陳志芳+馬曉旦+趙亞?wèn)|

摘 要：交叉口是城市交通運(yùn)行是否暢通的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，而左轉(zhuǎn)車(chē)流是交叉口引起沖突最多的一個(gè)流向，因此左轉(zhuǎn)車(chē)流交通組織方式顯得尤為重要?，F(xiàn)階段的左轉(zhuǎn)組織方式已不能滿(mǎn)足日益增多的交通需求，因此非傳統(tǒng)交叉口應(yīng)運(yùn)而生，上游交叉口是其中一個(gè)典型的代表。文章針對(duì)上游交叉口從交叉口的模式、空間設(shè)計(jì)、信號(hào)控制設(shè)計(jì)三個(gè)方面來(lái)進(jìn)行研究，并用VISSIM仿真將其與傳統(tǒng)交叉口進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果證明：在左轉(zhuǎn)交通比例較大的時(shí)候，上游交叉口的車(chē)均延誤和排隊(duì)長(zhǎng)度均低于傳統(tǒng)交叉口，顯示出一定的優(yōu)越性。

關(guān)鍵詞：上游交叉口；空間設(shè)計(jì)；信號(hào)控制設(shè)計(jì)；延誤；排隊(duì)長(zhǎng)度

中圖分類(lèi)號(hào)：F570 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： Intersection is a key point to the traffic jams， and left-turns cause the most conflicts， therefore left-turns organization is becoming more and more important. Nowadays organization methods of left-turns cannot meet the increasing traffic demands， thus unconventional intersections are designed， upstream signalized crossover intersection is one of the typical designs s of the unconventional intersections. We study the upstream signalized crossover intersection about three aspects， including pattern， space design， signal control design. It is analyzed by VISSIM， compared with the traditional intersections. The results show that the delay and queue length of upstream signalized crossover intersections are lower than traditional intersections when the percentage of left-turns is high， and upstream signalized crossover intersections are superior to the traditional intersections.

Key words： upstream signalized crossover intersection； space design； signal control design； delay； queue length

0 引 言

交叉口是城市交通能否暢通的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，而左轉(zhuǎn)車(chē)流不僅是交叉口引起沖突的主要車(chē)流，也影響著直行方向主要車(chē)流的通行，所以左轉(zhuǎn)車(chē)流的交通組織設(shè)計(jì)顯得非常重要?，F(xiàn)有的左轉(zhuǎn)交通組織設(shè)計(jì)主要包括左轉(zhuǎn)專(zhuān)用車(chē)道和左轉(zhuǎn)專(zhuān)用相位，分別在空間與時(shí)間上來(lái)減少左轉(zhuǎn)車(chē)流引起的沖突。這些方法在交叉口流量非飽和情況下能取得較好效果，而在飽和情況下時(shí)，這些方法已難以達(dá)到預(yù)期效果。因此，一些高效的非常規(guī)平面交叉口組織方式的運(yùn)用顯得十分必要。

針對(duì)日益增長(zhǎng)的交通量需求，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)對(duì)非常規(guī)交叉口左轉(zhuǎn)交通組織的革新有了一定的研究，其中比較常見(jiàn)的設(shè)計(jì)方案有：環(huán)島、U形遠(yuǎn)引左轉(zhuǎn)，壺柄形、象限形（Quadrant Roadway Intersection，QRI），連續(xù)流交叉口（Continuous Flow Intersection，CFI）、并行流交叉口（Parallel Flow Intersection，PFI）和上游信號(hào)交叉口（Upstream Signalized Crossover Intersection，USC）。本文以上游交叉口為研究對(duì)象。

M. E. Esawey等針對(duì)上游信號(hào)交叉口，利用VISSIM仿真分析其在早高峰、午高峰及晚高峰三個(gè)高峰時(shí)段的車(chē)均延誤，并將之與傳統(tǒng)平面交叉口進(jìn)行對(duì)比，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：上游信號(hào)交叉口在高峰段內(nèi)能明顯降低交叉口的車(chē)均延誤。

