基于逆向可变车道的交叉口公交左转优先方法

徐建闽，曾令宇，荆彬彬，马莹莹

(1. 华南理工大学 土木与交通学院，广东 广州 510640；2. 东南大学 现代城市交通技术江苏高校协同创新中心，江苏 南京 210096)

基于逆向可变车道的交叉口公交左转优先方法

徐建闽1,2，曾令宇1，荆彬彬1，马莹莹1,2

(1. 华南理工大学 土木与交通学院，广东 广州 510640；2. 东南大学 现代城市交通技术江苏高校协同创新中心，江苏 南京 210096)

针对交叉口出口道时空资源利用不高的问题，以进口道公交左转优先为目标，提出了一种基于现有道路条件下的逆向可变车道及左转公交专用道设置方法从而实现了公交车辆的左转优先。分析了上述两种车道交叉口需满足的实施条件，并对车道进行设计，提出了相应的信号控制方法，最后结合设计案例，利用VISSIM软件对比分析了逆向可变车道设置前后交叉口的运行效果。仿真结果表明：设置后的管理方法能有效地降低本进口左转公交的车均延误及提高其通行量，且不影响交叉口其他方向车辆的正常通行，从而验证了本方法的有效性，为实现公交左转优先和减少出口道资源浪费提供了新的思路与方法。

交通运输工程；公交左转优先；逆向可变车道；左转公交专用道

0 引 言

目前，城市交通拥堵日益严重，已成为制约城市可持续发展的重要问题之一，而优先发展公共交通则是解决城市交通拥堵的有效手段之一。公共交通优先发展的理念也已受到相关专家学者和政府管理部门的认同与重视[1-3]。目前公共交通优先措施有路段公交优先和交叉口公交优先[4]。其中交叉口公交优先主要包括设置交叉口公交专用进口道[5-6]和交叉口公交信号优先(被动优先、主动优先、实时优先)[7-8]。然而以上交叉口公交优先措施的实施区域均设置在进口道方向，并没有充分利用交叉口出口道的有效时空资源。逆向可变车道[9]是设置在交叉口出口道内侧，车道功能随交叉口信号配时及其他因素变化而变化，既具备出口道功能又具备进口左转导向功能。为此，在现有道路条件上结合逆向可变车道与左转公交专用道，并同时调整交叉口信号配时方案，提出了一种基于交叉口逆向可变车道的公交左转优先方法。实现了交叉口时空资源的充分利用，提高了交叉口公交车的运行效率，有效缓解了交叉口的拥堵问题。

1 实施条件

1.1 交叉口

1.1.1 交叉口类型

设置逆向可变车道的交叉口一般为十字型信号控制平面交叉口，环形交叉口、立体交叉口或畸形交叉口均不适宜设置。此外，笔者研究的交叉口进出口道右侧不考虑设置公交专用道。

1.1.2 进出口车道数

1)本方向进口车道数

逆向可变车道的左转公交车(简称为LB1)与左转车道车辆(简称为LV1)同时放行，因此至少需要1条左转车道。由于左转公交专用道位于进口方向路段的最内侧车道，左转公交专用道上游附近不宜设置掉头车道，左转公交专用道上游最内侧车道的来车(除左转公交车)需在到达左转公交专用道前向右侧变道，为了减少对直行车通行的影响，路段上至少需2条直行车道，同时右转车辆基本不受信号灯控制，故本进口路段至少需设置4条车道，即进口道为5条车道；对向进出口道所需设置的车道数不受设置逆向可变车道的影响。如图1。

图1 交叉口研究区域相关设置示意Fig.1 Schematic illustration of related layout of studied area at intersection

2)本方向出口车道数

根据《城市道路工程设计规范》，交叉口出口道车道数须大于等于对向直行车道数。考虑到逆向可变车道占据了出口道最内侧1条车道，但时间上可对其出口道功能和进口左转导向功能进行分离；同时南进口右转车流通行至少需有1条出口车道，但可采用信号控制以避免南进口右转车流与西进口直行车流发生冲突；此外，南进口右转车流和LB1为相向行驶，需1条车道隔离；因此设置逆向可变车道的出口道至少需要n条车道，n不<3，n表示对向直行车道数。

