林 翰,周 侃

（深圳市市政設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東 深圳 518029）

0 引言

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快和機(jī)動(dòng)車(chē)保有量的激增，機(jī)動(dòng)化出行需求急劇增長(zhǎng)，交通擁堵成為困擾城市發(fā)展的普遍問(wèn)題。平面交叉口作為城市路網(wǎng)的重要節(jié)點(diǎn)，其通行能力不足，是誘發(fā)交通擁堵的主要原因之一[1]。我國(guó)目前在交叉口設(shè)計(jì)、管理方面還較為粗放，交叉口形式單一，限制了交叉口通行能力的發(fā)揮。

傳統(tǒng)平面交叉口的交通問(wèn)題主要是由于左轉(zhuǎn)與對(duì)向直行車(chē)流產(chǎn)生的沖突引起，而增加車(chē)道數(shù)、禁左、設(shè)置左轉(zhuǎn)專用相位等手段都不能很好地從時(shí)間和空間上同時(shí)消除沖突點(diǎn)。這些措施一方面在交通流進(jìn)一步增大時(shí)可能使交叉口重新面臨擁堵問(wèn)題，且存在修建費(fèi)用昂貴，影響城市景觀等問(wèn)題。連續(xù)流交叉口作為一種非傳統(tǒng)的交叉口組織模式被提出已經(jīng)歷了二十多年的歷史，并在美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家取得了良好的效果[2]，同時(shí)也取得了許多有價(jià)值的研究應(yīng)用成果[3-6]。

目前國(guó)內(nèi)鮮有文獻(xiàn)涉及連續(xù)流交叉口，且多以介紹性為主[7-9]，實(shí)際應(yīng)用的案例也很少。本文在借鑒現(xiàn)有研究成果的基礎(chǔ)上，從連續(xù)流交叉口概念入手，利用Vissim仿真平臺(tái)，分析在不同交通條件下連續(xù)流交叉口的通行效率，以期為連續(xù)流交叉口在我國(guó)的推廣與應(yīng)用提供借鑒。

1 連續(xù)流交叉口簡(jiǎn)介

1.1 連續(xù)流交叉口基本概念

連續(xù)流交叉口最早是在1987年由Francisco D,Mier提出的。其在對(duì)美國(guó)某交叉口改造時(shí)提出，將該交叉口東西向左轉(zhuǎn)車(chē)流通過(guò)立交的形式提前疏導(dǎo)到對(duì)向車(chē)流左側(cè)，南北向則直接在地面上進(jìn)行左轉(zhuǎn)車(chē)流的疏導(dǎo)，從而實(shí)現(xiàn)了4個(gè)方向左轉(zhuǎn)車(chē)流空間上的分離。為節(jié)約成本，該設(shè)計(jì)之后經(jīng)過(guò)修改變成了無(wú)立交的連續(xù)流交叉口。

連續(xù)流交叉口（Continuous Flow Intersection）又稱左轉(zhuǎn)換位轉(zhuǎn)向交叉口。通過(guò)在主交叉口之前一段距離設(shè)置一個(gè)路段預(yù)信號(hào)，連續(xù)流交叉口將左轉(zhuǎn)車(chē)流提前在預(yù)信號(hào)交叉口疏導(dǎo)到對(duì)向車(chē)流左側(cè)，從而消除了主交叉口處左轉(zhuǎn)車(chē)流與對(duì)向直行車(chē)流的沖突點(diǎn)，進(jìn)而將主交叉口常規(guī)的四相位變?yōu)閮上辔弧?/p>

以十字連續(xù)流交叉口為例，可以根據(jù)左轉(zhuǎn)車(chē)流預(yù)信號(hào)控制的方向數(shù)分為四向控制和雙向控制兩大類，見(jiàn)圖1和圖2。

