停车线后退法对信号灯交叉口通行能力的影响*

胡永举, 刘锦俐, 邱 欣, 施俊庆

(浙江师范大学 工学院,浙江 金华 321004)



停车线后退法对信号灯交叉口通行能力的影响*

胡永举, 刘锦俐, 邱 欣, 施俊庆

(浙江师范大学 工学院,浙江 金华 321004)

为了提高信号灯交叉口的通行能力，提出了停车线后退法,以改善大型交叉口交通组织方式；给出了该方法的设置条件和方法；并利用《城市道路设计规范》和停车线法计算公式,对给定大型交叉口通行能力进行了计算、对比和分析.研究内容和结果可为解决城市交通拥堵问题提供方法与理论依据.

停车线后退法；信号灯；大型交叉口；通行能力

0 引 言

目前，交叉口的实际通行能力仅为路段通行能力的1/3左右，而平面交叉口正是影响交通通行能力的关键所在[1].如何使平面交叉口在现有道路设施不作较大改建，仅仅通过交通组织方式的改进，来提高交叉口的通行效率，是值得深入研究的重要课题.

目前，有关交叉口车辆待行区的研究和应用主要集中在交叉口车辆停止线前设置左转弯待行区和直行待行区.杨明[2]对信号交叉口设置直行待行区后的渠化设计、交通组织和通行能力作了探讨，认为通过直行待行区的设置可提高约20%的通行能力.尚德申等[3]分析了直行待行区的设置、方法和设置长度，通过实例分析对比了直行待行区设置前后的交通效益指标，认为:合理设置直行机动车等待区可以缩短周期时长，减少延误，提高车道利用率.左天福等[4]认为：设置待行区后，车均延误明显减少，服务水平可由D级提高到C级,直行通行能力提高率可达30%.陆振中[5]采用直行待行区的方法组织交叉口的机动车辆，以实际的直行待行区为例，分析其设计过程，结合Vissim分析对比交叉口直行待行区设置前后交通运行参数指标，认为：合理设置机动车直行待行区可以缩短周期时长，减少平均延误，提高进口车道的资源利用率.李颖宏等[6]分析了设置直行待行区前后绿灯间隔时间和有效绿灯时间等信号控制参数变化的情况，并运用数学公式精确推导出通行能力的增加值及延误时间的减少值，结合实例，通过仿真进行了交通运行效率分析.上述研究均在交叉口区域内，但没有对交叉口车辆停止线后移一定距离来增加直行和左转的待行区域进行研究.本文提出的停车线后退法突破了交叉口待行空间有限的限制，利用部分行车道空间来拓展待行区面积，提高进口道有效绿灯时段通过的车辆数，从而提高信号灯交叉口的通行能力.

1 停车线后退法的涵义

目前，对停车线后退法尚未有确切的定义.在中国各大城市中，为解决交通拥堵问题，许多道路的交叉口设置了车辆左转弯待行区及展宽增加交叉口进口车道数等措施，其目的是使车辆能够迅速通过交叉口，节省信号时间.停车线后退法可理解为左转待行区的一种变形，其待行区域不是设置在交叉口停车线前端，而是将停车线后移20～30 m(视具体路段而定)，将后退后的停车线与交叉口原停车线之间的区域设置为待行区，其待行的车辆一般为左转和直行车辆.左转信号灯放行前左转车辆进入待行区，直行信号灯放行前直行车辆进入待行区，从而最大限度地提高绿灯放行效率，提高交叉口的通行能力.

2 停车线后退法的实施条件与组织要求

2.1 停车线后退法的实施条件

停车线后退法要解决的是大型交叉口的交通通行效率问题，重点是解决直行和左转车辆的通行问题.因此,对于入口引道车道数低于2条的交叉口是不适合的，同样必须具备左转专用信号相位.

1)交叉口车道分布

表1 交叉口典型车道分布形式

表1为典型的交叉口入口引道分布形式.对于表1中所示的车道数为1条和2条的2种形式，显然不适用于停车线后退法.对于车道数为3,4和5条的3种形式，在解决了右转车辆问题后，直行和左转车辆至少有2条以上车道可供通行利用，从而提高直行和左转车辆的放行效率.