3)相交方向车道数

西进口右转车流一般不受信号控制，需为其保留1条最外侧的出口车道，LB1和LV1为同时放行，因此南出口道至少有3条车道；南进口至少有1条左转车道和1条直右车道。北进出口道所需设置的车道数不受设置逆向可变车道的影响。

1.2 本方向左转公交流量

交叉口进口道道路资源紧张且左转交通流量大是设置逆向可变车道的必要条件，其中左转公交流量较大则是在逆向可变车道上实现公交左转优先的必要条件，否则将失去意义。进口道空间资源紧张主要体现在交叉口整体饱和度≥0.8，服务水平在C级以上；左转交通流量大主要体现在停车线后排队长度较长；左转车辆的平均延误较大，常需等待3个以上信号周期才能顺利通过交叉口。左转公交流量较大则体现在左转公交车在高峰期常需要两次停车才能通过交叉口[10]；平均每周期到达的公交车所占排队长度大于等于进口道导向车道线长度，根据《城市道路交通标志标线设置规范》，导向车道线长度一般为30～50 m，即平均每信号周期达到的左转公交车辆数应≥3辆。

2 逆向可变车道与左转公交专用道设计

2.1 车道位置

逆向可变车道设置在与道路中心线最相近的本向最内侧出口道上，其停车线与本向进口道停车线处于同一断面。左转公交专用道设置在与道路中心线最相近的本向最内侧进口车道上。左转公交专用道与逆向可变车道通过渐变段相连接。逆向可变车道和渐变段铺设彩色路面，宜为绿色，保持与现有交通颜色意义相吻合，如图1。

2.2 车道尺寸

根据《城市道路工程设计规范》，大型车的总长为12 m，总宽为2.5 m，常规公交专用道单车道宽度不应<3.5 m。

2.2.1 逆向可变车道长度

根据本进口左转公交车需通过左转公交专用道进入逆向可变车道而实现左转的原则。合理的逆向可变车道长度L0需受以下因素约束：

1)进口道导向车道线长度L1

由于LV1需经过左转公交专用道右侧车道通行才能进入本进口左转车道，同时左转公交车需要较长渐变段才可实现换道，因此逆向可变车道过短会导致渐变段前移而使左转车道的通行能力受到限制，故长度L0不应小于L1。

2)每辆常规公交车排队时所占车道长度L2

每辆常规公交车排队时所占车道长度L2包含车辆长度L3和前车车尾与后车车头之间的安全距离L4，其中L3一般为10～13 m，L4可取1～2 m。为了公交车排队长度与车道长度相匹配，有效利用道路空间资源，逆向可变车道长度宜为L2的n倍。结合《城市道路交通标志标线设置规范》对导向车道线长度一般应>30 m的要求，n应≥3。

3)逆向可变车道停车线至下游第1组导向箭头的长度L5

在出口道出现导向箭头的下游，车辆开始分道行驶，左转车辆开始进入最内侧车道，逆向可变车道与渐变段长度(L6)之和不应大于L5，否则正常行驶车辆将与左转公交车辆冲突，造成交通事故。

4)逆向可变车道停车线至下游车道排队结束长度L7。

逆向可变车道与渐变段长度之和不应大于L7，否则，车道被占用而无法实现进口左转导向车道功能，左转公交车将不能进入逆向可变车道排队。

综上所述，可知逆向可变车道长度应满足：

L1≤L0≤min{(L5-L6),(L7-L6)}

(1)

L0=nL2=n(L3+L4)n=3,4,…

(2)

