師文磊，劉丹丹，陳金山*，郭建鋼，李 林，許耀根

(1.福建農林大學 交通與土木工程學院，福州 350002; 2.集美大學 航海學院，廈門 361021)

大多數城市老城區(qū)由于地形地物限制、景觀設計不當及特殊的社會歷史等因素，一些相交道路形成不規(guī)則形狀的畸形交叉口.畸形交叉口通行能力低下、事故多發(fā)，是城市道路交通改善的難點[1].要“根治”畸形交叉口所帶來的弊端，一般以渠化交叉口來優(yōu)化交通流線組織的方法為主，這樣能在短時間內完成畸形交叉口的改善，方便居民出行[2-4].歷來，國內學者們對畸形交叉口改善研究的案例并不常見.國內常規(guī)思路是借鑒規(guī)則交叉口處理方法來進行交通組織設計，缺乏全面系統(tǒng)的渠化設計方法[5-6].在交通組織設計方面，Zhang討論了如何優(yōu)化城市道路交叉口的交通，保障行人的出行安全[7].國外對交通信號燈控制也有相應研究，Mondragón對交通信號燈進行進行編程，確立了復雜車輛流動系統(tǒng)的運行條件[8].Chandra使用交通管理措施來減少擁堵和污染[9].

國內學者研究較多的是常規(guī)交叉口(十字交叉口、T型交叉口、Y型交叉口、環(huán)形交叉口等)[10-13]，對畸形交叉口渠化方法的研究不夠深入.因此本文以福安市G104-世紀大道交叉口為例，在考慮了城市地標保護的前提下，重點解決畸形交叉口特殊幾何線形與主要交通流沖突點之間的矛盾，提出了“位移進出口”的畸形交叉口渠化改善方法，并運用VISSIM仿真軟件對其進行評價.

1 交叉口現狀分析

G104-世紀大道交叉口是進出福安市中心城區(qū)的一個重要節(jié)點.該路口為信號控制交叉口，南北方向由G104貫穿城區(qū)且南接福安橋；西北方向為湖濱南路，與G104呈45°斜交，單向通行，只進不出；東北方向為世紀大道，由于城市地標建設及社會歷史等因素，其進出口道由一個水滴形綠化島隔離，致交叉口南北方向狹長；同時造成西進口直行流線和東進口左轉流線不順暢.交叉口現狀渠化圖，見圖1.

1.1 交叉口現狀調查

使用無人機拍攝視頻和人工計數相結合的方法，調查該畸形交叉口道路幾何條件及交通流量等數據，統(tǒng)計G104-世紀大道交叉口早高峰時段(7：30～8：30)和晚高峰時段(17：30～18：30)的交通量.根據實際調查的數據，將實際的各種機動車和非機動車交通量按照一定的折算系數換算成當量交通量(pcu)，折算系數，見表1[14].

圖1 交叉口現狀渠化圖

車輛類型小客車中客車大客車摩托車電動自行車自行車換算系數11.22.00.40.30.2

通過車輛換算系數，得出G104-世紀大道交叉口各進口道高峰時段當量交通量.該交叉口早/晚高峰小時流量，見表2、3.該交叉口流量流向圖，見圖2.

表2 G104-世紀大道交叉口早高峰小時流量(pcu/h)

表3 G104-世紀大道交叉口晚高峰小時流量(pcu/h)

圖2 早/晚高峰小時流量流向圖

從表2、3可以發(fā)現該交叉口早/晚高峰不存在潮汐現象，西進口直行交通量明顯大于其他方向的交通量.現場調查發(fā)現，西進口道直行流線不通暢，導致車輛在交叉口范圍內出現多次停車現象，從而增加交叉口的延誤.因此，根據該畸形交叉口的特殊幾何線形，交通流特性等，旨在減少交叉口延誤，保證行車安全，采用先進的交叉口渠化設計改善方法，最大程度地提高交叉口通行能力.

1.2 現狀問題分析

結合交通現狀實地調查結果，該交叉口主要存在以下問題：

1)G104-世紀大道交叉口進出道口對位關系差，湖濱南路進口與世紀大道出口斜交，容易引起駕駛員流向上的誤解.

2)交叉口渠化分流需借助隔離護欄，渠化不合理，畸形交叉口面積較大，加劇車流之間的沖突.

3)交叉口信號控制設備老舊且不符合國家標準規(guī)范，且缺少行人過街信號燈.

4)水滴形綠化帶導致駕駛員視線受限制，增加了車輛通過交叉口的穿越時間.

