城市错位路口递阶设计方法及应用

金成英，吴 楠，赵俊军，王 聪

(昆明理工大学 交通工程学院，云南 昆明 650093)

错位路口是一种特殊的平面交叉口，是由2个或多个T形路口紧密相连形成的不规则路口，一般间距在150 m以内［1］。如错位路口位于城市干路上，易导致路口及其相关路段的交通延误［2］，道路通行能力下降，行车安全性降低，严重影响整个城市交通网的通行能力［3］。若把2个错位路口当做1个大交叉口处理，由于路口的面积过大，会造成路口空间资源浪费，且信号周期相对延长导致排队长度增加，影响下游路口的正常运行;若把2个错位路口当2个交叉口处理，则交织段内冲突点较多，导致行车秩序混乱，引起交通拥堵及交通事故。

本文基于时间和空间一体化的理念，针对城市错位路口提出递阶性设计方法，根据设计方案，利用仿真软件Tranmodeler进行仿真，通过对仿真结果的定量分析，得到城市错位路口递阶设计的最优方案，从而提高城市错位路口的通行能力和行车安全。

1 递阶设计方法

在城市交通管理中，城市错位路口的处理方式有2种:一是通过道路及路口的工程改造，将错位路口改成规则的十字路口，但需耗费大量人力、财力，且对道路空间资源的要求很大，在城市道路资源有限的状况下，此方案难以实施;二是根据路口的现有交通条件和实际交通量，提出递阶性设计方法。所谓递阶设计方法，即首先对路口作一体化考虑，空间上作为独立路口进行渠化，时间上实现与交叉口渠化相匹配的信号控制方式，分层次设计，选取最佳方案，最大限度地提高错位路口的通行能力，减少行车延误。

1.1 错位路口渠化协同设计

针对错位路口处的交通问题，在空间上排除交通冲突点，通过相位相许的设计，具体可采取的交通渠化措施有:1)根据路口流量大小及排队长度，可考虑增加进口道车道数，如借用出口车道辟出一条距离交叉口25～35 m的专用左转车道，或者借用非机动车道，辟出一条距离交叉口25～35 m的专用右转车道，以提高路口的通行能力。2)在路口进口道处设左转待转区，使单位时间内通过更多的左转车辆，减少左转车辆的行车延误。3)为规范行车秩序及减少机动车与非机动车之间的相互干扰，路口进口道处可设计中央隔离栏及机动车与非机动车之间的隔离栏。4)若路口的面积较大，且行人较多，为了保证安全，可设置交通安全岛。5)关联路口道路标志标线的协同设计。

1.2 信号控制方式选择

1)错位路口的距离在50 m之内时，可当1个大交叉口处理，并采用单点控制。为确定交叉口周期时长和绿信比(有效绿灯时间与信号周期时长的比值)，以路口机动车延误时间为指标。采用韦伯斯特定时信号延误公式［4］来计算车辆延误，用近似解法可求得路口最佳信号周期时长，再根据车道流量比计算各个相位实际有效绿灯时间。2)错位路口的距离为50～250 m时，若流量较小，可当1个交叉口处理;若流量较大，当2个交叉口处理，此2个交叉口的信号周期一样，且信号控制采用同步协调信号联动控制方式。信号联动控制是在同步协调控制的基础上，针对2个关联错位路口，在不增加信号机的基础上，配合错位路口协同设计，实现路口间的联动控制。具体采用哪种方案，需要对交叉口道路条件和交通流量流向进行定性和定量分析后确定。3)错位路口的间距＞250 m时，当2个交叉口处理，路口采用相同的信号周期，信号控制采用互交式干道协调控制，协调方向绿灯开启时刻相互错开，形成1条“绿波带”，使大部分干道方向的车辆不用停车而直接通过路口，提高通行能力［5］。

2 实例应用及仿真评价

2.1 问题描述

保岫西路与杏花路路口以及保岫西路与同仁街路口，位于保山市隆阳区中心城区的重要地段，2个路口相邻50 m左右。周边分布了马里商业中心、保山影剧院、隆阳区幼儿园等，交通吸引点多，交通吸引点的分布情况如图1所示。保岫西路为东西向主要交通干道，高峰时刻的流量较大。同仁街与杏花路为南北向重要干道，高峰时刻流量同样很大，交通量如图2所示，图2中单位为pcu/h。

图1 交通吸引点分布情况图

图2 保岫西路与同仁街、保岫西路与杏花路流量图

保岫西路与同仁街路口为非信控口，保岫西路与杏花路路口为信控口，同时这2个路口间距较短，并且保岫西路两侧为商业区、步行街，人流大，2路口中间连接段行人、非机动车和机动车混行严重，行人和非机动车乱穿马路影响机动车的通行，交通秩序混乱，安全性差并且路口通行能力下降，高峰时期严重拥堵。