以四向控制連續(xù)流交叉口為例。設(shè)置了預(yù)信號(hào)的左轉(zhuǎn)車(chē)流會(huì)在進(jìn)入主交叉口前遇到第一左轉(zhuǎn)停車(chē)線和第二左轉(zhuǎn)停車(chē)線，若其對(duì)應(yīng)的出口道設(shè)置了預(yù)信號(hào)，則該左轉(zhuǎn)車(chē)流將遇到第三左轉(zhuǎn)停車(chē)線。

圖1 四向控制連續(xù)流交叉口

圖2 雙向控制連續(xù)流交叉口

1.2 連續(xù)流交叉口車(chē)流組織方法

（1）左轉(zhuǎn)車(chē)流交通組織

左轉(zhuǎn)車(chē)流為了順利實(shí)現(xiàn)左轉(zhuǎn)，一般分為4個(gè)步驟。以四向控制連續(xù)流交叉口北進(jìn)口左轉(zhuǎn)車(chē)流為例：第一步，左轉(zhuǎn)車(chē)流被引導(dǎo)到北進(jìn)口預(yù)信號(hào)交叉口左轉(zhuǎn)專用車(chē)道；第二步，如果左轉(zhuǎn)車(chē)流預(yù)見(jiàn)的是紅燈，則在第一停車(chē)線前排隊(duì)等待，當(dāng)預(yù)信號(hào)交叉口變?yōu)榫G燈，則左轉(zhuǎn)車(chē)流通過(guò)預(yù)信號(hào)交叉口駛?cè)胫鹘徊婵诒背隹诘罇|側(cè)的左轉(zhuǎn)專用車(chē)道等待通過(guò)主信號(hào)交叉口；第三步，如果左轉(zhuǎn)車(chē)流預(yù)見(jiàn)的是紅燈，則在第二停車(chē)線前排隊(duì)等待，當(dāng)主信號(hào)交叉口變?yōu)榫G燈時(shí)，則左轉(zhuǎn)車(chē)流通過(guò)主信號(hào)交叉口；第四步，左轉(zhuǎn)車(chē)流到達(dá)位于東出口道的第三停車(chē)線，如果遇見(jiàn)的是紅燈則排隊(duì)等待，否則連續(xù)通過(guò)。

（2）直行車(chē)流交通組織

直行車(chē)流到達(dá)主交叉時(shí)，遇見(jiàn)紅燈等待，遇見(jiàn)綠燈連續(xù)通過(guò)主交叉口，前往出口道的預(yù)信號(hào)交叉口，通過(guò)主信號(hào)交叉口和預(yù)信號(hào)交叉口的信號(hào)協(xié)調(diào)，保證直行車(chē)流連續(xù)通過(guò)主信號(hào)和預(yù)信號(hào)兩個(gè)交叉口。

（3）右轉(zhuǎn)車(chē)流交通組織

右轉(zhuǎn)車(chē)流組織與常規(guī)信控交叉口右轉(zhuǎn)車(chē)流組織方式相同。

（4）信號(hào)相位方案

連續(xù)流交叉口在主信號(hào)交叉口和預(yù)信號(hào)交叉口均設(shè)置了信號(hào)燈。以四向控制連續(xù)流交叉口為例：主信號(hào)交叉口信號(hào)燈用于分離東西向和南北向直行車(chē)流，通常為兩相位控制交叉口；預(yù)信號(hào)交叉口信號(hào)燈用于在時(shí)間上分離左轉(zhuǎn)車(chē)流和對(duì)向直行車(chē)流、左轉(zhuǎn)車(chē)流和垂直方向左轉(zhuǎn)車(chē)流。

在主信號(hào)交叉口每個(gè)相位中，預(yù)信號(hào)交叉口又細(xì)分為若干個(gè)信號(hào)相位，在具體的相位設(shè)置時(shí)，以保證直行車(chē)流可以連續(xù)順利通過(guò)主交叉口和預(yù)交叉口為原則。四向控制連續(xù)流交叉口相序相位方案見(jiàn)圖3，雙向控制連續(xù)流交叉口相序相位方案見(jiàn)圖4。

