胡永舉, 劉錦俐, 邱 欣, 施俊慶

(浙江師范大學 工學院,浙江 金華 321004)

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停車線后退法對信號燈交叉口通行能力的影響*

胡永舉, 劉錦俐, 邱 欣, 施俊慶

(浙江師范大學 工學院,浙江 金華 321004)

為了提高信號燈交叉口的通行能力，提出了停車線后退法,以改善大型交叉口交通組織方式；給出了該方法的設(shè)置條件和方法；并利用《城市道路設(shè)計規(guī)范》和停車線法計算公式,對給定大型交叉口通行能力進行了計算、對比和分析.研究內(nèi)容和結(jié)果可為解決城市交通擁堵問題提供方法與理論依據(jù).

停車線后退法；信號燈；大型交叉口；通行能力

0 引 言

目前，交叉口的實際通行能力僅為路段通行能力的1/3左右，而平面交叉口正是影響交通通行能力的關(guān)鍵所在[1].如何使平面交叉口在現(xiàn)有道路設(shè)施不作較大改建，僅僅通過交通組織方式的改進，來提高交叉口的通行效率，是值得深入研究的重要課題.

目前，有關(guān)交叉口車輛待行區(qū)的研究和應用主要集中在交叉口車輛停止線前設(shè)置左轉(zhuǎn)彎待行區(qū)和直行待行區(qū).楊明[2]對信號交叉口設(shè)置直行待行區(qū)后的渠化設(shè)計、交通組織和通行能力作了探討，認為通過直行待行區(qū)的設(shè)置可提高約20%的通行能力.尚德申等[3]分析了直行待行區(qū)的設(shè)置、方法和設(shè)置長度，通過實例分析對比了直行待行區(qū)設(shè)置前后的交通效益指標，認為:合理設(shè)置直行機動車等待區(qū)可以縮短周期時長，減少延誤，提高車道利用率.左天福等[4]認為：設(shè)置待行區(qū)后，車均延誤明顯減少，服務水平可由D級提高到C級,直行通行能力提高率可達30%.陸振中[5]采用直行待行區(qū)的方法組織交叉口的機動車輛，以實際的直行待行區(qū)為例，分析其設(shè)計過程，結(jié)合Vissim分析對比交叉口直行待行區(qū)設(shè)置前后交通運行參數(shù)指標，認為：合理設(shè)置機動車直行待行區(qū)可以縮短周期時長，減少平均延誤，提高進口車道的資源利用率.李穎宏等[6]分析了設(shè)置直行待行區(qū)前后綠燈間隔時間和有效綠燈時間等信號控制參數(shù)變化的情況，并運用數(shù)學公式精確推導出通行能力的增加值及延誤時間的減少值，結(jié)合實例，通過仿真進行了交通運行效率分析.上述研究均在交叉口區(qū)域內(nèi)，但沒有對交叉口車輛停止線后移一定距離來增加直行和左轉(zhuǎn)的待行區(qū)域進行研究.本文提出的停車線后退法突破了交叉口待行空間有限的限制，利用部分行車道空間來拓展待行區(qū)面積，提高進口道有效綠燈時段通過的車輛數(shù)，從而提高信號燈交叉口的通行能力.

1 停車線后退法的涵義

目前，對停車線后退法尚未有確切的定義.在中國各大城市中，為解決交通擁堵問題，許多道路的交叉口設(shè)置了車輛左轉(zhuǎn)彎待行區(qū)及展寬增加交叉口進口車道數(shù)等措施，其目的是使車輛能夠迅速通過交叉口，節(jié)省信號時間.停車線后退法可理解為左轉(zhuǎn)待行區(qū)的一種變形，其待行區(qū)域不是設(shè)置在交叉口停車線前端，而是將停車線后移20～30 m(視具體路段而定)，將后退后的停車線與交叉口原停車線之間的區(qū)域設(shè)置為待行區(qū)，其待行的車輛一般為左轉(zhuǎn)和直行車輛.左轉(zhuǎn)信號燈放行前左轉(zhuǎn)車輛進入待行區(qū)，直行信號燈放行前直行車輛進入待行區(qū)，從而最大限度地提高綠燈放行效率，提高交叉口的通行能力.

