四路交叉口左转专用信号配时改进方法研究★

李 锐 曹 怡

(河海大学土木与交通学院，江苏 南京 210098)

四路交叉口左转专用信号配时改进方法研究★

李 锐 曹 怡

(河海大学土木与交通学院，江苏 南京 210098)

通过分析机动车左转车流在四路交叉口中的交通流特性，从交叉口左转车流运行特征出发，构建了交叉口左转专用相位信号配时模型，并在此基础上提出改进策略，结合绍兴市交叉口实际案例，阐述了该方法的应用情况。

四路交叉口，左转专用相位，信号配时，优化

在城市道路交通系统中，城市的交叉口是关键，交叉口不仅是道路网中通行能力的瓶颈，而且还是道路交通事故高发区域。日本大城市中的机动车在市中心的行车时间约1/3花在平面交叉口上；美国交通事故约有一半以上发生在交叉口。我国城市道路交叉口处的交通延误和交叉口范围内交通事故数量也呈逐年上升的趋势，因此对城市交叉口的研究将大大改善交叉口范围内的交通运行质量及安全状况。四路交叉口在城市交叉口中占有很大的比例，在四路交叉口中左转车流对交叉口影响最大。左转车流不仅是产生冲突点的主要因素，而且也给对向直行车流的通行造成极大的影响，因此如何减少左转车流对交叉口的影响成为提高交叉口通行效率及安全状况的主要问题。从20世纪60年代起，国内外学者[1-3]就开始针对信号交叉口左转车流特性进行研究，并在左转信号设置条件、左转信号设置优化方法、左转信号协调控制等多个方面取得了一定的研究成果。本文将在充分参考前人研究成果的基础上，结合四路交叉口左转车流特性，提出交叉口左转专用车道信号配时的简易方法，并对交叉口范围内左转车流交通控制进行优化，最后结合工程实例进行分析说明。

1 左转专用相位绿灯时间设置方法

本文将重点研究交叉口左转专用相位信号设置方法。左转专用相位有前置和后置两种，前置左转相位指在交叉口对向冲突直行车辆前放行左转车流；后置左转相位指在交叉口对向冲突直行车辆后放行左转车流。通常情况下，后置左转车道的启动损失比前置左转车道的启动约少1 s[4]。

现有信号灯相位设计公式[5]计算：即通过计算交叉口进口道有效交通量来计算交叉口信号周期，进而对各相位绿灯时间进行分配。

(1)

(2)

其中，Ve为等效交通量；V为交叉口进口实际交通量；H为公交车、货车车辆数；L为左转车辆数；n为进口有效车道数；T为周期时间；P为相位数。

这种方法计算过程简单，但是该方法没有考虑专用转向车道的交通情况，因此对有左转专用相位的交叉口信号配时效果有待进一步提升。在对交叉口信号配时原理进行研究的基础上，提出改进方法，并构建出一种更适合于左转专用相位的信号配时计算模型。

有左转专用相位的四路信号交叉口，一般分为两类：一类是交叉口有专用右转车道；另外一类是交叉口没有专用右转车道，仅仅有左转专用车道。对于这两类交叉口应该分别考虑。

对于有右转专用车道的交叉口，其等效交通量为：

(3)

对于没有右转专用车道的交叉口，其等效交通量为：

(4)

其中，V东s，V东r，V东l分别为交叉口东进口机动车直行、右转、左转的当量交通量(其他方向当量交通量同此)；V东sr为交叉口东进口机动车直行与右转当量交通量(其他方向当量交通量同此)；al为左转车辆等效交通量修正系数，它与左转车辆通过交叉口的距离和速度有关，对于交叉口范围内4个方向宽度差别不大的情况下，al一般取1.1；对于交叉口范围内4个方向宽度差别很大的交叉口，al的取值需要重新确定。

接下来，利用式(2)来计算交叉口信号周期，对于4相位，随着等效交通量的增大，周期增加速度很快，对于周期大于120 s的计算结果，应该进行修正。最后，根据每个相位的不同等效交通量(左转专用相位的等效交通量为alVl/nl)分配绿灯时间。对于周期内黄灯时间的选取，一般可以取2 s～4 s。

与传统方法相比，本文将更加关注交叉口等效交通量中左转车流等效流量的研究过程。因此，将通过分析左转车辆对直行车辆之间的影响，确定交叉口左转车辆等效流量的影响修正系数，并考虑左转车流通过交叉口时各时间因素的影响修正。