圖3 四向控制連續(xù)流交叉口相序相位方案

圖4 雙向控制連續(xù)流交叉口相序相位方案

式中：O為主交叉口和預(yù)交叉口直行相位相位差，s；l為主交叉口和預(yù)交叉口直行停止線間的距離，m；v為直行車(chē)輛行程車(chē)速，m/s。

（5）信號(hào)協(xié)調(diào)

為了保證直行車(chē)輛可以連續(xù)通過(guò)主信號(hào)交叉口和預(yù)信號(hào)交叉口，需要對(duì)兩者進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。主交叉口與預(yù)交叉口采用漸進(jìn)式協(xié)調(diào)控制方案，兩個(gè)交叉口的信號(hào)周期時(shí)長(zhǎng)相同。交叉口直行相位的相位差由交叉口停車(chē)線之間的距離和直行車(chē)輛的行程車(chē)速?zèng)Q定。計(jì)算公式為：

2 連續(xù)流交叉口仿真模型構(gòu)建

2.1 仿真交叉口建模

以四向連續(xù)流交叉口和傳統(tǒng)交叉口為分析研究對(duì)象，利用Vissim微觀仿真軟件對(duì)上述兩種交叉口建模[10]。四向連續(xù)流交叉口和傳統(tǒng)交叉口Vissim仿真模型見(jiàn)圖5和圖6。

圖5 連續(xù)流交叉口Vissim仿真模型

圖6 傳統(tǒng)交叉口Vissim仿真模型

2.2 仿真場(chǎng)景及參數(shù)

為了分析連續(xù)流交叉口在不同交通條件下，相比傳統(tǒng)交叉口的交通效益，設(shè)計(jì)仿真實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景。

（1）信號(hào)協(xié)調(diào)假定各進(jìn)口道的交通需求相同。

（2）各進(jìn)口道的初始交通需求為左轉(zhuǎn)50 pcu/h、直行700 pcu/h、右轉(zhuǎn)50 pcu/h。傳統(tǒng)交叉口對(duì)應(yīng)的相序相位方案見(jiàn)圖7。

圖7 傳統(tǒng)十字交叉口相序相位方案

（3）保持直行、右轉(zhuǎn)交通量不變，同步增加各進(jìn)口道左轉(zhuǎn)車(chē)流量，用以分析不同左轉(zhuǎn)交通量情形下交叉口的通行狀況。

（4）主信號(hào)交叉口與預(yù)信號(hào)交叉口之間的初始距離選取90 m，保持進(jìn)口交通量不變，不斷增加各進(jìn)口道主信號(hào)交叉口與預(yù)信號(hào)交叉口之間的距離，分析不同情形下，交叉口的通行狀況。

（5）仿真時(shí)長(zhǎng)取20 min，由于仿真結(jié)果受軟件隨機(jī)種子的影響，每個(gè)情形用批量仿真50次。

3 通行效率評(píng)價(jià)

3.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)選取

本文選取左轉(zhuǎn)車(chē)輛平均延誤、直行車(chē)輛平均延誤兩個(gè)指標(biāo)作為交通效益評(píng)價(jià)指標(biāo)。

評(píng)價(jià)指標(biāo)均可通過(guò)在Vissim微觀仿真軟件中設(shè)置相應(yīng)的檢測(cè)器獲得。

3.2 評(píng)價(jià)結(jié)果分析

連續(xù)流交叉口車(chē)輛平均延誤隨主信號(hào)交叉口與預(yù)信號(hào)交叉口之間的距離不同而變化。從圖8中可以看出，隨著交叉口間距的不斷增加，左轉(zhuǎn)車(chē)輛的平均延誤整體上看并沒(méi)有明顯的變化，而直行車(chē)輛的車(chē)均延誤隨著交叉口間距的增大，緩慢增加。

