馬曉旦　任恒愷　夏曉梅

摘要：為緩解城市道路信號(hào)交叉口的交通擁堵問(wèn)題，分析研究城市道路信號(hào)交叉口綜合待行區(qū)的設(shè)置方法與交通控制方式。對(duì)綜合待行區(qū)的基本概念、設(shè)置與控制方法、通行能力計(jì)算與運(yùn)行效率評(píng)價(jià)等方面進(jìn)行較為全面地闡述，并且以綜合待行區(qū)的一般形式作為研究對(duì)象進(jìn)行軟件仿真實(shí)驗(yàn)，為進(jìn)一步研究與其推廣應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。結(jié)果顯示，對(duì)于本文所研究的綜合待行區(qū)一般形式，綜合待行區(qū)的設(shè)置可以使綜合車(chē)均延誤縮短約一半，行車(chē)效率得到大幅度的提升。因此，在條件具備的交叉口進(jìn)口道處合理地設(shè)置綜合待行區(qū)的控制策略，能夠充分利用道路時(shí)空資源、減小車(chē)輛通過(guò)交叉口的延誤、提升交叉口通行能力，對(duì)于緩解城市交通擁堵具有十分重要的推廣意義。

關(guān)鍵詞：交通工程；交通控制；綜合待行區(qū)；信號(hào)交叉口；通行能力

中圖分類(lèi)號(hào)：S 773.6；U 491.5+1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1001-005X（2015）01-0118-05

Study on the Setting of Integrated

Waiting Area at Signalized Intersection

Ma Xiaodan，Ren Hengkai，Xia Xiaomei

（Business School，University of Shanghai for Science and Technology，Shanghai 200093）

Abstract：To alleviate the traffic congestion problem at signalized intersections，the setup method and traffic control theory of integrated waiting area are analyzed.The basic concept，setting and controlling method，capacity calculation and operation efficiency evaluation of integrated waiting area are expounded，then general format of integrated waiting area is simulated，which provides the theoretical foundation for further research and its application.Software simulation results which are based on the general format of integrated waiting area demonstrate that the setting of integrated waiting area can halve the comprehensive average delay and greatly improve the traffic efficiency.Consequently，the setting of integrated waiting area at appropriate intersections can make full use of road spacetime resources，improve the traffic capacity of intersection and reduce the traffic delay，which is of great significance to alleviating urban traffic congestion.

Keywords： transportation engineering；traffic control；integrated waiting area；signalized intersection；traffic capacity

收稿日期：2014-08-06

第一作者簡(jiǎn)介：馬曉旦，碩士，副教授。研究方向：交通規(guī)劃，交通控制。Email：Usst_mxd@163.com

引文格式：馬曉旦，任恒愷，夏曉梅.信號(hào)交叉口綜合待行區(qū)的設(shè)置研究[J].森林工程，2015，31（1）：118-122.隨著小汽車(chē)保有量的日益增長(zhǎng)，越來(lái)越多的城市道路出現(xiàn)了供不應(yīng)求的嚴(yán)峻局面，特別是在一些路網(wǎng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)上，擁堵不堪的場(chǎng)面幾乎天天都在上演。近年來(lái)，交叉口左轉(zhuǎn)待行區(qū)[1-4]、直行待行區(qū)[5-6]以及路段可變車(chē)道[7-8]、潮汐車(chē)道[9-10]等交通控制措施不斷涌現(xiàn)，而綜合待行區(qū)[11-12]這種全新的交通控制方法也應(yīng)運(yùn)而生。

相對(duì)其它交通控制措施而言，綜合待行區(qū)還是一個(gè)比較新的概念，在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用尚處于起步階段。2010年，上海市閘北交警在天目路設(shè)立了全國(guó)首個(gè)綜合待行區(qū)，高峰時(shí)期有交警在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行人工控制；2011年，上海市共和新路臨汾路交叉口南進(jìn)口設(shè)立了由可變信號(hào)燈組自動(dòng)控制的綜合待行區(qū)；2013年在陜西省咸陽(yáng)市的體育場(chǎng)十字與七廠(chǎng)十字兩處交叉口的所有進(jìn)口道均采用了綜合待行區(qū)，并由信號(hào)燈自主控制；同年，廣東深圳南山區(qū)的多個(gè)交叉口開(kāi)始試點(diǎn)排陣式交通控制技術(shù)，其本質(zhì)與綜合待行區(qū)一致，并且正在繼續(xù)地大力推廣之中。

圖1中，（a）為上海市天目路海寧路交叉口西進(jìn)口設(shè)置的綜合待行區(qū)；（b）為陜西咸陽(yáng)體育場(chǎng)十字設(shè)置的綜合待行區(qū)；（c）為上海市共和新路臨汾路交叉口南進(jìn)口設(shè)置的綜合待行區(qū)；（d）為上海市共和新路臨汾路綜合待行區(qū)示意圖。