M. elEsawey等利用VISSIM對(duì)連續(xù)流交叉口、上游信號(hào)交叉口和傳統(tǒng)交叉口在不同流量場(chǎng)景下的運(yùn)行性能進(jìn)行了對(duì)比分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)流量較低，中等和偏高時(shí)兩種非傳統(tǒng)交叉口能產(chǎn)生相似的控制效果。

1 上游交叉口模型

上游交叉口是在路口上游通過(guò)信號(hào)控制將駛?cè)肼房诘闹毙泻妥筠D(zhuǎn)車(chē)流一起轉(zhuǎn)移到對(duì)向直行車(chē)流的出口道最左側(cè)，而右轉(zhuǎn)車(chē)流有獨(dú)立的專(zhuān)用車(chē)道。以西進(jìn)出口道為例，各流向車(chē)流交通組織如圖1所示。與傳統(tǒng)交叉口相比，上游交叉口的目的是將左轉(zhuǎn)、直行車(chē)流與對(duì)向直行車(chē)流引起的沖突點(diǎn)提前到路段上，從時(shí)間上提前分離沖突流向，減少主交叉口的沖突點(diǎn)數(shù)，提高交叉口安全。此時(shí)主交叉口左轉(zhuǎn)車(chē)流與對(duì)向直行車(chē)流不存在沖突，其信號(hào)相位可從傳統(tǒng)的四相位減少為兩相位，即東西向先放行然后南北向放行，如此減小了損失時(shí)間，降低了車(chē)均延誤，提高了交叉口的通行能力。

2 上游交叉口設(shè)計(jì)

2.1 空間設(shè)計(jì)

2.1.1 二級(jí)交叉口設(shè)計(jì)

在距離主交叉口L的上下游設(shè)置二級(jí)交叉口，在路段上提前從時(shí)間上分離左轉(zhuǎn)車(chē)流和對(duì)向直行車(chē)流的沖突。其中L的取值大小關(guān)系到上游交叉口的整體運(yùn)行性能，若L過(guò)小則易造成排隊(duì)溢出，若L過(guò)大則線(xiàn)控效果較差。因此，L取值由路段平均速度及周期最大排隊(duì)長(zhǎng)度綜合計(jì)算得到。

左轉(zhuǎn)車(chē)道在二級(jí)路口時(shí)要進(jìn)行拓寬設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)主要包括三個(gè)方面：拓寬方式、寬度、長(zhǎng)度設(shè)計(jì)，具體設(shè)計(jì)要求如下：（1）拓寬方式設(shè)計(jì)。本文在二級(jí)路口處拓寬交叉口左轉(zhuǎn)進(jìn)口道，同時(shí)設(shè)有專(zhuān)用左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)車(chē)道。（2）拓寬寬度設(shè)計(jì)。拓寬寬度需由交通需求和一個(gè)周期內(nèi)最大排隊(duì)長(zhǎng)度綜合確定，為進(jìn)口車(chē)道寬度的整數(shù)倍。（3）拓寬長(zhǎng)度設(shè)計(jì)。車(chē)道拓寬總長(zhǎng)由展寬段l和展寬漸變段l組成，l由一個(gè)周期內(nèi)進(jìn)口道最大停車(chē)排隊(duì)長(zhǎng)度計(jì)算，l由設(shè)計(jì)車(chē)速和橫向偏移量綜合計(jì)算。

2.1.2 主交叉口設(shè)計(jì)

主交叉口設(shè)計(jì)主要考慮的是交叉口與路段供需的不平衡，當(dāng)交叉口通行能力低于路段時(shí)易造成瓶頸。其中主要設(shè)計(jì)內(nèi)容有：進(jìn)出口車(chē)道數(shù)設(shè)計(jì)、車(chē)道寬度設(shè)計(jì)、車(chē)道功能劃分、車(chē)道拓寬設(shè)計(jì)等，具體設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)以下文的案例為參考。

2.2 信號(hào)控制設(shè)計(jì)

信號(hào)控制用于在時(shí)間上分離沖突車(chē)流，減少延誤，提高通行能力，因此信號(hào)控制設(shè)計(jì)顯得尤為重要。交通信號(hào)控制設(shè)計(jì)內(nèi)容有：信號(hào)燈類(lèi)型、數(shù)量、方法、信號(hào)相位相序等，本文信號(hào)控制設(shè)計(jì)主要從如下三個(gè)方面考慮：信號(hào)燈的配置設(shè)計(jì)、信號(hào)相位方案設(shè)計(jì)及協(xié)調(diào)信號(hào)控制設(shè)計(jì)。

