基于“位移进出口”的畸形交叉口渠化改善研究

师文磊，刘丹丹，陈金山*，郭建钢，李 林，许耀根

(1.福建农林大学 交通与土木工程学院，福州 350002; 2.集美大学 航海学院，厦门 361021)

大多数城市老城区由于地形地物限制、景观设计不当及特殊的社会历史等因素，一些相交道路形成不规则形状的畸形交叉口.畸形交叉口通行能力低下、事故多发，是城市道路交通改善的难点[1].要“根治”畸形交叉口所带来的弊端，一般以渠化交叉口来优化交通流线组织的方法为主，这样能在短时间内完成畸形交叉口的改善，方便居民出行[2-4].历来，国内学者们对畸形交叉口改善研究的案例并不常见.国内常规思路是借鉴规则交叉口处理方法来进行交通组织设计，缺乏全面系统的渠化设计方法[5-6].在交通组织设计方面，Zhang讨论了如何优化城市道路交叉口的交通，保障行人的出行安全[7].国外对交通信号灯控制也有相应研究，Mondragón对交通信号灯进行进行编程，确立了复杂车辆流动系统的运行条件[8].Chandra使用交通管理措施来减少拥堵和污染[9].

国内学者研究较多的是常规交叉口(十字交叉口、T型交叉口、Y型交叉口、环形交叉口等)[10-13]，对畸形交叉口渠化方法的研究不够深入.因此本文以福安市G104-世纪大道交叉口为例，在考虑了城市地标保护的前提下，重点解决畸形交叉口特殊几何线形与主要交通流冲突点之间的矛盾，提出了“位移进出口”的畸形交叉口渠化改善方法，并运用VISSIM仿真软件对其进行评价.

1 交叉口现状分析

G104-世纪大道交叉口是进出福安市中心城区的一个重要节点.该路口为信号控制交叉口，南北方向由G104贯穿城区且南接福安桥；西北方向为湖滨南路，与G104呈45°斜交，单向通行，只进不出；东北方向为世纪大道，由于城市地标建设及社会历史等因素，其进出口道由一个水滴形绿化岛隔离，致交叉口南北方向狭长；同时造成西进口直行流线和东进口左转流线不顺畅.交叉口现状渠化图，见图1.

1.1 交叉口现状调查

使用无人机拍摄视频和人工计数相结合的方法，调查该畸形交叉口道路几何条件及交通流量等数据，统计G104-世纪大道交叉口早高峰时段(7：30～8：30)和晚高峰时段(17：30～18：30)的交通量.根据实际调查的数据，将实际的各种机动车和非机动车交通量按照一定的折算系数换算成当量交通量(pcu)，折算系数，见表1[14].

图1 交叉口现状渠化图

车辆类型小客车中客车大客车摩托车电动自行车自行车换算系数11.22.00.40.30.2

通过车辆换算系数，得出G104-世纪大道交叉口各进口道高峰时段当量交通量.该交叉口早/晚高峰小时流量，见表2、3.该交叉口流量流向图，见图2.

表2 G104-世纪大道交叉口早高峰小时流量(pcu/h)

表3 G104-世纪大道交叉口晚高峰小时流量(pcu/h)

图2 早/晚高峰小时流量流向图

从表2、3可以发现该交叉口早/晚高峰不存在潮汐现象，西进口直行交通量明显大于其他方向的交通量.现场调查发现，西进口道直行流线不通畅，导致车辆在交叉口范围内出现多次停车现象，从而增加交叉口的延误.因此，根据该畸形交叉口的特殊几何线形，交通流特性等，旨在减少交叉口延误，保证行车安全，采用先进的交叉口渠化设计改善方法，最大程度地提高交叉口通行能力.

1.2 现状问题分析

结合交通现状实地调查结果，该交叉口主要存在以下问题：

1)G104-世纪大道交叉口进出道口对位关系差，湖滨南路进口与世纪大道出口斜交，容易引起驾驶员流向上的误解.

2)交叉口渠化分流需借助隔离护栏，渠化不合理，畸形交叉口面积较大，加剧车流之间的冲突.

3)交叉口信号控制设备老旧且不符合国家标准规范，且缺少行人过街信号灯.

4)水滴形绿化带导致驾驶员视线受限制，增加了车辆通过交叉口的穿越时间.