2 停車線后退法的實施條件與組織要求

2.1 停車線后退法的實施條件

停車線后退法要解決的是大型交叉口的交通通行效率問題，重點是解決直行和左轉(zhuǎn)車輛的通行問題.因此,對于入口引道車道數(shù)低于2條的交叉口是不適合的，同樣必須具備左轉(zhuǎn)專用信號相位.

1)交叉口車道分布

表1 交叉口典型車道分布形式

表1為典型的交叉口入口引道分布形式.對于表1中所示的車道數(shù)為1條和2條的2種形式，顯然不適用于停車線后退法.對于車道數(shù)為3,4和5條的3種形式，在解決了右轉(zhuǎn)車輛問題后，直行和左轉(zhuǎn)車輛至少有2條以上車道可供通行利用，從而提高直行和左轉(zhuǎn)車輛的放行效率.

2)停車線后退距離的設(shè)定

停車線后退距離的設(shè)定原則，是使到達交叉口的車輛在一個信號周期內(nèi)全部駛離交叉口.而一個信號周期內(nèi)到達車輛的數(shù)量需要在交通調(diào)查的基礎(chǔ)上，通過分析計算獲得.對獲得的一定置信區(qū)間內(nèi)可能的車輛數(shù)，再根據(jù)車輛數(shù)、車輛類型和入口車道數(shù)確定停車線后退距離，確保其能夠足夠容納待行車輛.對于大型交叉口，通常車流比較擁擠，車輛自由行駛機會不多，車輛到達一般符合二項分布.二項分布的基本公式為

(1)

式(1)中：P(X=x)為在計數(shù)間隔t內(nèi)到達x輛車的概率；λ為單位時間間隔的平均到達率(輛/s)；t為每個計數(shù)間隔持續(xù)的時間(s)；n為正整數(shù).

2.2 停車線后退法的組織要求

1)車流導向線的標劃

停車線后退法適用于交通流量較大的交叉口.對于大型交叉口，直行和左轉(zhuǎn)車輛數(shù)均較多，因此一般采用4相位信號控制.右轉(zhuǎn)車輛可開設(shè)右轉(zhuǎn)專用通道，不受信號燈控制的影響；也可采取直行紅燈、左轉(zhuǎn)箭頭燈控制方式，這樣右轉(zhuǎn)車輛在不影響行人的情況下可以隨時通行.因此，解決問題的重點在于直行和左轉(zhuǎn)車輛.停車線后退法將停車線至交叉口之間的區(qū)域設(shè)置為直行或者左轉(zhuǎn)的待行區(qū)，在直行或者左轉(zhuǎn)放行時可充分利用車道空間資源，最大限度地提高交叉口的通行效率.圖1為典型停車線后退法標線標劃示意圖.在車輛進入停車線前按照各自的行車道行駛；當停車線前面的電子顯示牌顯示為直行或者左轉(zhuǎn)車輛進入待行區(qū)時，停在停車線后面的車輛可通過停車線，進入待行區(qū)，并在直行或者左轉(zhuǎn)信號燈變?yōu)榫G燈時通過.需要注意的是，為了方便車輛變換車道，將左側(cè)一條直行車道變?yōu)橹弊蠛嫌密嚨?，這樣可以就近進入相鄰車道.

圖1 典型交叉口標線標劃示意圖

2)信號控制設(shè)施與裝置的設(shè)置

采用停車線后退法進行交通管理時，車道信號燈、可變信息顯示牌、倒計時時間顯示裝置均應配備，合理的信號控制設(shè)施與裝置的配備，可以使駕駛員更快地適應交通組織管理方式的變化.

