设置综合待行区的信号控制交叉口综合评价

高建杰，李 昆

（1．四川警察学院 四川泸州 646000；2．重庆交通大学 重庆 400074）

信号控制交叉口设置综合待行区在我国已有一定程度的应用实践。2010年，上海市闸北交警在天目路口设立了全国首个综合待行区，高峰时期由交警在现场人工进行控制，结果该路口的晚高峰结束时间竟提前了半个小时[1]。2011年，通过有关专家及专业人士的研究，在上海市共和新路临汾路交叉口南进口设立了由可变信号灯组自动控制的综合待行区，并且新增了电子显示屏来减少人工指挥车辆进入综合待行区，晚高峰时段道路通行效率提高了3倍，相关路口每天晚高峰拥堵最快可提前一个小时结束，有效地缓解了该交叉口的交通拥堵现象[2]。2012年，厦门市厦门公园东路和公园南路交叉口设置了综合待行区，同时对该路口的信号配时进行了优化，设置综合待行区之后一个小时增加了760辆小汽车通过，其通行能力比原来提高22%[3]。

实践证明交叉口合理设置综合待行区能够有效地减少交叉口延误，但却不可避免地增加了停车次数[4]，而停车次数在一定程度上也反映出道路对驾驶人的服务质量，目前国内对信号控制交叉口的服务水平评价多采用单指标，不能综合反映设置综合待行区交叉口的通行状态，因此迫切需要寻求一种综合的评价方法，以系统地对其进行分析评价。

一、综合待行区概述

（一）基本概念

综合待行区，是指在现有道路供给不变的情况下，充分挖掘和利用交叉口进口道的空间资源，通过一种全新的交通控制方式，采用主、预信号协调控制，不断切换待行区内车道的功能，增强进口道蓄车能力，将不同方向的车流在时间资源上进行划分[5]。

综合待行区是近年来出现的一种新型的针对于城市道路交叉口的交通控制方式，自提出至今，已在我国上海、厦门等城市得到了运用，取得了十分明显的效果。综合待行区是一种特殊的待行区，这种交通控制方式能让车辆在直行待行区、左转待行区和掉头待行区之间不断转换，能极大地提高道路交叉口的通行能力。

（二）基本原理

为了便于分析描述，以下将设有设置综合待行区时的交叉口进口道原有的停车线称为第二停车线，第二停车线的交通信号称为主信号，将设置综合待行区后新增的停车线称为第一停车线，第一停车线的交通信号称为预信号。

综合待行区是将原交叉口进口道的停车线后移，在平行于原有停车线后方的一定距离处增设一条新的停车线，在第一停车线与第二停车线之间形成一定长度的区域，并把这个区域中的左转、直行车道和掉头融合在一起，形成一个可供左转、直行和掉头车辆在各自相位下同时利用多个车道一起驶入交叉口的一个综合性车辆等待区域，使每一流向的车流在各自的绿灯时间都能利用到进口道的所有车道。综合待行区的设置，充分利用了道路交叉口的空间资源，增大了进口道车辆的排队容量，减少了车辆的排队长度，减少了排队车辆引起的拥堵次数，极大地提高了交叉口的通行效率。

在交叉口设置综合待行区也存在一定的缺点，综合待行区的设置增加了新的停车线，使排队车辆进入综合待行区时产生二次停车问题，势必增加车辆的停车次数，在一定程度上降低了交叉口对驾驶人的服务质量，同时增加车辆的尾气排放量，不利于环境健康。

设置综合待行区就是充分挖掘交叉口的时空资源，使下一相位待放行的车辆提前进入交叉口等待通行，在绿灯时间不变的情况下，增加通过交叉口的车辆数，进而提高交叉口的通行能力[6]。在一个周期内某一个进口道待行区内信号控制车辆行驶通过交叉口的过程见图1。

图1 综合待行区基本原理示意图

二、基于优序图法的综合评价

（一）评价指标的选取

信号控制交叉口是交通延误发生的主要场所，国内外常用平均信号控制延误时间作为评价信号交叉口服务水平的主要指标。设置综合待行区的最大缺陷是会导致车辆停车次数明显上升，停车次数在一定程度上能够反映驾驶人的舒适程度。平均排队长度能够反映信号控制交叉口的交通拥挤程度。在不考虑环境、经济等效益的情况下，选取平均信号控制延误、平均排队长度、平均停车次数三个指标对信号控制交叉口设置综合待行区前后的通行状态进行综合分析评价。