2 方案设计

2.1 交叉口渠化设计

2.1.1 “前移停止线”设计

“前移停止线”设计思想就是将交叉口停止线适当前移，减小交叉口面积，让更多的车辆在有限的时间内通过交叉口，提高车辆通行效率.交叉口渠化设计的目的就是规范车辆行驶，减少车辆冲突，降低不同车流间的相互干扰，解决交叉口的复杂问题[15].方案1渠化图见图3.具体方案措施如下：

1)缩小冲突区域，保证交叉角度.将南/北/东进口道停止线提前，缩小交叉口面积，使进出口道对位关系协调，减少车辆通过交叉口的延误.

2)重新划分车道，设置非机动车道，分离机动车和非机动车，降低车流间的干扰.

3)在北进口道和西进口道交叉处设置导流岛，用于行人过街，保障行人安全；设置导流线，用于引导车流有序通过交叉口.

4)合理设置人行横道，引导行人有序通过交叉口，增加行人过街安全性.

图3 方案1渠化图

2.1.2 “位移进出口”设计

“位移进出口”设计思想是通过将左转车道渠化转移设置，重新组合道路断面，减少信号相位，进一步提高交叉口通行能力[16].方案2渠化图见图4.具体方案措施如下：

1)将世纪大道进行左转车道移位设置，优化了车辆转弯半径，减少在交叉口内的冲突点.

2)在G104和世纪大道上设置非机动车专用车道，重新划分车道功能，使机动车和非机动车各行其道.

3)适当提前交叉口G104南进口道停止线，缩小交叉口面积，减少交通流通过交叉口的延误.

4)在G104南进口路段上设置黄网线禁止停车，避免因排队造成与世纪大道左转车辆冲突.

图4 方案2渠化图

2.2 信号配时优化

Synchro软件是一套完整的城市道路信号配时分析和优化仿真软件，适用于各种类型交叉口，可以方便地模拟实际的路网、道路以及交叉口各项条件和数据，能有效仿真道路通行能力和信号配时优化设计，辅助制定信号控制方案[17-18].软件通过周期时长、绿信比等参数实现单点信号控制配时方案优化设计(式(1)、式(2))[19].

周期的计算方法为：

(1)

其中：C为周期；L为总损失时间；CS为关键总交通量/(veh/h-1)；RS为参考总流率(辆/h-1).

选取最佳周期的方法为：

Y=min(Yi),C=CY

(2)

其中：Yi为交通效益评价指标；Y为最佳周期时的目标评价指标；CY为选取的目标评价指标值对应的周期长；C为系统的最优化周期长(s).

通过Synchro对现有的交通信号配时进行优化，得出优化后结果，其中黄灯时长均为3 s.交叉口配时现状，见图5(A)，优化后方案1配时，见图5(B)，方案2配时，见图5(C).

图5 信号配时图

3 仿真结果与评价

3.1 仿真介绍

在众多交通仿真建模软件中，Vissim是城市微观交通评价的有效工具，是一种基于驾驶行为和时间间隔的微观仿真建模软件[20].通过应用Vissim建模，生成可视化的交通运行状况输出延误、平均停车次数、平均排队长度等数据来对交通运行状况进行评价，是一种比较客观且较符合实际的方法.

3.2 仿真模型

本文运用Vissim仿真软件标定相关参数后，分别对G104-世纪大道交叉口现状和改造后的两个方案进行仿真，具体仿真示意图见图6.

3.3 仿真评价

通过Vissim交通微观仿真对该交叉口改造前后的延误、饱和度以及平均停车次数进行对比，改造前后各指标对比，见表4.其中：方案1，该交叉口的平均延误时间由51.8 s减少为37.9 s，饱和度由0.86降低为0.72，平均停车次数由39减少为31；方案2，该交叉口的平均延误时间由51.8 s减少为27.7 s，饱和度由0.86降低为0.62，平均停车次数由39减少为24.结果表明：方案1效果优于现状，方案2效果优于方案1.

图6 仿真示意图

交叉口评价参数现状方案1方案2延误/s51.837.927.7饱和度0.860.720.62平均停车次数393124

4 结 论

本文以福安市G104-世纪大道畸形交叉口为研究对象，提出两种渠化方案，并且运用Vissim仿真进行评价，得出如下结论：

1)方案1采用“前移停止线”设计后，交叉口延误降低26.8%，饱和度降低16.3%，平均停车次数降低20.5%；方案2采用“位移进出口”设计后，交叉口延误降低46.5%，饱和度降低27.9%，平均停车次数降低38.5%.

2)通过Vissim交通仿真，分析延误、饱和度及平均停车次数可知两种方案均比现状有一定程度的改善，但采用“位移进出口”设计效果更显著，极大地改善了交叉口交通运行情况，这将有利于更好地对畸形交叉口渠化设计开展研究和实践.