圖8 車(chē)均延誤與交叉口間距關(guān)系

分析造成上述結(jié)果的主要原因在于，在連續(xù)流交叉口信控策略中：直行車(chē)流采用了續(xù)進(jìn)式協(xié)調(diào)控制，隨著交叉口間距的增加，車(chē)輛到達(dá)預(yù)信號(hào)交叉口停車(chē)線的時(shí)間越離散，線控效果減弱，導(dǎo)致車(chē)均延誤有所增加；左轉(zhuǎn)車(chē)流在第二與第三停車(chē)線之間并沒(méi)有采用協(xié)調(diào)控制策略，車(chē)輛到達(dá)第三停車(chē)線完全隨機(jī)，其受距離變化的影響比較微弱。

左轉(zhuǎn)車(chē)輛車(chē)均延誤隨左轉(zhuǎn)交通量變化而變化情況見(jiàn)圖9。從圖中可以看出，隨著左轉(zhuǎn)交通量的不斷增加，傳統(tǒng)交叉口和連續(xù)流交叉口左轉(zhuǎn)車(chē)輛的平均延誤均不斷增加，但傳統(tǒng)交叉口延誤的增加幅度大于連續(xù)流交叉口。隨著左轉(zhuǎn)飽和度的增加，連續(xù)流交叉口的效益趨向穩(wěn)定。整體上看，連續(xù)流交叉口左轉(zhuǎn)車(chē)輛的車(chē)均延誤小于傳統(tǒng)交叉口，整體平均延誤減少25%。

直行車(chē)輛車(chē)均延誤隨左轉(zhuǎn)交通量變化而變化情況見(jiàn)圖10。從圖中可以看出，隨著左轉(zhuǎn)交通量的不斷增加，連續(xù)流交叉口直行車(chē)輛的平均延誤不斷增加，但傳統(tǒng)交叉口在左轉(zhuǎn)飽和較低時(shí)，左轉(zhuǎn)交通量的增加，對(duì)直行車(chē)流的影響并不大。隨著飽和度的不斷增加，直行車(chē)輛的平均延誤開(kāi)始隨著左轉(zhuǎn)交通量的增加而增加，但連續(xù)流交叉口延誤增加的幅度大于傳統(tǒng)交叉口。整體上看，連續(xù)流交叉口直行車(chē)輛的車(chē)均延誤小于傳統(tǒng)交叉口，整體平均延誤減少45%。

圖9 左轉(zhuǎn)車(chē)均延誤與左轉(zhuǎn)車(chē)流量關(guān)系

圖10 直行車(chē)均延誤與左轉(zhuǎn)車(chē)流量關(guān)系

3.3 連續(xù)流交叉口適用性分析

連續(xù)流交叉口在國(guó)外已經(jīng)有較多應(yīng)用實(shí)例，并取得了良好的效果。國(guó)內(nèi)城市無(wú)論是在用地條件還是交通組成上與國(guó)外城市均存在一定的差異，不能機(jī)械套用。以下給出幾點(diǎn)連續(xù)流交叉口基本的適用條件。

（1）連續(xù)流交叉口較傳統(tǒng)交叉口需要占用更大的建設(shè)用地。

（2）交叉口過(guò)街人流越少越好。過(guò)多的人流影響連續(xù)流交叉口效率的發(fā)揮。

（3）適用于直行車(chē)流量大、左轉(zhuǎn)車(chē)流不大的交叉口采用。

（4）交叉口影響范圍內(nèi)盡量避免布置公交停靠站。

（5）連續(xù)流交通組織在未飽和交叉口所起的作用較飽和交叉口更加明顯。

4 結(jié)語(yǔ)

本文以連續(xù)流交叉口為研究對(duì)象，從連續(xù)流交叉口基本概念和分類入手，給出了連續(xù)流交叉口車(chē)流組織方案和信號(hào)控制方案，利用Vissim仿真軟件構(gòu)建了連續(xù)流交叉口和傳統(tǒng)交叉口的仿真對(duì)比評(píng)價(jià)模型，選取車(chē)輛延誤為評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)連續(xù)流交叉口的通行效率進(jìn)行了評(píng)價(jià)分析。最后，定性地給出了連續(xù)流交叉口的基本適用條件。本文成果可為連續(xù)流交叉口在我國(guó)的實(shí)際應(yīng)用提供一定的參考借鑒。