2.2 递阶方案设计

基于2路口距离为50 m左右，可以当1个大交叉口处理，也可以当2个交叉口处理，结合实际情况进行定性及定量分析，选择最佳设计方案。

2.2.1 1 个大交叉口

即把错位口当1个大交叉口处理。

1)渠化设计

①交叉口各方向左转车辆较多，需要渠化一条专用左转车道，将各个方向距离交叉口25～35 m处辟出一条专用左转车道;②南进口方向右转交通量达500多辆，距离交叉口25～35 m处辟出一条专用右转车道，且受信号灯控制;③由于交叉口面积较大，为规范行车轨迹，交叉口处施画车道分割线;④东西进口道方向车流比较大且路幅资源少，加设中央隔离栏，减少进出交叉口车辆之间的相互干扰;⑤加设必要的标志标牌。具体空间渠化如图3所示。

图3 保岫西路与同仁街、保岫西路与杏花路渠化图

2)相位相序及配时

①路口各个方向的左转车流和直行车流较大，信号控制采用四相位控制;②为减少交叉口交叉冲突，且不致使下游交叉口拥堵严重，南进口右转车辆受控;③根据单点信号配时公式计算信号周期为120 s，根据车道流量比计算各个相位的有效绿灯时间;④香柱巷方向几乎无车辆通行，可以忽略，结合图3，进口道车流编号如图4所示，信号相位相序配时如表1所示。

图4 错位口当作1个大交叉口时进口道车流编号

表1 错位口当1个大交叉口时的相位相序配时

2.2.2 2 个交叉口

即把错位口当作2个交叉口处理。

1)渠化设计

①保岫西路与同仁街路口加设信号灯;②基于2交叉口之间的距离较短，为减少交叉口冲突点及保障行车安全，保岫西路与杏花路路口加设东西向的中央隔离栏，且西进口方向和北进口方向禁止车辆左转;③南进口方向右转交通量达500多辆，距离交叉口25～35 m处辟出一条专用右转车道，且受信号灯控制;④东西进口方向交通量比较大且路幅资源少，加设中央隔离栏，减少进出交叉口车辆之间的相互干扰;⑤加设必要的标志标牌。空间渠化如图5所示。

图5 保岫西路与同仁街、保岫西路与杏花路渠化图

2)相位相序及配时

①2个路口间距约为50 m，2路口的信号控制采用同步协调信号联动控制方式，三相位控制;②为减少交叉口交叉冲突，且不致使下游交叉口拥堵严重，南进口右转车辆受控;③根据单点信号配时公式计算信号周期，选择需要较大信号周期的交叉口公共周期为100 s，对关键车流7，8，12等设成搭接车流如图6所示;④香柱巷方向几乎无车辆通行，可以忽略，结合渠化图5，进口道车流编号如图6所示。信号相位相序配时如表2所示。

图6 错位口当2个交叉口时进口道车流编号

表2 错位口当2个交叉口时的相位相序配时

2.3 仿真方案评价

通过TranModeler仿真软件对错位路口现状和上述2种方案进行仿真，如图7，8所示。对交叉口进行时空优化后，2个方案均明显优于错位路口现状。

图7 错位路口当1个大交叉口时的3D仿真界面

图8 错位路口当2个交叉口时的3D仿真界面

以研究区域内各个进口道车辆平均延误、平均停车次数及各个方向车辆平均排队长度为评价指标，结果如表3所示。

①2种方案均优于错位路口现状，现行错位路口渠化不合理，且路口1无信号控制，高峰时期车辆冲突严重，交通秩序混乱，形成路段瓶颈，交通拥堵严重，致使错位口及保岫西路干道通行能力差。

②将错位口当一个大交叉口处理时，采用四相位的信号控制，路口的行车秩序明显改善，但周期时间过长，对向车辆等待时间过长，各方向排队长度和延误均增多。

③将错位口当2个交叉口处理时，路口2加设东西向的中央隔离栏如图7所示，均采用三相位控制，且对错位口信号同步协调联动控制，各个方向的排队长度和延误较小。考虑到路口2加设中央隔离栏会引起相关路口转向流量的叠加，则相关路口根据需要适当延长其方向的绿灯时间。

④将错位路口当2个交叉口分别考虑的方案优于将错位路口当1个大交叉口的方案，前者为最优的时空一体化优化方案。

表3 设计方案仿真评价

3 结论

以保山市隆阳区的错位路口为实例，根据实际交通参数，对错位路口进行协同渠化设计，且设计了与之匹配的信号联动控制方案。基于TranModeler仿真结果表明，类似的交叉口即间距较短的错位路口，不能确定当1个交叉口考虑还是当2个交叉口考虑时，需要根据道路条件与交通条件，提出各种设计方案，进行定性定量分析后得出最优方案。

［1］张元元，苏跃江，王晓原.错位路口改善策略及其仿真研究［J］.交通标准化，2010，15(226):26－31.

［2］马俊来，王炜，李文权.错位路口信号相位设计的线性控制法［J］.华中科技大学学报:城市科学版，2002，19(4):27－29.

［3］陈涛，魏朗，陈荫三，等.城市错位路口通行特性［J］.交通运输工程学报，2003，3(1):62－67.

［4］杨佩昆，杨兆升.交通管理与控制［M］.北京:人民交通出版社，1999.

［5］王守宝，钱勇生.城市错位路口的交通治理措施研究［J］.交通标准化，2008，6(178):109－112.