山地城市复杂路口交通组织优化研究

刘权富，陆百川，邓 捷，张 凯

（1.重庆交通大学 交通运输学院，重庆 400074；2.重庆山地城市交通系统与安全实验室，重庆400074）

交通组织优化是指通过在空间和时间上科学合理地分配道路资源，将交叉口的交通效益最大化。信号交叉口的交通组织优化主要由渠化设计和信号配时优化组成，渠化设计反应车道对道路的空间使用权，即各行其道的原则，配时优化反应车道对道路的时间使用权，即遵守交通信号的原则。渠化设计决定配时设计，同时又受配时设计的制约，需要将渠化设计与配时设计结合，反复协调优化，以发挥交叉口的最大潜力。近年来，国内外专家学者在关于交叉口的交通组织优化方面做了大量研究，但多集中于十字交叉口、丁字交叉口、环形交叉口的交通组织优化，而对复杂路口的研究则缺乏案例分析和规律性研究。本文从复杂路口的特征分析开始对复杂路口的交通组织优化进行研究，并以重庆市某复杂路口的实例对其进行分析应用。

1 山地城市复杂路口特征分析

重庆市是典型的山地城市，主城被长江和嘉陵江分隔，地势高低起伏，道路狭窄，车道数少，城市组团特征明显。道路起伏坡度大，蜿蜒曲折，存在大量的复杂路口，大量的交通集中在城市主干道和快速路上，交通行为比较特殊。

1.1 几何特征

重庆市主城区道路形态受地理条件的限制，道路交叉口具有明显的山地特色，存在大量的多路口交叉口、X形交叉口、畸形交叉口等复杂路口，如大溪沟交叉口、南坪西路交叉口等；同时存在交叉口坡度较大等在平原城市少见的复杂路口，如马家岩交叉口、凯旋路与新华路交叉口等；有的交叉口相交道路是曲线，如临江门交叉口等。这些类型的复杂路口在山地城市较普遍，具有一定的代表性。

1.2 交通运行特征

山地城市道路蜿蜒曲折，路幅较窄，自行车不宜出行，在各种交通出行方式中，可以忽略自行车的出行。居民的短距离出行中，步行比例占总出行方式的50%以上，交通流受行人的干扰大。调查显示，公共交通出行方式约占出行比例的33.4%，公交出行的比例较大，同时公交线路比较集中，部分路段公交车的比例达到30%以上，大量的公交线路集中在主干道上。

由于城市的组团式结构，大量的城市机动车交通量集中在主干道上，主干道上的交通量大于道路通行能力，导致主干道交通拥堵；城市的多个商业中心，采用单向交通组织，缓解商业中心交通量大的问题。

1.3 交通管理特征

山地城市道路交叉口由于受到用地的限制，多数进口道没有进行车道划分、拓宽渠化，在主干道与支路相交的部分交叉口多采用右进右出的交通管理方式。在交通管理过程中，缺乏对特殊路口的针对性管理，大都采用宏观层面上的统一管理模式，交通参与者的交通行为无法有效约束。部分交叉口的交通标线模糊，驾驶员不按照车道功能划分行驶，随意变换车道，随意路边停车，在交通量不大的路口，行人不遵守交通规则等现象屡禁不止，闯红灯现象严重。

2 复杂路口交通组织优化

2.1 交通组织优化概念及分类

道路交通组织优化是利用科学合理的交通管理方法与措施，通过在空间和时间上科学合理的分配道路资源，提高道路通行能力和交通参与者的安全性，使道路交通始终处于高效、有序、安全的运行状态。道路交通组织按照其范围分为宏观交通组织、区域交通组织、微观交通组织。宏观交通组织多是从总体调控和政策上进行控制，如经济调控、公交优先政策、机动车保有量的控制等；区域交通组织主要是针对主干道、重点区域的交通组织，如干道协调控制等；微观交通组织主要是针对单点交叉口的交通组织，如渠化设计、信号配时设计等。本文阐述的复杂路口交通组织属于微观交通组织。

2.2 复杂路口交通组织优化流程

复杂路口交通组织优化步骤一般可按图1所示流程进行。

图1 复杂路口交通组织优化流程

2.3 复杂路口交通组织优化方法

复杂路口交通组织优化的原则：与城市总体规划、城市综合交通规划相协调；尽量减少不同车流之间的冲突，减少行人与机动车之间的干扰，保证交通流运行安全，提高道路通行效率，满足交通需求；渠化设计与信号配时优化协调等。

1）合理的交通渠化。应结合山地城市复杂路口的几何特征来进行合理的交通组织优化，例如，设置导流线、导流岛等设施疏导车流，诱导车辆安全行驶；拓宽车道提高路口的通行能力；规范行人与车辆的行驶秩序，在保证交通流运行安全和提高通行能力的前提下，尽量减少交叉口的冲突点数目。

2）改变复杂路口的形式。结合复杂路口实际情况可以通过改变交通流相交角度或局部调整交叉口中心线等方式，将部分复杂路口改变成相对规则的十字形路口。

3）缩小复杂路口的面积。针对复杂路口的具体情况，可以采取将进口停车线、行人过街人行横道提前的方式，减小交叉口的面积，以利于交通组织。

4）信号配时优化。根据渠化后的车道功能、交通流冲突特点、结合实际车辆运行情况确定信号相位相序，并根据各流向的交通流量进行验算确定合理的信号配时方案。同时，在主干道的情况下，可以考虑多个相邻路口之间的协调控制。

