城市主干路信号控制交叉口车辆远引掉头选址研究

巩舜妹，冯松宝，段莉敏，陈元元，张启贵

（宿州学院 资源与土木工程学院，安徽 宿州 234000）

随着机动车数量与日俱增，城市交通拥堵现象愈发严重。城市道路平面交叉口属于城市交通流的转向点，汇集多向交通，交通是否拥堵与之联系十分紧密。为提高城市路网的总体运行水平，改善交通控制与管理的方式，车辆远引掉头技术逐渐受到关注，即将原左转车辆设置为右转，汇入最内侧车道后，直行进入交叉口下游的中央分隔带处，再进行掉头，最终完成左转。AZIZI L.等［1］研究了远引掉头技术的安全设计问题，以及回转掉头处转弯半径的大小对角度类碰撞问题 产 生 的 影 响，ZHAO R.L.等［2］研 究 了 交 通 管 理 控 制方式和远引掉头的具体位置，张卫华等［3］分析了T型交叉口在左转远引设置前后的延误问题，文献［4-7］采用VISSIM交通仿真方法，对左转远引掉头的安全性和通行效率作了对比分析。但目前的研究对信号交叉口远引掉头的选址分析较为模糊，本文针对信号控制交叉口的选址位置进行具体研究，并对选址后车辆的平均延误和行程时间进行对比分析，根据流量的变化，确定出科学合理的车辆远引选址位置。

1 远引掉头模式影响因素分析

车辆远引掉头是“变相左转”的一种具体形式，它是指在左转需求适当的前提下，通过重新规划道路交叉路口的交通组织形式，使次路左转先右转通过交叉路口，而后在主干路直行车道上行驶至最内侧车道，到达中央分隔带开口时再进行掉头。相比于车辆直接左转，车辆远引掉头增加了车辆的绕行距离，但在左转需求适当的前提下，可降低交叉口车辆的平均延误和行程时间。传统的交通组织方式和新型的远引掉头交通组织方式分别见图1和图2。

图1 传统的交通组织方式

图2 新型的远引掉头交通组织方式

影响信号交叉口左转远引掉头的因素主要有主干路的中央分隔带宽度、直行车道数、交通流状况和远引掉头开口处的具体位置。

（1）主干路的中央分隔带宽度和直行车道数。根据机动车辆的实际运行环境，若左转远引车辆在主干路上进行掉头，其掉头处中央分隔带的宽度至少为2 m，所对应的交叉口处的直行车道数至少为2条，才能够初步满足左转远引掉头的初始条件。

（2）交通流状况。根据现场交通流的调研情况，若要采用次路左转远引掉头的交通组织方式，主路的交通流需满足一定的前提条件。通过实验室的仿真模拟得出：当主路交通流为900辆/（h·车道）时，实行次路左转的车辆平均延误和平均行程时间较少，但事故率较高；当主路交通流为1 200辆/（h·车道）时，实行次路左转的车辆平均延误和行程时间较小，事故率也随之降低；当主路交通流为1 500辆/（h·车道）时，实行次路左转的车辆平均延误和行程时间均有所增加，事故率也随之提高。

（3）远引掉头开口处的具体位置。随着交通流的不同，合理的远引掉头开口处的位置也应变化。通过对现场数据的统计和实验室的模拟仿真分析可知，主路交通流量的大小对远引掉头位置的设置产生较大的影响。

左转远引掉头的选址需充分考虑到车辆的通行效率和行车安全2个方面。车辆的行程时间和车辆平均延误反映了通行效率，车辆的速度方差间接反映了车辆的行车安全性。车辆行程时间是指车辆从起点到终点的行驶距离除以行驶速度，行程时间包括行驶时间和停车时间，是评价车辆通行效率的一个关键因素；车辆延误是指车辆在行驶的过程中，驾驶员由于受到无法控制的外界因素或交通设施或其他相邻车辆的阻碍所损失的时间，是评价车辆通行效率的又一个关键因素。速度方差是对速度数据离散程度的度量，是衡量速度偏离程度的重要指标。依据对上述影响因素的具体分析，从提高整个交叉口的通行效率和安全性角度出发，选取车辆平均行程时间、车辆平均延误和速度方差作为远引掉头车辆掉头处的评价指标。