2.2.1 信號(hào)燈的配置設(shè)計(jì)

如圖2所示，交叉口共設(shè)有5組信號(hào)燈，其中主交叉口和二級(jí)路口各設(shè)有1組信號(hào)燈。主交叉口處的信號(hào)燈用于在時(shí)間上分離東西向車(chē)流和南北向車(chē)流的沖突。二級(jí)交叉口處的信號(hào)燈，用在時(shí)間上分離左轉(zhuǎn)、直行車(chē)流和對(duì)向直行車(chē)流的沖突。

2.2.2 信號(hào)相位方案設(shè)計(jì)

二級(jí)交叉口旨在將左轉(zhuǎn)、直行和對(duì)向直行車(chē)流的沖突點(diǎn)提前到路段，因此主交叉口的信號(hào)燈相位可由四相位控制減少為兩相位控制，二級(jí)路口的信號(hào)燈相位也設(shè)為兩相位信號(hào)控制。上游交叉口的信號(hào)相位方案設(shè)計(jì)如圖3所示。

2.2.3 協(xié)調(diào)信號(hào)控制設(shè)計(jì)

雙向協(xié)調(diào)控制包括同步式協(xié)調(diào)控制、交互式協(xié)調(diào)控制和續(xù)進(jìn)式協(xié)調(diào)控制，本文交叉口采用簡(jiǎn)單的續(xù)進(jìn)式協(xié)調(diào)控制，即上游交叉口系統(tǒng)采用同一個(gè)周期時(shí)長(zhǎng)，一樣的兩個(gè)信號(hào)相位。其中主交叉口與二級(jí)交叉口的相位時(shí)差由兩者間的距離與設(shè)計(jì)車(chē)速確定，該相位差要使得車(chē)輛以設(shè)計(jì)車(chē)速行駛時(shí)，能夠不停車(chē)等待連續(xù)通過(guò)2個(gè)交叉口。

3 案例分析

3.1 仿真設(shè)計(jì)

如圖4所示，左圖為本文設(shè)計(jì)的上游交叉口，右圖為城市傳統(tǒng)平面交叉口，以這兩個(gè)交叉口為研究對(duì)象，利用VISSIM仿真進(jìn)行對(duì)比分析。兩種交叉口進(jìn)口道均設(shè)有2條左轉(zhuǎn)專(zhuān)用車(chē)道，2條直行車(chē)道和1條右轉(zhuǎn)專(zhuān)用車(chē)道。傳統(tǒng)交叉口采用標(biāo)準(zhǔn)四相位控制，上游交叉口采取兩相位控制，其中右轉(zhuǎn)渠化均不受信號(hào)燈控制。

為考察兩種交叉口在不同交通狀況下的差異，仿真實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景設(shè)計(jì)如下：（1）假定各進(jìn)口道的交通需求相同，進(jìn)口道流量分別取400veh/h、600veh/h、1 000veh/h、1 500veh/h、2 000veh/h，分別代表自由、順暢、繁忙、擁堵、過(guò)飽和5種交通狀況。（2）仿真時(shí)長(zhǎng)設(shè)為3 600s，且左∶直∶右車(chē)流轉(zhuǎn)向比例固定不變，分別為0.3∶0.6∶0.1。（3）實(shí)驗(yàn)不考慮慢行交通對(duì)交叉口的影響。

3.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)

評(píng)價(jià)交叉口運(yùn)行性能的指標(biāo)有很多，如延誤、行程時(shí)間、排隊(duì)長(zhǎng)度、通行能力等。本文選取信控路段車(chē)均延誤（包括直行、左轉(zhuǎn)），排隊(duì)長(zhǎng)度（包括直行、左轉(zhuǎn)）為交通效益評(píng)價(jià)指標(biāo)，綜合反映車(chē)輛在仿真環(huán)境下路口的運(yùn)行狀況。

