信号控制交叉口物理渠化对通行能力的影响

丁柏群，邹 慧

(东北林业大学 交通学院，哈尔滨 150040)

目前，我国大城市和特大城市的交通需求与交通供给之间的矛盾日益激化，交通拥堵情况也越来越严重。交叉口是城市道路交通的瓶颈，也是提高交通运行效率的重点。在提高道路和交叉口通行能力、缓解交叉口拥挤问题的方法上，除了在交叉口设置信号灯等手段对交通进行管理外，采用合理的物理渠化设计也具有很大的现实意义[1]。物理渠化设计的主要优点为投资少、见效快、明显提高道路交通效率。目前，渠化设计在城市道路特别是交叉口设计、建设和改造中已经有了越来越多的体现；由于各城市交通特点的不同，使渠化设计及其效果有一定的差异性[2]。赵芳[3]针对城市平面交叉口渠化特点对其设计原则和基本方法进行了探讨。江颖[4]分析了左转待行区的渠化方法，通过现场的实地调研，对左转待行区车道的通行能力模型进行修正，并结合具体算例和软件辅助仿真，探讨了设置左转待行区对车道通行能力的影响。杨静[5]对典型信号交叉口右转车道的标线渠化模式和物理渠化模式进行适用性研究，通过右转机动车受行人影响的冲突延误指标分析两种设计模式下交叉口右转车延误。

哈尔滨市在近期的城市道路规划与改造中，逐渐在条件允许的信号控制交叉口开始采用隔离栅、分离岛等物理渠化方式分离交通流，使部分交通流如右转车辆、调头车辆无需经过信号控制或不受直行、左转车流阻塞；使用左转弯等待线等标线渠化方式使左转车辆在直行车辆绿灯时间内提前进入交叉口。由于实体分离设施的介入，物理渠化的实施效果往往比标线渠化更为有效。本文着重分析研究物理渠化对信号控制交叉口交通运行和通行能力等方面的影响。

1 交叉口物理渠化

渠化是通过导流岛与路面标线相结合的方式，以分隔或控制冲突的车流，使之进入一定的路线，从而满足平面交叉的基本要求，目的是减少冲突或明确分开冲突，以控制交通流，调整冲突角度，减少不必要的路面铺装。经过渠化设计的平面交叉在时间、空间上得到了充分地利用，提高了交叉口的通行能力并增进了其安全性。

交叉口渠化可以规范车辆行驶、减少车流冲突、避免了车辆行驶时互相侵占车道或者干扰行车线路的不良驾驶行为、有效地保证行人和自行车的安全，以达到降低交通事故发生的可能性、提高道路交通安全性及通行能力的目的[6]。

物理渠化也称交通分离，即通过适当的工程措施建设，使道路上的各种交通形态和方式实现空间分离，车辆各行其道，达到对道路交通资源充分利用的目的，从而保障车辆及行人安全与出行畅通的一种交通流疏通引导办法[7]。借助实体设施形成的物理渠化比标线渠化具有更强的约束力和执行力，可以更有效地规范车辆行驶路线、保障行人车辆安全，是快速高效出行必须的基础性工作。此外，实体渠化岛在具有控制车道宽度，控制车速，防止超车等渠化效果的同时，还具有行人过街安全岛的功能[8]。

2 交叉口调查

2.1 交叉口位置与几何平面布局

研究对象选取哈尔滨市征仪路—保健路交叉口。两条道路均为城市主干道，交通流量很大。周边分布有哈尔滨医科大学、学府中学等6所高校和中小学，哈尔滨医科大学附属第二医院等3所大型医院，黑龙江省森林植物园、黑龙江测绘局、黑龙江省林业科学研究院、黑龙江省外运机动车检测站等单位，以及金博花园、大众嘉园、大众新城等众多居民小区。有7条公交线路经过该交叉口。

征仪路—保健路交叉口属于十字形交叉口，采用信号控制，各方向入口均为7车道，其中2个左转车道，4个直行车道，1个右转车道；出口为4车道。对向行车道之间有绿化带隔离，具体情况如图1和图2所示。

图1 征仪路—保健路交叉口整体布局

图2 征仪路—保健路交叉口进口道几何尺寸

2.2 信号配时方案的调查

交通信号控制方案由两部分所决定：相位方案和配时方案。征仪路—保健路交叉口信号控制方案见表1。

表1 信号控制方案

2.3 交通流量调查

对征仪路—保健路交叉口交通量的调查结果见表2。

表2 交叉口交通量调查表 pcu

2.4 速度调查

对征仪路—保健路交叉口车辆运行速度的调查结果见表3。车速采用雷达测速仪测量。

表3地点车速调查表km·h-1

Tab.3 Survey of spot speed at the intersection unit：km·h-1

进口道周 期一二三四五六七八九十平均南入口右转2828182225192625252223.8直行3332333435373836373334.8左转2017181919202220212019.6回转1717201819202221192119.4北入口右转3536314441393433373236.2直行3139393937323440414137.3左转3133323333312929313331.5回转2728293128272826242827.6东入口右转2726262926272730273027.5直行2933343129313031293331.0左转3031293331322930283130.4回转2931292423242423262225.5西入口右转2827282329282829303128.1直行3031323329272629293029.6左转2929293127333235333130.9回转2927242724283028293127.7