式中：单位为m。

2.2.2 左转公交专用道长度

由于左转公交专用道设置在进口道内侧车道上会对其他车辆通行造成一定的影响，尤其是LV1，故左转公交专用道不应设置过长。同时为了LB1能够及时地进入逆向可变车道再次排队，减少其他车辆在左转公交专用道后侧阻挡LB1进入左转公交专用道的影响，提高车辆行驶的安全性。左转公交专用道不应过短，故左转公交专用道长度L8宜为：

L8=mL2，2≤m≤5,m∈Z

(3)

2.2.3 渐变段

左转公交专用道与逆向可变车道的连接处(即渐变段)，其长度L6主要与车道设计时速和加速度有关[11]，如式(4)：

(4)

式中：L6为渐变段长度，m；t为公交车在渐变段的行驶时间，m；v0为公交车左转时的初速度，m/s；vt为公交车加速后的末速度，m/s；a为加速度，m/s2，一般取1.5 m/s2。

根据公交车在本渐变段和港湾式公交停靠站渐变段行驶特征的相似性，参考港湾式公交停靠站渐变段长度设计，因此本类型渐变段长度设计见表1(推荐)。

表1 衔接逆向可变车道与左转公交专用道的渐变段长度

2.3 辅助设施

为更好地配合逆向可变车道的实施，通过设置相应的专用信号灯、交通标志标线、路面颜色涂装及路面文字等辅助设施，以引导车辆顺畅、高效地通过交叉口。相关辅助设施设置如下：

1)在中央分隔带上靠近逆向可变车道停车线处设置交通指示标志1(图2)，采用正反面设计，正面面向交叉口，反面面向出口道下游，该标志标明本车道为逆向可变车道，以提示各进口道的来车注意行驶安全。

2)在逆向可变车道和渐变段交接的断面与道路中心线交接处(图1)，设置专用信号灯和交通指示标志2(图3)。专用信号灯显示时间和方向箭头，指示标志2显示相关指示文字和指引示意图。专用信号灯和指示标志2共同指引左转公交车安全顺畅地进入逆向可变车道。

3)在左转公交专用道末端后L9m处设置指示标志3(图4)，指引左转公交车和其他社会车辆往前行驶至对应车道。根据《城市道路交通标志标线设置规范》相关设置要求，L9应大于等于L2。

4)在交叉口内设置导向线，对本进口左转车道的车辆进行诱导；

5)分别在对应车道路面上标注“逆向可变车道”和“左转公交专用道”。

图2 指示标志1Fig.2 Guide sign 1

图3 指示标志2Fig.3 Guide sign 2

图4 指示标志3Fig.4 Guide sign 3

3 信号控制方法

3.1 信号控制要求

3.1.1 交叉口须有专用左转相位

逆向可变车道既具备为对向直行车流提供出口道功能也具备为本方向左转公交车流提供导向功能。因此为避免与对向直行车辆发生冲突，本方向逆向可变车道上的左转公交与直行车流须分开放行，须为左转车流设置专用左转相位。

3.1.2 信号相序须采用“先左转后直行”

考虑到本方向出口道只有在相交方向放行直行相位时才存在道路资源不充分利用的现象，此时本方向左转公交车可进入出口道方向的逆向可变车道并在此排队候车，从而实现了基于逆向可变车道的左转公交放行。若要实现上述效果，交叉口信号相序须采用“先左转后直行”的顺序。原因是如果采用“先直行后左转”的信号相序，则本方向进入逆向可变车道的左转公交会与相交方向的左转车辆和对向的直行车辆发生冲突。若信号相序采用“先左转再直行”，相交方向左转相位放行后，直行相位开始放行，此时本方向左转公交车进入逆向可变车道后便不会与相交方向左转车辆发生冲突。紧接着本方向左转相位放行，而逆向可变车道上的左转公交随之放行后便不再占用本方向出口道空间，随后本方向直行相位放行时对向直行来车便不会与左转公交发生冲突。