2 左转专用信号相位设置优化策略

在之前研究的绿灯时间设置方法的基础上，还可以从以下三个方面对交叉口左转专用相位的信号控制系统进行优化：

1)增设左转专用车道。对于左转车流量较大的交叉口，在道路条件和经济条件允许的情况下，可以通过增加左转专用车道的数量来达到快速、高效分流左转车辆的目的。

2)设置左转车辆等待区。通过设置左转车辆等待区，可以增加交叉口处左转专用车道的长度，故可以使更多的左转车辆进入左转车道等待通过交叉口；另一方面，左转等待区的设置可以减少左转车辆通过交叉口的距离，从而减小左转车辆修正系数，缩短交叉口信号周期，使得整个交叉口的运行效率提高。

3)合理选择设置前、后置左转专用信号相位。在机动车流高峰时段，较大的左转与直行车辆到达车流将会对交叉口通行造成较大压力，如果在一个周期内仅有一个左转绿灯相位，往往会造成左转车道被直行车道阻塞或者左转车辆排队溢出，阻塞相邻直行车道的情况。对此，可以考虑增加左转专用相位在整个信号周期中出现的次数来解决，即在一个信号周期内设置前置和后置2个左转专用相位来满足左转车辆的交通需求。

3 实例应用

以绍兴市中兴路—胜利东路交叉口改善设计为例，研究四路交叉口左转车道设置及专有信号相位优化措施。

结合绍兴市中兴路—胜利东路交叉口现状交通特征情况(如图1所示)，将从交叉口组织设计和信号配时两个方面对交叉口进行改造。在交叉口组织设计中，设计方案对东西方向车道进口进行拓宽，增加了一条左转专用车道，并且对交叉口进行了合理的交通渠化，此外，方案还对交叉口范围内交通标志、标线进行了完善，方案设计参见图2。

对于该交叉口信号配时设计优化，将利用中兴路—胜利东路交叉口机动车交通流量实际观察数据(如表1所示)，结合上述信号灯配时方法对交叉口进行信号配时，配时方案如图3所示。

表1 中兴中路—胜利东路交叉口高峰小时交通流量流向表

借助VISSIM软件对交叉口进行模拟仿真分析，本方案在车均通行效率、左转车辆通行效率方面均比交叉口原配时方案有所提升。

4 结语

通过对四路交叉口左转专用相位信号配时方案及改进措施的研究，形成了以下一些研究成果：

1)通过对交叉口左转车流特性的研究，简要提出了设置左转专用车道和左转专用信号相位的基本要求，并对其进行评价。

2)在对左转车流特征及现行信号配时方法研究的基础上，重新调整了配时方法中左转车流量修正系数al的取值，提出了更加符合有左转专用相位的信号交叉口的信号配时公式。

3)以绍兴市中兴路—胜利东路交叉口设计改造为例，从交通组织设计和信号配时优化两方面对四路交叉口左转车道配时及其优化应用过程进行了说明。

[1] Kell J H,Fullerton I J.Manual of signal design[M].Washington D C:Prentice-Hall,Inc,1982.

[2] LI Zhenyang.Dynamic left-turn phase optimization using fuzzy logic control[D].Knoxville:The University of Tennessee,2004.

[3] 马万经，杨晓光.信号控制交叉口群左转交通协调设计方法[J].同济大学学报(自然科学版)，2008，36(11)：1507-1511.

[4] David A.Novcy,Daniel B.Fambro,Kent C.Kacir.Traffic Characteristics of Protected/Permitted Left-Turn Signal Displays.79th Annual Meeting of the Transportation Research Board,Washington DC:2000.

[5] 王 炜，过秀成.交通工程学[M].南京：东南大学出版社，2000.

Traffic signal improvement for left-turn phase at 4-lagged intersection★

Li Rui Cao Yi

(CollegeofCivilandTransportationEngineering,HohaiUniversity,Nanjing210098,China)

According to analyze the characteristic of left-turn traffic volume at 4-lagged intersection, construct the traffic signal model with left-turn phase for 4-lagged intersection, then optimal improvements strategy is introduced, at last, traffic signal improvement for left-turn phase at 4-lagged intersection is used with the tested intersection of Shaoxing city.

4-lagged intersection， left-turn phase， signal timing， optimization

2015-04-03

李 锐(1984- )，男，博士，讲师

1009-6825(2015)17-0110-03

U412.35

A

★：江苏省自然科学基金(项目编号：BK20140851);河海大学中央高校基本科研业务费项目(项目编号：2013B01314)