学府大道与宿州大道交叉口次路“左转远引设置”研究

巩舜妹， 张启贵， 段莉敏， 陈元元， 刘少婧

(宿州学院 资源与土木工程学院 安徽 宿州 234000)

在城市道路交通系统中，交叉口为多向交通流提供转向功能，既是道路网节点，也是道路系统的“瓶颈点”。在交通流量较大的交叉路口，交通阻塞、交通事故频发，严重降低了路口的运行效率，威胁着交通参与者的安全。为了提高车辆在道路交叉口的安全性与通行效率，诸多学者做了一定的研究。CARTER等[1]对城市交叉口的“左转远引设置”模式进行了研究，远引设置可有效降低交通事故率；ZHAO等[2]通过对城市路段及交叉口历史事故率的研究，确定了远引设置的4种形式，提出了车辆远引掉头距离理论；WU等[3]从消除道路交叉口的冲突角度出发，提出了车辆“变相左转”的新型交通组织方法；刘攀等[4]从驾驶员的驾驶行为角度出发，提出远引设置可有效简化驾驶行为，左转远引比直接左转的延误小；林培群等[5]研究了“变相左转”与直接左转2种交通组织的车辆延误，挖掘了变相左转前后行车的安全性；韩高峰等[6]研究了不同流量密度下左转远引对车辆行驶效率的影响，确定了远引掉头的具体形式。本文从提高交叉口的总体通行效率角度入手，运用VISSIM微观交通仿真方法，明确并精细化左转远引掉头的设置思路及设计方案，降低交叉路口的总体车辆延误时间，节约经济成本。

1 现状分析与组织方法革新

1.1 交通现状分析

目前，平面交叉口远引设置的研究尚处于初级阶段，对于城市的新建区域而言，由市区延伸而形成的多车道城市道路多以直线交通为主，符合“左转远引掉头”设计要解决的主要城市道路类型问题。以学府大道与宿州大道交叉口为例，宿州大道是贯穿宿州市东西方向的主干路，直行方向单车道的交通量平均达到了1 200辆/h，右转方向单车道的交通量平均为96辆/h；学府大道是贯穿于大学城教育园区南北方向的主干路，直行方向单车道的交通量平均达到了900辆/h，右转方向单车道的交通量平均为100辆/h。学府大道与宿州大道交叉口的平均交通量如表1所示。东进口与西进口的直行交通量最大，北进口的直行交通量相对最小。

表1 学府大道与宿州大道交叉口各个进口道直行和右转交通量调查数据 单位：辆/h

1.2 交通组织方法革新

在减少信号相位数的同时，革新交通组织方法，引入道路平面交叉口主路与次路“左转远引设置”的理念。“左转远引设置”的提出，是继交叉路口渠化、拓宽与优化设计后的一次交通组织革新。引入道路平面交叉口主路与次路“左转远引设置”的理念，可有效减少信号交叉口的信号相位数，可使传统的四相位交叉口转变为新型的二相位交叉口，根据现场所调研的交通流数据，重新进行动态的信号配时，在时间维度和空间维度上赋予主线交通更多的通行时间，同时辅以“左转远引设置”专用的标志标线和动态化诱导标志牌，将原本的左转交通流引入到直线交通上，进而对不同比例的左转交通流的延误时间进行仿真分析，以验证新型交通组织方法的实用性。为了研究不同左转车流量比例对直行交通流的影响，设置了左转交通量占直行交通量的比例，如表2所示。

表2 左转交通量占直行交通量的设置比例

由表1和表2的数据可知：随着左转车辆占直行交通量百分比的不断提高，学府大道与宿州大道交叉口的交通流主要集中在南北直行和东西直行主线上，左转交通流最大时，仅占东进口直行车流的25%；左转交通流最小时，仅占北进口直行交通流的10%。在以直线交通为主的线路上，为了提高整个交叉口的通行效率，降低整体延误，设置远引掉头模式意义重大。