3.1.3 左转公交专用道须设置专用信号灯

因本方向左转公交车须根据交叉口车流放行情况，判断是否可以通过左转公交专用道停车线进入逆向可变车道，故需设置专用信号灯对此控制。

3.2 信号配时

3.2.1 信号相位相序

交叉口采用四相位信号控制，相位1(P1)为相交方向左转相位，相位2(P2)为相交方向直行相位，相位3(P3)为本方向左转相位，相位4(P4)为本方向直行相位。信号相位放行为顺时针方向如图5。

图5 信号相位相序Fig.5 Signal phase and phase sequence

3.2.2 主要信号参数

1)最佳信号周期C0

本信号控制采用Webster 方法计算信号最佳周期C0，如式(5)：

(5)

式中：L为一个周期内总的损失时间，s;Y为交叉口关键车流的流量比之和；Y=∑y，y为各相位关键车流的流量与饱和流量之比。周期时长宜取40～180 s[12]，L按式(6)计算。

(6)

式中：Ls为启动损失时间，应当实测，若无实测数据时可取值为3 s；I为绿灯间隔时间，s；A为黄灯时间，可取值为3 s；k为个信号周期内的绿灯间隔数。

其中，绿灯间隔时间I以车辆从停车线到冲突点的时间与车辆制动时间之和计算。

2)绿信比λ

绿信比根据与该相位车流量通过交叉口所需的绿灯时间关系确定，式子如下：

(7)

式中：i为信号周期内的第i相位。

3)专用信号灯绿灯时间T0

本方向左转公交可从左转公交专用道进入逆向可变车道的绿灯放行时间(即专用信号灯绿灯时间)T0，如式(8)：

T0=t2-t21+t3-t31+A

(8)

式中：t2为相交方向直行相位绿灯时间，s；t21为前损失时间，s；t3为本方向左转相位绿灯时间，s；t31为后损失时间，s。

为避免左转公交车进入逆向可变车道时与相交方向左转尾车在出口道处发生冲突，故t21应满足：

(9)

式中：v1为相交方向尾车在本出口道行驶的15%位车速。

为避免在本方向左转信号绿灯将近结束时左转公交车进入逆向可变车道排队，影响相交方向直行车辆的正常通行，t31应满足：

(10)

3.3 本方向左转公交放行步骤

本方向左转绿灯时间为左转公交车在逆向可变车道的绿灯放行时间，为了本方向左转公交车能够安全、顺畅地通过交叉口，需采用如下放行步骤：

步骤1：相位1绿灯启亮时，专用信号灯红灯启亮，左转公交车在左转公交专用道排队；

步骤2：相位2绿灯显示大于t21秒时，专用信号灯绿灯启亮，左转公交车从左转公交专用道进入逆向可变车道排队；

步骤3：相位3绿灯启亮时，逆向可变车道的公交车与左转车道的其他车辆同时放行；

步骤4：相位3绿灯结束前(t31-A) s时，专用信号灯红灯启亮，未进入逆向可变车道的左转公交车则在左转公交专用道上排队等待。

步骤5：相位4绿灯启亮时本方向左转公交车继续在左转公交专用道上排队等待，直至本周期结束。然后执行步骤1，依次循环。

4 案例分析

4.1 案例设计

为了验证基于交叉口逆向可变车道的公交左转优先管理方法的效果，在VISSIM 微观仿真软件中进行仿真对比。选取该交叉口东进出口道为主要研究对象，交叉口几何条件如图6，此外，其车道功能划分及流量分布见表2。逆向可变车道长度设置为56 m，左转公交专用道长度设置为42 m，渐变段长度设置为15 m，在交叉口内设置导向线对东进口左转车道的车辆进行诱导。设置逆向可变车道前后的信号周期C取值为160 s，采用四相位定时信号控制，信号相序为先左转后直行，信号控制方案见表3。

表2 交叉口车道功能划分及流量分布

注：设置左转公交专用道的东进口左转公交车为88 veh/h。

表3 交叉口信号控制方案

其中设置组合车道后，左转公交专用道前的专用信号灯绿灯时间为53 s，黄灯时间为3 s。根据t21，t31，同时考虑逆向可变车道的使用尚处于起步阶段，故采取较谨慎的做法。本案例执行专用信号灯在相位2绿灯开始后10 s起亮绿灯，在相位3绿灯结束前10 s启亮红灯。