圖1綜合待行區(qū)設(shè)置實(shí)例

Fig.1 Setting instances of integrated waiting area

因此，本文主要對(duì)綜合待行區(qū)的基本概念、設(shè)置與控制方法等進(jìn)行系統(tǒng)地研究，為其進(jìn)一步的推廣應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

C=3600τ1hd×n×α+tg-ts-tf-t0ht×m×β。（1）

式中：T為信號(hào)周期（s），l為綜合待行區(qū)長(zhǎng)度，m；hd為綜合待行區(qū)內(nèi)排隊(duì)車(chē)輛車(chē)頭間距，m/輛；n為綜合待行區(qū)車(chē)道數(shù)；α為綜合待行區(qū)內(nèi)可容納車(chē)輛數(shù)的折減系數(shù)；tg為每周期主信號(hào)綠燈時(shí)間，s；ts為主信號(hào)綠燈啟亮后預(yù)停車(chē)線(xiàn)內(nèi)車(chē)輛因等待待行區(qū)內(nèi)車(chē)輛先行通行而發(fā)生的綠燈損失時(shí)間，s；tf為待行區(qū)清空時(shí)間，s；t0為預(yù)停車(chē)線(xiàn)頭車(chē)起動(dòng)并通過(guò)預(yù)停車(chē)線(xiàn)的時(shí)間，s；ht為車(chē)輛通過(guò)預(yù)停車(chē)線(xiàn)的車(chē)頭時(shí)距，s/輛；m為預(yù)停車(chē)線(xiàn)處該流向車(chē)道數(shù)，β為通行能力折減系數(shù)。

根據(jù)交通流波動(dòng)理論，主停車(chē)線(xiàn)后的第一輛車(chē)啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的發(fā)車(chē)波以機(jī)動(dòng)車(chē)暢行速度Vf向后續(xù)排隊(duì)車(chē)隊(duì)傳播，經(jīng)過(guò)式（1）中的ts傳至預(yù)停車(chē)線(xiàn)后第一輛車(chē)，此時(shí)該車(chē)啟動(dòng)。因此，綠燈損失時(shí)間ts=lvf。

2.6運(yùn)行效率評(píng)價(jià)

設(shè)置綜合待行區(qū)的交叉口運(yùn)行效率評(píng)價(jià)可以參照一般交叉口的評(píng)價(jià)指標(biāo)和方法，評(píng)價(jià)指標(biāo)主要有流量、通行能力、飽和度、排隊(duì)長(zhǎng)度、停車(chē)次數(shù)、延誤、服務(wù)水平等。將有、無(wú)設(shè)置綜合待行區(qū)的兩種情況下的各相關(guān)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析，即可獲知綜合待行區(qū)是否行之有效以及其運(yùn)行效率變化的程度。

2.7配套設(shè)施

除了交叉口原有的主信號(hào)燈等交通控制與管理設(shè)施外，綜合待行區(qū)的配套設(shè)施還包括預(yù)信號(hào)控制燈組、相關(guān)道路標(biāo)志和標(biāo)線(xiàn)等。例如，待行區(qū)內(nèi)車(chē)道可采用白色鋸齒型標(biāo)線(xiàn)，內(nèi)部可標(biāo)注“綜合待行區(qū)”文字提醒；待行區(qū)內(nèi)合理位置設(shè)置龍門(mén)架分車(chē)道可變信號(hào)燈組對(duì)預(yù)停車(chē)線(xiàn)處車(chē)流進(jìn)行控制；待行區(qū)上游布設(shè)多級(jí)指示標(biāo)志，提醒駕駛員前方路口設(shè)置有綜合待行區(qū)。綜合待行區(qū)的配套設(shè)施應(yīng)因地制宜，在起到對(duì)綜合待行區(qū)車(chē)流進(jìn)行有效控制的同時(shí)，確保相關(guān)路段與交叉口的運(yùn)行安全與順暢。

3軟件仿真與效果評(píng)價(jià)

通過(guò)信號(hào)交叉口的交通流具有時(shí)變性與隨機(jī)性，通常難以運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ突驍?shù)學(xué)模型進(jìn)行準(zhǔn)確描述，本文采用交通仿真軟件VISSIM對(duì)前文所述一般形式的綜合待行區(qū)進(jìn)行研究，利用計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)再現(xiàn)復(fù)雜交通條件下的車(chē)流運(yùn)行特征，從而進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。

首先在仿真軟件中建立有、無(wú)綜合待行區(qū)的路段與交叉口模型，然后引入相應(yīng)的信號(hào)控制參數(shù)，對(duì)綜合待行區(qū)實(shí)施前后分別進(jìn)行微觀(guān)仿真模擬，并根據(jù)仿真運(yùn)行的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)實(shí)施效果進(jìn)行量化評(píng)價(jià)。