1.平均信号控制延误。平均信号控制延误是间断交通流的一个关键运行性能指标。是车辆受信号控制影响通过交叉口而产生的额外行程时间，它由道路与交通环境条件以及交通管理与控制设施等综合因素决定，不仅反映交叉口车辆运行的通畅情况，也是反映交叉口服务水平的重要指标[7]。

2.平均排队长度。平均排队长度是指红灯期间各个车道车辆排队的平均长度，能够反映整个交叉口的交通拥挤程度。

3.平均停车次数。平均停车次数是单位时间内进口车道因等待红灯的停车次数与交通流量之比来确定，主要用于评估进口车道或交叉口由信号控制导致的延误程度[8]。在信号控制中，车辆的停车次数和延误都是非常重要的指标，在畅通和控制良好的交叉口，车辆在行驶过程中产生的停车次数会较少，而拥挤和控制不良的交叉口，车辆在行驶过程中会产生较多的停车次数。停车次数也与驾驶人的舒适程度有直接关系，反映了道路对驾驶人的服务质量。

（二）评价指标权重确定

由于不同评价指标的重要程度不同，且考虑权重设置的不确定性，本文评价指标权重系数的确定采用优序图法[9]：通过对多个评价指标进行两两相对比较，最后给出重要性次序或者优先次序。若A评价指标比B评价指标优，则评分为1，否则评分为0；若A评价指标与B评价指标相比，优劣相当，则评分为0.5；当A评价指标与A评价指标相比时，直接在表格中填入0.5。

信号控制交叉口的运行效果是通过车辆行车延误、停车次数等参数反映出来的，对交叉口的优化设计的目标就是提高交叉口的通行效率，使得通过交叉口的全部车辆的总延误时间最短或停车次数最少，并且通常以延误作为交叉口单指标服务水平的评定依据，因此，延误有着极大的重要性，其次是停车次数。本文将三个评价指标的重要性按照平均信号控制延误最重要，平均停车次数其次，平均排队长度最后的重要性原则，采用优序图法计算出平均信号控制延误、平均停车次数、平均排队长度三个评价指标的权重大小，各评价指标权重大小见表1。

表1 评价指标权重

（三）评价指标值划分

指标值是反映交叉口交通运行质量的数学量值，将各项评价值实际数值划分为五个区间，每个区间分别对应90、80、60、40、20五个指标值，以便进一步计算各进口道的综合评价指数，各评价指标值划分见表2、表3、表4。

表2 交叉口平均排队长度与评价指标值对应表

表3 交叉口平均信号控制延误与评价指标值对应表

表4 交叉口平均停车次数与评价指标值对应表

3.4综合评价指数计算

综合评价指数在85-90之间评价为“优”，75-84之间评价为“良”，55-74之间评价为“中”，45-54之间的评价为“合格”，20-44之间评价为“差”。综合评价指数计算采用以下公式：

式中：

E-综合评价指数；

ei-第个指标评估得出的评价指标值；

wi-第个指标的权重；

n-选取的指标个数。

三、实例应用

（一）综合待行区设置前交叉口概况

1.几何构造。选取泸州市电信商城交叉口为研究对象，该路口形式为十字形交叉口。江阳西路两端以及刺园路一段均设有中央隔离栏，刺园路二段无中央隔离栏且仅允许右转。交叉口几何构造见图2。

图2 电信商城交叉口几何构造

2.信号配时。电信商城交叉口采用4相位信号控制方式，其中四个进口道的右转均不受信号灯的控制，详见图3。

图3 电信商城交叉口相位相序

电信商城交叉口信号绿灯间隔时间为I=3s，未设置全红时间，主干道江阳西路两个进口道直行的绿灯时间最大为51s，信号配时见图4。

图4 电信商城交叉口信号配时

3.交通流量流向。通过对泸州市电信商城交叉口交通流量的实地调查，得到江阳西路北、江阳西路南、刺园路一段、刺园路二段高峰小时交通流量分别为3901pcu/h、3931pcu/h、1535pcu/h、1221pcu/h。其中主干道江阳西路的交通流量最大，车辆拥堵情况较为严重，排队长队最大超过150m，该交叉口流量流向见图5所示。

