冰雪条件下长春市信号控制交叉口交通流特性分析

■吴立新 李迎旭

(吉林建筑大学交通科学与工程学院，长春 130118)

0 引言

中国对交通流的研究起步较晚，对于冰雪天气下交通流特性的研究还处于起步阶段，不够深入。程国柱[1]等人对冰雪条件下城市道路交通安全进行评价，定义行车安全度，通过模型计算得出不同类型路面最高交通量以及对应的行车安全最高车速。巴兴强[2]等人对冰雪条件下哈尔滨市城市道路交叉口交通流特性进行分析，利用VISSIM仿真模型得出适合冰雪条件的交叉口信号配时。刘春晓[3]等人对信号交叉口车辆损失时间进行研究，得到了冰雪条件对信号交叉口车辆延误时间影响模型。朱兴琳[4]等人对冰雪条件下乌鲁木齐市交叉口交通流特性进行分析，提出了在冰雪条件下增加左转专用车道和改善信号配时来满足交叉口的交通需求。张坤[5]等人对冰雪条件下乌鲁木齐市交叉口交通流特性进行分析，得出在交叉口进口道引道100米内布设防滑标线，以增大摩擦系数减小车辆延误。

近年来，长春市的机动车数量呈上升趋势，截止到2017年底，长春市机动车保有量达到116万，并以年均14%的增长率快速增长。交通供需矛盾日益严重，交通环境日益恶化。另一方面，长春市地处北方，冬季长达四五个月，受降雪、冰冻的影响，道路通行能力大大降低，使得交通拥堵进一步加剧，尤其是城市交叉口，冰雪条件下拥堵严重，给冬季长春市居民出行带来很多不便。

本文以长春市冰雪条件下城市信号控制交叉口为例，主要采用人工观测与仪器测量相结合的方法，重点研究冰雪条件对信号控制交叉口交通量、行驶车速以及车头间隔的影响。

1 数据调查

1.1 调查时间、地点

本文主要研究冬季冰雪条件下长春市城市道路交叉口机动车流的交通特征，综合考虑城市道路实际交通情况，研究选择城市居民下班高峰期，即17：30-18：30进行调查。以长春市自由大路与人民大街交叉口为研究对象，该交叉口是典型的城市主干路与主干路交汇，高峰时段行人过街数量增加、交通流拥挤，并且该交叉口具有完整的信号配时及左转专用车道。图1为该交叉口平面图。

图1 自由大路与人民大街交叉口

1.2 调查方案确定

(1)交通量调查

交通量调查主要有人工观测法、仪器自动机测法、流动车观测法、录像观测法，本次调查选择人工观测与录像法相结合的方法。

本次调查人员共四人，分别对自由大路东、西进口道，人民大街南、北进口道的交通流进行拍摄，进而提取交通流数据。

(2)速度调查

速度调查通常采用仪器测量法，即雷达枪测速法，本次调查主要选取从人民大街南进口道驶入交叉口车辆的运行速度为研究对象。

1.3 调查数据

首先通过人工调查法得到在冰雪条件下和非冰雪条件下该交叉口通行能力数据如表1、表2。

表1 冰雪条件下通行能力(辆/h)

表2 非冰雪条件下通行能力(辆/h)

其次运用雷达枪测速法，对从人民大街南进口道驶入交叉口车辆的运行速度进行测量，冰雪及非冰雪条件下小汽车样本量均为150辆，公交车样本量为50辆。

2 交叉口交通流特性分析及安全行车距离的确定

2.1 交叉口交通流特性分析

通过分析调查数据，得到非冰雪条件下与冰雪条件下交叉口各进口道通行能力变化图，如图2，以及车辆速度变化趋势。

图2 非冰雪条件与冰雪条件交叉口各进口道通行能力变化图

由图2可以得出：冰雪条件下与非冰雪条件相比，该交叉口各进口道通行能力均有所下降，其中南进口道下降10.57%，北进口道下降10.08%，东进口道下降8.50%，西进口道下降11.58%，该交叉口总通行能力下降了10.13%。

由测得的速度可以看出，在调查时段内，小汽车在非冰雪条件下最高车速为58km/h，冰雪条件下最高车速为41km/h，降低了29.31%；公交车在非冰雪条件下最高车速为44km/h，冰雪条件下最高车速为32km/h，降低了27.27%；小汽车非冰雪条件下平均速度为40.175km/h(11.16m/s)，在冰雪条件下平均速度为30.45km/h(8.46m/s)，降低了26.59%。公交车非冰雪条件下平均速度为32.235km/h(8.95m/s)，在冰雪条件下平均速度为21.24km/h(5.9m/s)，降低了34.11%。在相同的行驶距离内，冰雪条件下的行驶时间增加，延误增加。

2.2 安全行车距离的确定

驾驶员在看到停车信号后进行制动停车，其制动反应时间应包括反射时间、踏板更换时间和制动延续时间，在这段反应时间内，车辆仍按原速度行驶。《交通工程手册》[6]一书中规定，驾驶员的制动反应时间在1.4s～2.0s，本文在计算时取其平均值1.7s。在冰雪路面条件下，相邻两车间安全距离为制动反应时间内行驶距离与车辆制动距离之和。

根据动能原理，车辆的制动距离由以下公式得出：

其中，Lb——车辆制动距离，m/s；

V——车辆制动前行驶速度，m/s；

η——道路摩擦系数；

g——重力加速度，g=9.8m/s2。

根据程国柱[1]等人对冰雪条件下将冰雪条件下的路面分为积雪路面、粗糙冰路面、光滑冰路面、冰雪混合路面，并计算出四种不同类型路面的摩擦系数平均值分别为 0.245、0.16、0.11、0.115，本文中摩擦系数取值为其平均数，即 μ=0.1575。

根据调查数据可以得出，长春市自由大路与人民大街交叉口，在冰雪条件下，同车道相邻两车的安全行车距离为

也可求出车辆间应保持的车头时距为

正常天气条件下的道路摩擦系数范围是μ≥0.65，取最小值v=11.16m/s，速度均值，代入式(1)中得出同车道相邻两车的安全行车距离为28.75m，进而可求出车辆间应保持的车头时距为4.72s，由此可以看出，在冰雪条件下同车道相邻两车的安全行车距离较非冰雪条件下长8.82m。

3 研究结论

(1)长春市自由大路与人民大街交叉口冰雪条件下与非冰雪条件相比，该交叉口各进口道通行能力均有所下降，其中南进口道下降10.57%，北进口道下降10.08%，东进口道下降8.50%，西进口道下降11.58%，该交叉口总通行能力下降了10.13%。在冰雪条件下可以采取和非冰雪条件不同的信号周期时长。

(2)小汽车在非冰雪条件下最高车速为58km/h，冰雪条件下最高车速为41km/h，降低了29.31%；公交车在非冰雪条件下最高车速为44km/h，冰雪条件下最高车速为32km/h，降低了27.27%；小汽车非冰雪条件下平均速度为40.175km/h(11.16m/s)，在冰雪条件下平均速度为30.45km/h(8.46m/s)，降低了26.59%。公交车非冰雪条件下平均速度为32.235km/h(8.95m/s)，在冰雪条件下平均速度为21.24km/h(5.9m/s)，降低了34.11%。在冬季应对驶入该交叉口的车辆进行限速，最大行驶速度可设为30km/h～35km/h。

(3)冰雪条件下驶入该交叉口的车辆，同车道相邻两车之间应保持37.57m的安全距离，或是保持车头时距在6.73 s，这样才可以保证前车在看见停车信号采取制动过程中不会发生车辆追尾的现象。