2 交通仿真模型建立与结果分析

2.1交通仿真模型建立

交通仿真模型建立的初始条件为：主干路与主干路相交，分别为双向8车道与双向6车道相交，但其中一条主干路的车流量较少，车道宽度均为3 m，道路路面平坦，东西方向的主干路（宿州大道）具备2 m及以上宽度的中央分隔带，现状的信号控制方案为传统的四相位配时方式。交叉口现状与远引掉头开口位置分别见图3和图4。

图3 交叉口现状

图4 远引掉头开口位置

将图4中左转车辆远引掉头点的位置分别设置为150 m、250 m和350 m，宿州大道流量为900辆/h、1 200辆/h和1 500辆/h，沿学府大道左转流量为100辆/h、300辆/h和500辆/h。利用Vissim交通微观仿真软件对左转远引掉头点不同选址位置进行仿真分析。在默认设置中，中、大型车占5%的比例，小型车占95%的比例。交通仿真模型的建立过程主要包括以下3个步骤。

（1）利用Vissim交通微观仿真软件，构建道路平面路网，输入车流量等相关的比例参数，设置信号配时方案，确定现状的交通组织方式。

（2）对东西主干路车辆远引掉头点的位置进行选定，以距离交叉口150 m处的中央分隔带开口处作为初始远引距离，对每增加100 m的距离处的中央分隔带开口位置都分别进行模拟仿真实验。

（3）将仿真后的车辆行程时间以及车辆平均延误进行前后对比分析，以此为依据确定远引掉头的最佳选址位置。

2.2仿真结果及分析

2.2.1 行车安全性分析

车辆的速度方差是衡量车辆远引掉头安全性的重要指标，它是对速度偏离程度的衡量。根据对交通流理论的分析，在一定可变范围内，随着远引掉头距离的增加，车辆的安全性得到提高，但行车安全性的提高在一定程度上影响车辆的整体通行效率，为了更好地保障交通出行者自身的利益，还需考虑时间成本，直接左转与远引掉头所花费时间tz、ty分别为

式中，tz为机动车正常左转所花费时间，W1为车辆总体延误，L1为车辆转弯的距离，V1为车辆转弯时的平均速度，ty为车辆远引掉头所花费时间，W2为车辆右转的停车延误，W3为中央分隔带处的车辆等待延误，L2为车辆交织区的长度，V2为车辆正常行驶时的速度。根据现场调研数据计算车辆行程时间，分析速度与速度方差的变化关系，并进行多次数值模拟，得到图5和图6所示的变化关系。

由图5知，随着主干路掉头距离的增加，远引掉头车辆的速度呈现增加的趋势。再结合图6知，随着车辆远引掉头距离的增加，速度方差的波动呈现降低的趋势，行车安全性提高，但当远引掉头位置位于400 m以上距离处时，速度方差的波动已趋于稳定，不宜再设置远引掉头开口。

图5 速度随掉头位置变化折线图

图6 速度方差随掉头位置变化折线图

2.2.2 通行效率分析

车辆平均行程时间差和平均延误是评价远引掉头车辆通行效率的关键指标。本文主要对车辆平均行程时间和平均延误进行仿真分析，其中，平均行程时间之差为直接左转的平均行程时间减去远引掉头的平均行程时间。将仿真所输出的评价结果进行对比分析，具体见表1。

表1 （续）

表1 仿真评价输出数据

由表1可知，当远引掉头开口距离分别在150 m、250 m和350 m时，平均行程时间差在每个区段大体呈现递减的趋势。随着主路车流量和远引掉头车流量的变化，直接左转延误和远引掉头延误呈非线性的变化。

3 结论

车辆远引掉头交通组织方法可减少交叉口的信号相位数，可避免道路交叉口车流之间的互相干扰，在一定程度上提高了整个交叉口车辆的通行效率，保证了车辆交通组织的安全性。通过数次仿真模拟后得出如下结论。

（1）在控制车流量单一增加的前提下，车辆平均延误基本呈现增加的趋势。

（2）在掉头位置和主路车流量固定的前提下，随着左转车流量的增加，平均行程时间差降低；在主路车流量和左转车流量不变的前提下，随着远引掉头距离的增加，平均行程时间差大体呈现降低的趋势；在一定的区间范围内，不同的远引掉头距离与交叉口的不同流量相匹配。