾何參數(shù)，直接影響了十字型交叉口遠(yuǎn)引左轉(zhuǎn)設(shè)置的合理性和運(yùn)行效果，下面將逐一分析和推導(dǎo)。

2.1? 遠(yuǎn)引左轉(zhuǎn)交通流的排隊(duì)長度

2.2? 遠(yuǎn)引掉頭開口與交叉口之間的距離

2.3? 遠(yuǎn)引掉頭開口大小

遠(yuǎn)引掉頭開口大小也是影響遠(yuǎn)引左轉(zhuǎn)的因素之一，其開口形式、半徑和通道寬度應(yīng)確保左轉(zhuǎn)車輛能夠順利掉頭。

2.3.1? 開口形式的選擇

本文采用了專用左轉(zhuǎn)車道加單向掉頭的開口形式，如圖5所示，專用左轉(zhuǎn)車道可以有效地將直行車流與左轉(zhuǎn)車流分離開來，并且在掉頭車輛無法安全插入對(duì)向車道的情況下將部分排隊(duì)車輛安全等待在專用左轉(zhuǎn)車道上，有效地緩解了交通擁堵。

2.3.2? 開口半徑的計(jì)算

開口半徑與掉頭車輛的尺寸大小和轉(zhuǎn)彎半徑有關(guān)。參考《城市道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范》[11]可知車輛的設(shè)計(jì)尺寸如表1所示，以及車輛在開口處掉頭的行駛軌跡如圖6所示。

2.3.3? 通道寬度的計(jì)算

遠(yuǎn)引左轉(zhuǎn)車輛在中央分隔帶開口處需要足夠的空間掉頭。從理論上可知，在開口處掉頭回轉(zhuǎn)的車輛行駛軌跡近似為半圓弧形[12]。所以有：

2.4? 中央分隔帶的設(shè)置

2.4.1? 中央分隔帶的類型

在我國，中央分隔帶是主要的交通安全設(shè)施之一，在城市一般公路和高速公路上被普遍使用。中央分隔帶可以保護(hù)行人；更重要的是，中央分隔帶的開口還可以起限制或者引導(dǎo)機(jī)動(dòng)車轉(zhuǎn)向的功能。本文所探討的遠(yuǎn)引交叉口采用的是綠化帶這種形式，這種形式可以最安全得將對(duì)向車流進(jìn)行分離。

2.4.2? 中央分隔帶的寬度

在遠(yuǎn)引平面交叉口中，中央分隔帶除了考慮設(shè)置必要的標(biāo)志標(biāo)牌以及左轉(zhuǎn)車道的空間以外，還需要考慮對(duì)中央分隔帶寬度的要求。中央分隔帶的寬度為內(nèi)側(cè)車道邊沿間的距離，如圖8所示。

3? 遠(yuǎn)引渠化后交叉口通行能力計(jì)算方法

4? 實(shí)例仿真

本文以太原市杏花嶺區(qū)一個(gè)交叉路口為例進(jìn)行分析。該交叉口東西向?yàn)橹鞲傻?，南北向?yàn)榇胃傻?。道路幾何條件以及高峰小時(shí)交通流量如圖9和表2所示。

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查的數(shù)據(jù)分析，該交叉路口為三相位信號(hào)控制，具體配時(shí)方案如圖10所示。根據(jù)前文的分析，當(dāng)將主干道和次干道的左轉(zhuǎn)車輛遠(yuǎn)引到交叉路口上游時(shí)，該交叉路口變?yōu)閮上辔恍盘?hào)控制，用Webster法重新配時(shí)，得到一個(gè)新的配時(shí)方案如圖11所示。

主干道直行車輛的運(yùn)行速度取50km/h。根據(jù)第二章相關(guān)公式可求得十字型交叉口遠(yuǎn)引掉頭開口與交叉口之間的距離L取363m。根據(jù)公式（6）可求得交叉口開口處的理論平均排隊(duì)長度約為4.2，取5輛車的長度，即L=34m。

根據(jù)以上結(jié)果，對(duì)交叉路口進(jìn)行遠(yuǎn)引渠化，在距離交叉路口363米的地方設(shè)置遠(yuǎn)引掉頭開口，排隊(duì)長度為34m，開口半徑取10m，通道寬度取6m。采用上文建立的十字型交叉口遠(yuǎn)引左轉(zhuǎn)通行能力計(jì)算模型，計(jì)算出遠(yuǎn)引之后交叉口的整體通行能力。另外，把現(xiàn)狀與渠化方案用Vissim進(jìn)行仿真（如圖12所示），分別得到兩種交通組織方法的各項(xiàng)指標(biāo)如表3所示。

由表3可知，相比較于原有的方案，交叉口實(shí)施遠(yuǎn)引左轉(zhuǎn)的交通組織方法后，交叉口周期時(shí)長減小，由原來的144s下降到了80s；平均延誤也有明顯的下降，由原來的46.63s下降到了26.84s；交叉路口的平均停車次數(shù)相對(duì)下降較小，降低了12.5%；而平均排隊(duì)長度和通行能力都有明顯的改善，一個(gè)降低了38%，一個(gè)提高了46%。

5? 結(jié)? 論

本文研究了十字型交叉口主干道遠(yuǎn)引左轉(zhuǎn)的交通組織方式，以及遠(yuǎn)引掉頭開口與交叉口之間的距離、遠(yuǎn)引左轉(zhuǎn)交通流的排隊(duì)長度、開口位置大小的計(jì)算方法和中央分隔帶的設(shè)置方法；根據(jù)上述基礎(chǔ)內(nèi)容，又深入研究了交叉口實(shí)施遠(yuǎn)引左轉(zhuǎn)后通行能力的計(jì)算方法。通過模擬分析，驗(yàn)證了在一定條件下采用遠(yuǎn)引左轉(zhuǎn)交通組織方法比常規(guī)的交通組織方法具有更高的運(yùn)行效率，并且可以有效提高交叉路口的通行能力。

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