主、預(yù)信號(hào)配時(shí)方案見(jiàn)表1和表2。根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭械拇袇^(qū)長(zhǎng)度及車(chē)均速度等因素，考慮取待行區(qū)清空時(shí)間tf=6 s。

表1主信號(hào)配時(shí)方案s

Tab.1 Timing plan of main signalss

相序相位綠燈黃燈周期1南北向直行9332東西向直行3033南北向左轉(zhuǎn)4834東西向左轉(zhuǎn)183201

表2預(yù)信號(hào)配時(shí)方案（南進(jìn)口）s

Tab.2 Timing plan of presignals（south approach）s

相序相位綠燈黃燈周期1直行10832左轉(zhuǎn)753201

直行與左轉(zhuǎn)車(chē)道高峰小時(shí)流量分別取1 600pcu/h和750pcu/h。有、無(wú)待行區(qū)的車(chē)均延誤對(duì)比如圖5～圖7所示。其中，圖6的綜合延誤指標(biāo)d=d車(chē)q車(chē)+d車(chē)q車(chē)q車(chē)+q車(chē)，q為流量。

圖5直行方向車(chē)均延誤對(duì)比

Fig.5 Average delay comparison of the straight vehicles

圖6左轉(zhuǎn)方向車(chē)均延誤對(duì)比

Fig.6 Comparison of average delay for the leftturning vehicles

圖7直行、左轉(zhuǎn)方向綜合車(chē)均延誤對(duì)比

Fig.7 Comparison of comprehensive average

delay for the straight and leftturning vehicles

可以看出，有綜合待行區(qū)的車(chē)均延誤均低于無(wú)綜合待行區(qū)，而左轉(zhuǎn)方向車(chē)均延誤的降低程度要大于直行方向。由于軟件仿真具有一定的隨機(jī)性，因此需對(duì)隨機(jī)種子賦予不同的值進(jìn)行多次仿真實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，對(duì)于本實(shí)驗(yàn)所研究的綜合待行區(qū)一般形式，有綜合待行區(qū)的綜合車(chē)均延誤相比無(wú)綜合待行區(qū)縮短了約50%左右，行車(chē)效率得到了大幅度的提升。

仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，綜合待行區(qū)的設(shè)置不僅是簡(jiǎn)單意義上車(chē)輛停車(chē)線(xiàn)的前移，而是較大限度地利用了交叉口進(jìn)口道路的時(shí)空資源，使得更多的車(chē)輛提前聚集到交叉口前，在有限的時(shí)間內(nèi)極大地增加了相應(yīng)方向通過(guò)交叉口的機(jī)動(dòng)車(chē)流量。因此，在條件具備的交叉口進(jìn)口道處合理地設(shè)置綜合待行區(qū)的控制策略，能夠有效提升路段及交叉口的運(yùn)行效率，對(duì)改善當(dāng)前的交通狀況大有裨益。

4結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)綜合待行區(qū)的概念、應(yīng)用現(xiàn)狀、一般形式、待行區(qū)長(zhǎng)度、設(shè)置條件、運(yùn)行過(guò)程、信號(hào)控制方法、通行能力計(jì)算、運(yùn)行效率評(píng)價(jià)、配套設(shè)施等進(jìn)行了較為全面的闡述，并以一般形式為例進(jìn)行了軟件仿真研究。結(jié)果顯示，設(shè)置綜合待行區(qū)能夠充分利用道路時(shí)空資源、減小車(chē)輛延誤、提升交叉口通行能力，對(duì)于緩解城市交通擁堵這一老大難問(wèn)題，具有重要的推廣意義。

在設(shè)置綜合待行區(qū)前必須對(duì)相應(yīng)交叉口及路段的交通設(shè)施與運(yùn)行情況做充分調(diào)查，研究實(shí)施綜合待行區(qū)的可行性，同時(shí)應(yīng)做好相關(guān)宣傳工作，提高駕駛員的知曉度，保障綜合待行區(qū)的實(shí)施效果與運(yùn)行安全。除了本文研究的一般形式外，需要針對(duì)不同道路交通條件的交叉口，靈活設(shè)置綜合待行區(qū)，并采用適當(dāng)?shù)男盘?hào)配時(shí)方案進(jìn)行控制。例如，可在綜合待行區(qū)內(nèi)設(shè)置左轉(zhuǎn)或掉頭的專(zhuān)用相位；又如，對(duì)于多路交叉的大型路口，可以更具針對(duì)性地設(shè)置綜合待行區(qū)控制方案。

綜合待行區(qū)運(yùn)行效率的高低，取決于待行區(qū)長(zhǎng)度、道路幾何構(gòu)造、交通流量、信號(hào)控制等多種因素，綜合研究這些因素之間的關(guān)聯(lián)，將是很有價(jià)值的后續(xù)研究方向。

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[責(zé)任編輯：李洋]