2.4 优化方案仿真分析

在进行复杂路口交通组织优化方案后，借助先进的交通仿真软件模拟改善方案的交通运行情况，并通过仿真得到的评价指标进行分析。

目前，微观交通仿真软件数量众多，既有商业化的，也有学术研究的。英国Quadstone公司开发的Paramics软件，德国PTV公司开发的VISSIM软件，美国Trafficware公司开发的Synchro系统，澳大利亚的SIDRAINTERSECTION软件等等。

在众多微软交通仿真软件中，SIDRAINTERSECTION是一款面对交叉口交通设计和分析研究的交通仿真软件。SIDRAINTERSECTION可以确定造成交叉口交通拥挤的原因，模拟各种交通管理和控制措施对交叉口的影响效果，可获得各种类型交叉口的通行能力、延误、排队长度和停车率，以及油耗、污染指数等评价参数，分析不同的渠化设计、信号相位和配时方案对交叉口时间和空间资源的利用，还可根据交通量的增长，分析设计方案的有效期等功能。

3 案例分析

3.1 复杂路口现状及问题分析

该复杂路口位于商业中心附近，由北区路、中华路、临江路交叉而成；该路口处于市中心地带，机动车流量巨大；北区路存在一定的坡度，且与临江西路夹角较小，公交车较多，交通组织困难；该路口有行人过街地下通道，信号配时只考虑机动车，不需考虑行人过街的影响。该交叉口现状如图2所示。通过交通调查获得交叉口高峰时间段的最高15min流量换算出的高峰小时交通量，如图3所示。

目前，该交叉口采用三相位定时信号控制，周期时长138s，各相位全红时间1s，黄灯时间3s，第一相位时间（包括黄灯和全红时间，下同）48s，第二相位54s，第三相位36s，现状相位方案如图4所示。

图4 现状相位方案

应用SIDRAINTERSECTION软件对该路口现状进行仿真分析，得到该路口的平均延误为117.6s，服务水平为F级，如图5所示。

通过现场调查及仿真结果分析，该路口存在的问题有：①北区路和临江东路两个进口道的服务水平偏低，车辆经常滞留在下一周期放行，平均延误时间高于其他路口，该进口道交通运行效率偏低；②北区路左转车道渠化为3车道，直行车道却只有1车道，而北区路左转和直行车流量相差并不大，导致直行车道饱和度、延误时间大大高于左转车道，车道功能划分不合理；③整个交叉口信号配时周期过长，且部分相位设计不太合理，如临江东路车流量很大，而现状相位配时较短，降低了通行能力；④部分交通标志标线模糊，影响驾驶员视线，降低了交叉口的通行能力。

图5 现状信号配时仿真结果

在交通组织优化时，北区路考虑将一条左转车道改为直行车道；临江东路交通流量较大，由于受空间的限制，不可能采用增加车道的方法来提高该进口道的通行能力，因此，在交通组织优化的时候要从信号相位配时方案考虑，增加进口道信号相位的时长，提高通行能力。

3.2 复杂路口交通组织优化及仿真分析

针对现状问题对其进行交通组织优化，北区路一条左转车道改为直行车道；临江东路受道路空间限制，不可能拓展进口车道，采取增加信号相位时长的方法提高通行能力；重新进行相位方案及配时优化，优化后的信号相位方案如图6所示。

图6 优化后信号相位方案

经过SIDRAINTERSECTION优化，得到该路口的周期时长为90s，第一相位Phase A为29s，第二相位Phase B为31s，第三相位Phase C为30s，优化后的各评价指标见图7。

从图7可知，运用SIDRAINTERSECTION仿真软件对该复杂路口仿真优化后，交叉口的平均延误由原来的117.6s减小到36.4s，服务水平由原来的F级上升到D级，且接近C级，各进口道的平均延误较均衡，交叉口的交通通行状况得到较大的改善，达到优化的目的。

同时，利用SIDRAINTERSECTION仿真软件，模拟出当交通量增长到一定比例时，该复杂路口的各项评价指标，如图8所示。由图8可知，当交通量增长到120%时，整个交叉口的最大饱和度接近于1，交通量增长到150%时，整个交叉口的最大饱和度接近于1.3。由此可以看出，该交通组织优化方案能在一定时间内适用。

图7 优化后信号配时仿真结果

图8 交通量增长后延误、饱和度变化趋势

4 结束语

复杂路口的交通组织优化对于解决城市日益严重的交通拥堵问题，提高复杂路口的通行效率和安全性具有重要的意义。从分析复杂路口的特征出发，提出复杂路口交通组织优化流程和方法，并以重庆市某复杂路口为例，提出交通组织优化方案，利用交通仿真软件对交通组织优化方案进行仿真分析，结果表明，对复杂路口进行交通渠化、信号配时结合的交通组织优化方案可以明显改善交通运行状况，提高交叉口的运行效率，而且简单、实用。

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