2)停车线后退距离的设定

停车线后退距离的设定原则，是使到达交叉口的车辆在一个信号周期内全部驶离交叉口.而一个信号周期内到达车辆的数量需要在交通调查的基础上，通过分析计算获得.对获得的一定置信区间内可能的车辆数，再根据车辆数、车辆类型和入口车道数确定停车线后退距离，确保其能够足够容纳待行车辆.对于大型交叉口，通常车流比较拥挤，车辆自由行驶机会不多，车辆到达一般符合二项分布.二项分布的基本公式为

(1)

式(1)中：P(X=x)为在计数间隔t内到达x辆车的概率；λ为单位时间间隔的平均到达率(辆/s)；t为每个计数间隔持续的时间(s)；n为正整数.

2.2 停车线后退法的组织要求

1)车流导向线的标划

停车线后退法适用于交通流量较大的交叉口.对于大型交叉口，直行和左转车辆数均较多，因此一般采用4相位信号控制.右转车辆可开设右转专用通道，不受信号灯控制的影响；也可采取直行红灯、左转箭头灯控制方式，这样右转车辆在不影响行人的情况下可以随时通行.因此，解决问题的重点在于直行和左转车辆.停车线后退法将停车线至交叉口之间的区域设置为直行或者左转的待行区，在直行或者左转放行时可充分利用车道空间资源，最大限度地提高交叉口的通行效率.图1为典型停车线后退法标线标划示意图.在车辆进入停车线前按照各自的行车道行驶；当停车线前面的电子显示牌显示为直行或者左转车辆进入待行区时，停在停车线后面的车辆可通过停车线，进入待行区，并在直行或者左转信号灯变为绿灯时通过.需要注意的是，为了方便车辆变换车道，将左侧一条直行车道变为直左合用车道，这样可以就近进入相邻车道.

图1 典型交叉口标线标划示意图

2)信号控制设施与装置的设置

采用停车线后退法进行交通管理时，车道信号灯、可变信息显示牌、倒计时时间显示装置均应配备，合理的信号控制设施与装置的配备，可以使驾驶员更快地适应交通组织管理方式的变化.

3)交警的指挥引导

交通组织管理方式的变革，需要进行宣传、引导和教育.现场管理需要交警的指挥，在驾驶员培训过程中可以增加相应的教育内容，同时也可以通过各种媒体宣传教育，比如交警短信、微信服务平台等.

3 信号灯交叉口通行能力计算模式

交叉口通行能力是指交叉口各相交道路入口引道通行能力之和，每个入口引道通行能力又分直行、右转和左转3种情况.国内常用的计算方法有2种：一种是《城市道路设计规范》(CJJ 37—90)推荐采用的方法；另外一种是由北京市政设计院提出的停车线法[7].2种方法的计算公式如表2所示.

表2 2种交叉口通行能力计算方法对比

4 停车线后退法对通行能力影响的计算分析

4.1 案 例

以图1所示的交叉口为例，对其采用停车线后退法后的通行能力进行对比分析.该交叉口为大型交叉口，设有右转专用通道，采用4相位信号灯控制，分别是东西直行、南北直行、东西左转、南北左转.假设在采用停车线后退法前，每个方向均设有1条左转车道、2条直行车道；采用停车线后退法后，在待行区内有3条车道可供直行和左转.假设高峰时段信号周期为180s，每个相位车辆启动停车总损失为3s，信号黄灯时间为3s，信号灯全红时间为4s；该交叉口每个方向流量大致相当，其中直行占60%、左转占15%、右转占25%，根据信号灯配时规则，每个方向直行放行的绿灯时间为61s，每个方向左转放行的绿灯时间为15s.混合车流中，大型车与小型车的比例为2∶8，平均车头时距可取2.65s[7].

4.2 通行能力计算分析

4.2.1 根据《城市道路设计规范》推荐的公式计算

1)改造前的通行能力

①1条直行车道的通行能力为

(2)

每个方向2条直行车道，其通行能力为2×417=834 辆/h.

②1条左转车道的通行能力为

(3)

1条左转车道的通行能力为208 辆/h.

2)改造后的通行能力

每个方向3条直行车道的通行能力为3×417=1 251 辆/h；每个方向3条左行车道的通行能力为3×208=624 辆/h.

考虑到左转车辆不同车道转弯半径与运行距离的影响，3条左行车道的通行能力可适当折减为1×208+1×208×0.9+1×208×0.8=562 辆/h.