3)交警的指揮引導

交通組織管理方式的變革，需要進行宣傳、引導和教育.現(xiàn)場管理需要交警的指揮，在駕駛員培訓過程中可以增加相應的教育內(nèi)容，同時也可以通過各種媒體宣傳教育，比如交警短信、微信服務平臺等.

3 信號燈交叉口通行能力計算模式

交叉口通行能力是指交叉口各相交道路入口引道通行能力之和，每個入口引道通行能力又分直行、右轉(zhuǎn)和左轉(zhuǎn)3種情況.國內(nèi)常用的計算方法有2種：一種是《城市道路設(shè)計規(guī)范》(CJJ 37—90)推薦采用的方法；另外一種是由北京市政設(shè)計院提出的停車線法[7].2種方法的計算公式如表2所示.

表2 2種交叉口通行能力計算方法對比

4 停車線后退法對通行能力影響的計算分析

4.1 案 例

以圖1所示的交叉口為例，對其采用停車線后退法后的通行能力進行對比分析.該交叉口為大型交叉口，設(shè)有右轉(zhuǎn)專用通道，采用4相位信號燈控制，分別是東西直行、南北直行、東西左轉(zhuǎn)、南北左轉(zhuǎn).假設(shè)在采用停車線后退法前，每個方向均設(shè)有1條左轉(zhuǎn)車道、2條直行車道；采用停車線后退法后，在待行區(qū)內(nèi)有3條車道可供直行和左轉(zhuǎn).假設(shè)高峰時段信號周期為180s，每個相位車輛啟動停車總損失為3s，信號黃燈時間為3s，信號燈全紅時間為4s；該交叉口每個方向流量大致相當，其中直行占60%、左轉(zhuǎn)占15%、右轉(zhuǎn)占25%，根據(jù)信號燈配時規(guī)則，每個方向直行放行的綠燈時間為61s，每個方向左轉(zhuǎn)放行的綠燈時間為15s.混合車流中，大型車與小型車的比例為2∶8，平均車頭時距可取2.65s[7].

4.2 通行能力計算分析

4.2.1 根據(jù)《城市道路設(shè)計規(guī)范》推薦的公式計算

1)改造前的通行能力

①1條直行車道的通行能力為

(2)

每個方向2條直行車道，其通行能力為2×417=834 輛/h.

②1條左轉(zhuǎn)車道的通行能力為

(3)

1條左轉(zhuǎn)車道的通行能力為208 輛/h.

2)改造后的通行能力

每個方向3條直行車道的通行能力為3×417=1 251 輛/h；每個方向3條左行車道的通行能力為3×208=624 輛/h.

考慮到左轉(zhuǎn)車輛不同車道轉(zhuǎn)彎半徑與運行距離的影響，3條左行車道的通行能力可適當折減為1×208+1×208×0.9+1×208×0.8=562 輛/h.

4.2.2 根據(jù)停車線法公式計算

1)改造前的通行能力

①1條直行車道的通行能力為

(4)

2條直行車道的通行能力為2×438=876 輛/h.

②1條左轉(zhuǎn)車道的通行能力

根據(jù)統(tǒng)計觀測，在給定交通條件下，左轉(zhuǎn)車輛的平均車速可取15 km/h，車輛平均加速度為0.7 m/s2，左轉(zhuǎn)車輛的平均車頭時距為3.5 s，則

(5)

2)改造后的通行能力

3條直行車道的通行能力為3×438=1 314 輛/h；3條左轉(zhuǎn)車道的通行能力為3×86=258 輛/h.

考慮到左轉(zhuǎn)車輛不同車道轉(zhuǎn)彎半徑與運行距離的影響，3條左行車道的通行能力可適當折減為1×86+1×86×0.9+1×86×0.8=232 輛/h.