图6 交叉口几何条件Fig.6 Geometry condition of intersection

4.2 仿真结果分析

通过利用VISSIM仿真软件对比逆向可变车道和左转公交专用道的组合车道设置前和设置后的交通运行状态仿真效果，交叉口以及东进口在组合车道设置前后的结果对比见表4及表5。

表4 交叉口仿真结果对比

注：veh/T表示辆/平均每个周期。

表5 东进口仿真结果对比

通过上表统计数据可得，设置组合车道后交叉口南北西3个进口方向的车辆行驶正常，基本不受逆向可变车道的影响；东进口左转公交车和其他左转车辆在一个信号周期内的车均延误分别降低了40.0%和42.8%，通行量分别提高了33.3%和27.7%，这主要是充分利用了出口道的时空资源；东进口最靠近左转车道的直行车道3由于受左转车排队队尾的少部分车辆占道影响，但影响很小，同时其他直行车道的车辆通行基本不受影响。相对于整个东进口，车均延误降低了13.3%，通行量则提高了2.7%。

5 结 语

针对交叉口出口道时空资源利用率不高的问题，以进口道左转公交优先为目标，提出了基于逆向可变车道与左转公交专用道相组合的公交左转优先方法。通过分析组合车道设置前后交叉口运行效果，分析结果表明：本方法在有效提高进口道公交车通行效率的同时基本不会影响其他车辆的正常通行，为公交优先管理提供了一种新的思路。

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(责任编辑 朱汉容)

Priority of Left-turn Bus at Intersection Based on Reverse Variable Lane

XU Jianmin1,2, ZENG Lingyu1, JING Binbin1, MA Yingying1

(1. School of Civil and Engineering and Transportation, South China University of Technology, Guangzhou 510640, Guangdong， P.R.China; 2. Jiangsu Province Collaborative Innovation Center of Modern Urban Traffic Technologies, Southeast University, Nanjing 210096, Jiangsu，P.R.China)

Aiming at the problem of low utilization of time-space resources at exit of intersection and to pursue the goal of giving priority of right of way to left-turn transit bus at entry lane, a priority of right of way management method was proposed which allows for priority right of way of left-turn bus at intersection by setting a reverse variable lane and exlusive lane for left-turn bus based on existing road conditions and thus the priority of left-turning bus was achieved.The conditions meeting the requirements of both lanes at cross were analyzed and the lanes were designed. The corresponding signal control method was proposed and in combination with design case the effect of running intersection before and after setting reverse variable lanes were compared by software VISSIM. The simulation results demonstrate that the management mode with reverse variable lane can effectively reduce average delay of left-turn bus at given entry and improve its traffic volume without impacting the normal movement of traffic bounding for other directions at that intersection. The effectiveness of the method was proved by reality. Therefore, the above new ideas and methods provided can achieve a better priority for the left-turn bus meanwhile reducing the idle time of exit lane.

traffic and transportation engineering; priority right of way of left-turn bus; reverse variable lane; exclusive lane for left-turn bus

10.3969/j.issn.1674-0696.2017.02.14

2016-02-20；

2016-04-14

国家自然科学基金项目(51308227)；广东省重大科技专项项目(2012A010800007)；广州市南沙区科技计划项目(2014MS11)；广东省交通运输厅市场主导性科技项目(科技-2015-02-070)

徐建闽(1960—)，男，山东招远人 ，教授，博士生导师，主要研究方向：交通信息工程、控制理论与控制工程。E-mail: aujmxu@scut.edu.cn。

马莹莹(1983—)，女，吉林省吉林人，副教授，主要研究方向：城市交通系统分析与优化。E-mail: mayingying@scut.edu.cn。

U491.1+7

A

1674-0696(2017)02- 078- 07