2 左转远引掉头设置思路及设计方案

2.1 设置思路

传统的交通组织控制方式在一定范围内可以降低道路交通冲突点，较好地解决交通拥挤问题。但两条相交道路流量相差甚远时，依然采用传统的四相位交通组织控制方法，不合理的时间与空间设置务必导致整个道路交叉口通行效率降低。此外，在右转车辆不受信号灯限制的前提下，左转车辆所遇到的合流冲突、分流冲突以及交叉冲突持续增多，大大降低了整个交叉口的通行效率。

在城市道路路段和交叉口的总体延误中，车辆在交叉口的延误占据了绝大部分。为了降低交叉口的总体延误，利用公式计算出现状交通组织下的交叉口车辆平均延误，而后引出新型的交通组织方法，研究优化后的车辆平均延误，使得交叉口的通行能力最佳化。信号交叉口的机动车辆延误计算公式：

(1)

式中：dij为i相位j进口道的机动车辆平均延误；λi为信号交叉口i相位的绿信比；xij为i相位j进口道方向的饱和度；Pf是机动车辆平均延误的修正系数；T为分析周期；K是取决于不同控制方案的修正系数；I是所研究交叉口上游处机动车辆过滤的修正系数；d0是机动车辆排队的初始延误。

2.2 设计方案

“左转远引掉头”指的是次路车流要实现左转，需要在交叉口先右转，然后在路段上实行远引掉头，再直行通过交叉口。通过车辆远引设置把交叉口的左转冲突引到城市路段上来解决。学府大道与宿州大道交叉口次路左转远引示意图如图1所示。

图1 学府大道与宿州大道交叉口次路左转远引示意图

由图1可知：次干路的南进口车流要实现左转，需提前进入右转的第2车道，从东出口的第2车道、第3车道或者第4车道驶离，在主干路的远引设置开口处掉头，最后直行通过交叉口，南进口的右转第1车道专供右转车流行驶，避免了左转车流和右转车流之间的合流冲突与分流冲突，由于右转不受信号灯的控制，左转远引的成功设置极大地减少了交叉口的整体时间延误，在次干路右转交通流较小的情况下，南进口的第1车道和第2车道均可供左转车流通行，很大程度上提高了交叉口的整体通行效率。“左转远引掉头”是变相左转的一种形式，它将原本按照信号灯行驶的左转车流转移至相邻信号相位的直行车道上行驶，在以直线型为主的信号交叉口，减少了交通冲突点和信号相位数，节约经济成本，提升通行效率。

相比较于传统的四相位信号控制交叉口，左转远引掉头设置更适应于主路直行交通量较大的路口，将传统的左转车道渠化转移，设置于相应方向的右转车道和直行车道之间，即左转车流实行“折弯式左转”，当交通流大到一定程度时，可适时的在相邻信号相位设置“折拐式信号灯”，与此相位的直行信号灯共用一个信号相位，以此实现主干路直行方向的绿色畅通。

3 案例分析

以宿州市学府大道与宿州大道交叉口为例，采用VISSIM交通微观仿真软件对传统的信号控制方案和新型的信号控制方案所产生的信号延误进行对比分析。在同等的交通量环境下，设置左转交通流与直行交通流的比值为10%、15%、20%和25%进行仿真，延误时间对比分析如图2所示。

图2 延误时间对比分析图

由图2可知，新型的“左转远引设置”的车辆平均延误时间远低于传统车辆行驶的平均延误时间，当左转交通流的比例占直行交通流的10%、15%和20%时，传统交通组织方式的车辆平均延误均为38.2 s,而新型的交通组织方式的平均车辆延误分别为19.3 s、19.9 s和20.7 s，新型的“左转远引设置”减少了一半的延误时间；当左转交通流的比例占直行交通流的25%时，传统的交通组织方式的车辆平均延误为47.6 s,而新型的交通组织方式的车辆平均延误为26.5 s，新型的“左转远引设置”又减少了将近一半的延误时间。

4 结 语

从降低整个交叉口车辆整体延误的角度出发，引入新型的“左转远引设置”优化方法。当左转车流占直行交通流的10%、15%、20%和25%时，设置左转远引可有效地提高整个交叉口的通行效率，减少信号相位数，降低车辆的平均延误时间，表明次路左转远引的设置对道路交叉口交通流组织的优化设计有较好的借鉴价值。