4.2.3 通行能力比較分析

由表3的計算結(jié)果可知，按照2種方法計算的原通行方案的通行能力相差不大.按照《城市道路設(shè)計規(guī)范》計算公式得出的左轉(zhuǎn)通行能力受直行車道數(shù)影響較大，直行車道數(shù)為2條與1條相比，其左右轉(zhuǎn)的通行能力提高1倍，但可能會與實際通行狀況有一定差別.采用停車線后退法對該交叉口實施交通組織方式變革后，計算得到的直行和左轉(zhuǎn)總通行能力分別提升了80%和63%.可以看出:改造后的通行能力大大提升，其主要原因是車輛放行時車道數(shù)增加；同時，由于采用4相位信號控制，不存在直左、直右、直左右車道，避免了車輛穿插通過，其通行效率大大提升.

表3 停車線后退法使用前后通行能力對比

5 結(jié) 論

1)對于進口車道3條或3條以上、直行和左轉(zhuǎn)車流量較大的交叉口，可采用停車線后退法設(shè)置直行和左轉(zhuǎn)共用待行區(qū)，采用4相位信號控制方式，可大大提高有效綠燈時段信號的利用效率.

2)停車線后移距離可根據(jù)車輛到達的分布規(guī)律，計算一個信號周期內(nèi)到達的車輛數(shù)，根據(jù)車輛數(shù)和車道數(shù)，確定停車線后移距離，同時可考慮待行區(qū)前端在不影響車輛通行的前提下適當前移.

3)應適當增加全紅信號時段時間，確保越過停車線的車輛能夠全部駛離.

4)從理論上分析，停車線后退法可提高交叉口直行和左轉(zhuǎn)車輛合計通行能力的60%以上；考慮到行人和非機動車的影響，以及駕駛員的適應過程，實際效率有可能會有所降低.

5)停車線后退法需要改善現(xiàn)有的車輛通行組織方式，需要增設(shè)相應的信號控制裝置及可變信息板等設(shè)施，同時在實施初期需要交通警察和協(xié)管人員的指揮引導，因此需要綜合考慮設(shè)施投入與交通效益之間的平衡關(guān)系，科學合理地進行決策.

[1]胡永舉,施俊慶.城市道路十字交叉口通行能力研究[J].浙江師范大學學報：自然科學版,2015,38(4):466-472.

[2]楊明.直行待行區(qū)平面交叉口交通組織及通行能力研究[D].武漢:武漢工業(yè)學院,2009.

[3]尚德申,王山川,王文紅.信號交叉口直行待行區(qū)的設(shè)置研究[J].中外公路,2010,30(1):29-31.

[4]左天福,陶晟陶.關(guān)于設(shè)置平面交叉口直行待行區(qū)的思考與實踐[J].交通與運輸,2011(1):21-25.

[5]陸振中.基于設(shè)置直行待行區(qū)的平面信號交叉口交通改善研究[J].城市道橋與防洪,2015(8):1-3.

[6]李穎宏,鄭增強,郭偉偉,等.交叉口直行待行區(qū)設(shè)置研究[J].公路交通科技,2015,32(7):120-127.

[7]徐吉謙,陳學武.交通工程總論[M].北京:人民交通出版社,2008:120-124.

(責任編輯 陶立方)

The effect of traffic capacity of signalized intersection by the method of making stop line move backward

HU Yongju, LIU Jinli, QIU Xin, SHI Junqing

(CollegeofEngineering,ZhejiangNormalUniversity,Jinhua321004,China)

In order to improve the traffic organization and traffic capacity of large intersections, setting conditions and methods of making stop line move backward were proposed. It was calculated, comparied and analyzed the traffic capacity of given large intersection based on theUrbanRoadDesignCodeand the stop line method. The results showed that the research provided a useful method and technical theory to solve the problem of traffic congestion.

method of making stop lines move backward; traffic lights; large intersection; traffic capacity

10.16218/j.issn.1001-5051.2016.04.016

2016-06-23；

2016-09-12

浙江省自然科學基金資助項目(LQ15E080005)

胡永舉(1967-)，男，黑龍江鶴崗人，教授.研究方向：交通規(guī)劃與管理.

U491

A

1001-5051(2016)04-0457-06