图5 电信商城交叉口交通流量流向图

（二）综合待行区设置后交叉口概况

1.设置综合待行区渠化设计。根据综合待行区设置条件，考虑电信商城交叉口实际情况，在江阳西路两端的进口道设置综合待行区。设置综合待行区后渠化图如图6所示。

图6 电信商城交叉口综合待行区设置渠化图

2.信号配时方案。由于刺园路二段进口道只允许车辆右转，并且不受信号灯的控制，江阳西路两进口道直行和左转的车流量较接近，为了减少过多相位转换时损失的通行时间，提高交叉口的通行能力，将原来的4相位减少为3相位，同时在第一停车线处设置预信号，在第二停车线处设置主信号。由于主信号采用3相位，考虑江阳西路直行车辆远大于左转，蓄车时间多用于直行。预信号采用2个相位分别控制江阳西路两端进口道直行和左转的车辆进入到综合待行区，预信号绿灯亮起时间提前于主信号绿灯亮起时间4s，以保证综合待行区域内的车辆被及时清空。具体信号配时方案见图7、图8。

图7 电信商城交叉口设置综合待行区相位设计

图8 电信商城交叉口设置综合待行区信号配时方案

3.配套设施设置。综合待行区需要合理的设置信号来引导车辆进入综合待行区排队等候。在第一停车线处加装一组可变信息牌，以指示第一停车线后排队的车辆是否驶入综合待行区。在第二停车线处设置含左转和直行箭头的信号灯，以指示是否放行综合待行区内排队等候的车辆。在第一停车线后适当距离处设置指示标志，以提醒驾驶员前方设置有综合待行区。综合待行区的配套设施设置见图9。

图9 电信商城交叉口综合待行区配套设施设置

（三）VISSIM仿真及结果输出

运用VISSIM仿真软件对综合待行区设置前后的电信商城交叉口进行仿真，仿真结果数据如表5所示。

表5 仿真结果数据

由表中数据可知，除了未设置综合待行区的刺园路一段进口停车次数基本不变外，设置综合待行区后交叉口的排队长度、延误指标均有所下降，而停车次数却明显上升。因此，为全面的反映设置综合待行区的交叉口的服务水平，需要综合考虑各项评价指标，对其进行综合评价。

（四）评价结论

采用前文基于优序图法的综合评价方法，对泸州市电信商城交叉口设置综合待行区前后交通运行状况进行综合评价，评价过程及结果如表6、表7所示。

表6 设置综合待行区前电信商城交叉口的综合评价计算表

表7 设置综合待行区后电信商城交叉口的综合评价计算表

由表6、表7的综合评价结果可知，比较设置综合待行区前后交叉口交通运行质量，按传统服务水平评价方法，以延误为指标，根据HCM服务水平划分标准，电信商场交叉口延误由45.63s降至28.96s，服务水平由D级提高为C级，说明设置综合待行区后的交叉口处于较好的交通运行状态。按综合评价方法，该交叉口服务等级由差提高为合格，说明设置综合待行区对交叉口有一定程度的改善，但效果并不理想，交叉口仍处于较差的交通运行状态。因此，对设置综合待行区的交叉口进行交通运行状态的评价，应综合考虑停车次数、排队长度、延误等指标，采用综合评价的方法。

[参考文献]：

[1]马晓旦，任恒恺，夏晓梅.信号交叉口综合待行区的设置研究[J].森林工程，2015.

[2]中国警察网.待行区后退40米通行效率高三倍[EB/OL].http://www.cpd.com.cn/n1695/n3559/c1483631/content.

[3]大闽网.厦门治堵第一招出手“综合待行区”昨晚起试行[EB/OL].http://fj.qq.com/a/20120728/000041.htm.

[4]成 卫，王 勇，袁满荣.基于交通运行效益评价的综合待行区预信号控制研究[J/OL].重庆交通大学学报(自然科学版)，:1-8.

[5]杜 倩.平面交叉口综合待行区的交通组织优化设计研究[D].西南交通大学，2017.

[6]孙吉瑞，车国鹏，温汉辉，单 姗.综合待行区对交叉口通行能力及延误影响的研究[J].公路交通技术，2015.

[7]蔡美玲.平面信号交叉口通行效益分析及综合评价[D].西南交通大学，2008.

[8]中华人民共和国公安部.《道路交通信号控制方式 第2部分:通行状态与控制效益评估指标及方法》（GAT 527.2-2016）.

[9]严广乐.系统工程[M].机械工业出版社，2008.