2 方案設計

2.1 交叉口渠化設計

2.1.1 “前移停止線”設計

“前移停止線”設計思想就是將交叉口停止線適當前移，減小交叉口面積，讓更多的車輛在有限的時間內通過交叉口，提高車輛通行效率.交叉口渠化設計的目的就是規(guī)范車輛行駛，減少車輛沖突，降低不同車流間的相互干擾，解決交叉口的復雜問題[15].方案1渠化圖見圖3.具體方案措施如下：

1)縮小沖突區(qū)域，保證交叉角度.將南/北/東進口道停止線提前，縮小交叉口面積，使進出口道對位關系協調，減少車輛通過交叉口的延誤.

2)重新劃分車道，設置非機動車道，分離機動車和非機動車，降低車流間的干擾.

3)在北進口道和西進口道交叉處設置導流島，用于行人過街，保障行人安全；設置導流線，用于引導車流有序通過交叉口.

4)合理設置人行橫道，引導行人有序通過交叉口，增加行人過街安全性.

圖3 方案1渠化圖

2.1.2 “位移進出口”設計

“位移進出口”設計思想是通過將左轉車道渠化轉移設置，重新組合道路斷面，減少信號相位，進一步提高交叉口通行能力[16].方案2渠化圖見圖4.具體方案措施如下：

1)將世紀大道進行左轉車道移位設置，優(yōu)化了車輛轉彎半徑，減少在交叉口內的沖突點.

2)在G104和世紀大道上設置非機動車專用車道，重新劃分車道功能，使機動車和非機動車各行其道.

3)適當提前交叉口G104南進口道停止線，縮小交叉口面積，減少交通流通過交叉口的延誤.

4)在G104南進口路段上設置黃網線禁止停車，避免因排隊造成與世紀大道左轉車輛沖突.

圖4 方案2渠化圖

2.2 信號配時優(yōu)化

Synchro軟件是一套完整的城市道路信號配時分析和優(yōu)化仿真軟件，適用于各種類型交叉口，可以方便地模擬實際的路網、道路以及交叉口各項條件和數據，能有效仿真道路通行能力和信號配時優(yōu)化設計，輔助制定信號控制方案[17-18].軟件通過周期時長、綠信比等參數實現單點信號控制配時方案優(yōu)化設計(式(1)、式(2))[19].

周期的計算方法為：

(1)

其中：C為周期；L為總損失時間；CS為關鍵總交通量/(veh/h-1)；RS為參考總流率(輛/h-1).

選取最佳周期的方法為：

Y=min(Yi),C=CY

(2)

其中：Yi為交通效益評價指標；Y為最佳周期時的目標評價指標；CY為選取的目標評價指標值對應的周期長；C為系統(tǒng)的最優(yōu)化周期長(s).

通過Synchro對現有的交通信號配時進行優(yōu)化，得出優(yōu)化后結果，其中黃燈時長均為3 s.交叉口配時現狀，見圖5(A)，優(yōu)化后方案1配時，見圖5(B)，方案2配時，見圖5(C).

圖5 信號配時圖

3 仿真結果與評價

3.1 仿真介紹

在眾多交通仿真建模軟件中，Vissim是城市微觀交通評價的有效工具，是一種基于駕駛行為和時間間隔的微觀仿真建模軟件[20].通過應用Vissim建模，生成可視化的交通運行狀況輸出延誤、平均停車次數、平均排隊長度等數據來對交通運行狀況進行評價，是一種比較客觀且較符合實際的方法.

3.2 仿真模型

本文運用Vissim仿真軟件標定相關參數后，分別對G104-世紀大道交叉口現狀和改造后的兩個方案進行仿真，具體仿真示意圖見圖6.

3.3 仿真評價

通過Vissim交通微觀仿真對該交叉口改造前后的延誤、飽和度以及平均停車次數進行對比，改造前后各指標對比，見表4.其中：方案1，該交叉口的平均延誤時間由51.8 s減少為37.9 s，飽和度由0.86降低為0.72，平均停車次數由39減少為31；方案2，該交叉口的平均延誤時間由51.8 s減少為27.7 s，飽和度由0.86降低為0.62，平均停車次數由39減少為24.結果表明：方案1效果優(yōu)于現狀，方案2效果優(yōu)于方案1.

圖6 仿真示意圖

交叉口評價參數現狀方案1方案2延誤/s51.837.927.7飽和度0.860.720.62平均停車次數393124

4 結 論

本文以福安市G104-世紀大道畸形交叉口為研究對象，提出兩種渠化方案，并且運用Vissim仿真進行評價，得出如下結論：

1)方案1采用“前移停止線”設計后，交叉口延誤降低26.8%，飽和度降低16.3%，平均停車次數降低20.5%；方案2采用“位移進出口”設計后，交叉口延誤降低46.5%，飽和度降低27.9%，平均停車次數降低38.5%.

2)通過Vissim交通仿真，分析延誤、飽和度及平均停車次數可知兩種方案均比現狀有一定程度的改善，但采用“位移進出口”設計效果更顯著，極大地改善了交叉口交通運行情況，這將有利于更好地對畸形交叉口渠化設計開展研究和實踐.