3 仿真及讨论

采用VISSIM仿真软件，对哈尔滨市征仪路—保健路交叉口物理渠化前后的交通运行状况进行了仿真分析，仿真模型如图3和图4所示，其输出饱和流率值见表4。

图3 渠化前征仪路—保健路交叉口的交通现状仿真图

图4 渠化后征仪路—保健路交叉口的交通现状仿真图

表4 物理渠化前后交叉口饱和流率

车道组或进口道的通行能力可表示为：

(1)

式中，Ci为车道组i或进口道i的通行能力(pcu/h)；Si为车道组i或进口道i的饱和流率(pcu/绿灯小时)；(g/c)i为车道组i或进口道i的绿信比。

对于右转车辆和回转车辆，由于不受信号控制，其通行能力可表示为：

(2)

式中：Qa为主要道路上的交通量，pcu/h；Qb为次要道路上可能通过的车辆数，pcu/h；q为Qa/3600，pcu/s；t0为临界间隙时间，s；t为次要道路上车辆跟驰的车头时距，s。

经计算，渠化后交叉口南北方向通行能力提高了25.6%，东西方向通行能力提高了35.1%，总通行能力提高了29.9%。可见渠化措施对交叉口通行能力的影响非常显著。

物理渠化降低了交通影响较大、危险程度较高的冲突点的数量，对交叉口通行能力和交通安全均有积极作用。以东进口为例：右转弯渠化车道的设置使右转车辆不受信号灯控制，除由南向北直行车辆进入北出口时会受到部分合流影响外，基本不与其它方向交通流产生干扰，同时转弯半径增大，使合流点远离交叉口，合流角度减小，冲突趋向缓和，危险程度降低；左转弯等待线规范了左转车辆的行驶路径，使左转车辆进入西出口道时，既不影响南进口道回转车辆的行驶，也不影响西进口右转车辆的行驶；对于回转车辆，只有当由西向东直行相位开放时，回转车流与直行车流有部分合流，影响正常行驶，但是对于其它信号相位，回转车辆无需等待信号灯，其它流向的车辆对回转车辆的影响也很小。

此外，实体渠化设施对交通行为的约束力和执行力更大，保障安全的能力也更强。

表5为物理渠化前后交叉口车辆排队长度的仿真结果，可见渠化使各进口道右转和回转车辆的排队长度显著降低，特别是在现有交通状况下右转车辆排队现象完全消除。此外，左转弯待转区的设置使左转车辆的等待时间有所降低，排队长度下降了2.45 m，降低了14.4%，有效的缓解了左转车道车辆的排队溢出。

表6为交叉口交通延误情况。采用物理渠化后，右转车辆已经基本上不再产生延误；回转车道的延误也有明显降低。根据HCM 2000分级标准[9-10]，渠化前该交叉口的道路服务水平为D级，渠化后服务水平上升到了C级。

表5 物理渠化前后交叉口车辆排队长度

表6 物理渠化前后车辆延误表

4 结 论

(1)哈尔滨市征仪路—保健路信号控制交叉口采用了右转和回转车道弯物理隔离、中央隔离带端部后移、设置左转弯待转区等渠化措施，结合了时间分离与空间分离的优势，有效缓解了回转车辆和右转车辆与其它方向车流的冲突，降低了交叉、分流、合流的风险。

(2)渠化后东西方向通行能力提高了35.1%，南北方向通行能力提高了25.6%，交叉口总通行能力提高了29.9%，效果十分显著。

(3)仿真分析表明，渠化后右转车辆的排队长度降低了22.5 m，回转车辆的排队长度降低了9.8 m，降低了75.4%，左转车辆的排队长度降低了2.45 m，降低了7.4%；行车延误降低达33.8%，服务水平由原来的D级提高到现在的C级。

【参 考 文 献】

[1]徐 彦.城市信号交叉口交通流仿真研究[D].武汉：华中科技大学，2005.

[2]杨 波，刘海洲.城市交叉口渠化设计方法与评价——以成都市为例[J].道路交通与安全，2008，8(6)：39-43.

[3]赵 芳.城市道路交叉口渠化设计方法[J].工程建设与设计，2013(12)：147-149.

[4]江 颖.左转待行区对信号交叉口通行能力的影响研究[D].成都：西南交通大学，2013.

[5]杨 静，史玉茜，杨晓光.典型信号交叉口右转渠化岛设计模式的适用性研究[J].交通与运输，2012，27(B12)：124-128.

[6]李志平.城市交通控制交叉口通行能力研究[D].西安：长安大学，2010.

[7]吴 兵，李 晔，杨佩昆，等.交通管理与控制第二版[M].北京：人民交通出版社，2009.

[8]付立家，黄叶娜，白 云.城市信号交叉口交通组织优化设计方法[J].公路交通技术，2008(11)：119-121.

[9]美国交通研究委员会.道路通行能力手册(HCM 2000)[M].北京：人民交通出版社，2007.

[10]巴兴强，温 文.基于SOA的黑龙江省交通信息平台分析与设计[J].森林工程，2013，29(5)：92-93.