4.2.2 根据停车线法公式计算

1)改造前的通行能力

①1条直行车道的通行能力为

(4)

2条直行车道的通行能力为2×438=876 辆/h.

②1条左转车道的通行能力

根据统计观测，在给定交通条件下，左转车辆的平均车速可取15 km/h，车辆平均加速度为0.7 m/s2，左转车辆的平均车头时距为3.5 s，则

(5)

2)改造后的通行能力

3条直行车道的通行能力为3×438=1 314 辆/h；3条左转车道的通行能力为3×86=258 辆/h.

考虑到左转车辆不同车道转弯半径与运行距离的影响，3条左行车道的通行能力可适当折减为1×86+1×86×0.9+1×86×0.8=232 辆/h.

4.2.3 通行能力比较分析

由表3的计算结果可知，按照2种方法计算的原通行方案的通行能力相差不大.按照《城市道路设计规范》计算公式得出的左转通行能力受直行车道数影响较大，直行车道数为2条与1条相比，其左右转的通行能力提高1倍，但可能会与实际通行状况有一定差别.采用停车线后退法对该交叉口实施交通组织方式变革后，计算得到的直行和左转总通行能力分别提升了80%和63%.可以看出:改造后的通行能力大大提升，其主要原因是车辆放行时车道数增加；同时，由于采用4相位信号控制，不存在直左、直右、直左右车道，避免了车辆穿插通过，其通行效率大大提升.

表3 停车线后退法使用前后通行能力对比

5 结 论

1)对于进口车道3条或3条以上、直行和左转车流量较大的交叉口，可采用停车线后退法设置直行和左转共用待行区，采用4相位信号控制方式，可大大提高有效绿灯时段信号的利用效率.

2)停车线后移距离可根据车辆到达的分布规律，计算一个信号周期内到达的车辆数，根据车辆数和车道数，确定停车线后移距离，同时可考虑待行区前端在不影响车辆通行的前提下适当前移.

3)应适当增加全红信号时段时间，确保越过停车线的车辆能够全部驶离.

4)从理论上分析，停车线后退法可提高交叉口直行和左转车辆合计通行能力的60%以上；考虑到行人和非机动车的影响，以及驾驶员的适应过程，实际效率有可能会有所降低.

5)停车线后退法需要改善现有的车辆通行组织方式，需要增设相应的信号控制装置及可变信息板等设施，同时在实施初期需要交通警察和协管人员的指挥引导，因此需要综合考虑设施投入与交通效益之间的平衡关系，科学合理地进行决策.

[1]胡永举,施俊庆.城市道路十字交叉口通行能力研究[J].浙江师范大学学报：自然科学版,2015,38(4):466-472.

[2]杨明.直行待行区平面交叉口交通组织及通行能力研究[D].武汉:武汉工业学院,2009.

[3]尚德申,王山川,王文红.信号交叉口直行待行区的设置研究[J].中外公路,2010,30(1):29-31.

[4]左天福,陶晟陶.关于设置平面交叉口直行待行区的思考与实践[J].交通与运输,2011(1):21-25.

[5]陆振中.基于设置直行待行区的平面信号交叉口交通改善研究[J].城市道桥与防洪,2015(8):1-3.

[6]李颖宏,郑增强,郭伟伟,等.交叉口直行待行区设置研究[J].公路交通科技,2015,32(7):120-127.

[7]徐吉谦,陈学武.交通工程总论[M].北京:人民交通出版社,2008:120-124.

(责任编辑 陶立方)

The effect of traffic capacity of signalized intersection by the method of making stop line move backward

HU Yongju, LIU Jinli, QIU Xin, SHI Junqing

(CollegeofEngineering,ZhejiangNormalUniversity,Jinhua321004,China)

In order to improve the traffic organization and traffic capacity of large intersections, setting conditions and methods of making stop line move backward were proposed. It was calculated, comparied and analyzed the traffic capacity of given large intersection based on theUrbanRoadDesignCodeand the stop line method. The results showed that the research provided a useful method and technical theory to solve the problem of traffic congestion.

method of making stop lines move backward; traffic lights; large intersection; traffic capacity

10.16218/j.issn.1001-5051.2016.04.016

2016-06-23；

2016-09-12

浙江省自然科学基金资助项目(LQ15E080005)

胡永举(1967-)，男，黑龙江鹤岗人，教授.研究方向：交通规划与管理.

U491

A

1001-5051(2016)04-0457-06