3.3 結(jié)果分析

（1）如圖5所示，當(dāng)單個(gè)進(jìn)口道交通量大于800veh/h 時(shí)，上游交叉口總延誤低于常規(guī)交叉口，且隨著交通量的上升，這種優(yōu)勢(shì)依然保持。

（2）如圖6所示，當(dāng)左轉(zhuǎn)交通量較低（單個(gè)進(jìn)口道左轉(zhuǎn)交通量<200veh/h）時(shí)，常規(guī)交叉口的延誤要比USC 型交叉口小，但是隨著左轉(zhuǎn)交通量的上升，USC型交叉口的延誤明顯比常規(guī)交叉口少。

（3）如圖7所示，USC型交叉口在上游路段增加了二級(jí)交叉口，增加了直行車(chē)輛的行駛距離和停車(chē)次數(shù)，可能會(huì)增加其延誤。但VISSIM模擬結(jié)果顯示，當(dāng)單個(gè)進(jìn)口道直行交通量大于580veh/h 時(shí)，直行延誤比常規(guī)交叉口小，且隨著直行交通量的增長(zhǎng)，兩者之間延誤差異更為明顯。

（4）如圖8所示，上游交叉口排隊(duì)長(zhǎng)度（包括直行、左轉(zhuǎn)）均小于傳統(tǒng)平面交叉口，且隨著流量增加，控制效果優(yōu)勢(shì)越明顯。

4 優(yōu)缺點(diǎn)分析

4.1 優(yōu) 點(diǎn)

通過(guò)對(duì)USC型交叉口運(yùn)行原理及仿真模擬的研究，該非常規(guī)交叉口相比于常規(guī)交叉口有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）減少主路口的沖突，提高交叉口整體運(yùn)行的安全性；（2）交叉口信號(hào)配時(shí)由傳統(tǒng)四相位減為兩相位，降低了延誤，提高了通行能力，適合于左轉(zhuǎn)直行流量均較大的路口。

4.2 缺 點(diǎn)

USC型交叉口還處于不斷完善的階段，存在著一些不足：（1）由于上游交叉口車(chē)流組織的特殊性，難免會(huì)讓駕駛員產(chǎn)生困擾。所以需在二級(jí)路口設(shè)置標(biāo)志和車(chē)道導(dǎo)向箭頭加強(qiáng)對(duì)車(chē)輛運(yùn)行的引導(dǎo)，減少駕駛員的誤操作；（2）由于要設(shè)置獨(dú)立的右轉(zhuǎn)專(zhuān)業(yè)車(chē)道，并設(shè)置二級(jí)交叉口，占地較大，造價(jià)較高，不適用于用地強(qiáng)度較高的城市中心地區(qū)。

5 結(jié)束語(yǔ)

目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)上游交叉口的研究已經(jīng)取得了一些成果，但大多是基于仿真得到的機(jī)動(dòng)車(chē)性能優(yōu)化結(jié)果，缺乏相應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)模型和實(shí)際應(yīng)用，仍然存在許多不足，但其應(yīng)用前景廣闊。筆者在研讀了國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，簡(jiǎn)要地概括了USC型交叉口尚待進(jìn)一步研究的問(wèn)題，以期相關(guān)研究人員能從中得到啟發(fā)，從而更好地展開(kāi)對(duì)USC型交叉口的研究工作。

（1）USC型交叉口的交通組織方式與常規(guī)交叉口有很大的不同，為了該交叉口的運(yùn)行順暢，有必要進(jìn)行標(biāo)志標(biāo)線(xiàn)設(shè)置和信號(hào)配時(shí)的研究。

（2）本文對(duì)USC型交叉口的模擬進(jìn)行了一些理想化的假定，如不考慮行人過(guò)街對(duì)交叉口的影響、各進(jìn)口道交通量相同、左右轉(zhuǎn)固定比例不變。今后的研究需進(jìn)一步對(duì)真實(shí)的交叉口運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行模擬研究。

（3）如何結(jié)合我國(guó)混行交通量大的特殊國(guó)情，將上游交叉口進(jìn)行本土化改造。

（4）本文只對(duì)USC型交叉口和常規(guī)交叉口進(jìn)行了比較，有必要將其與其他類(lèi)型的非常規(guī)交叉口，如連續(xù)流交叉口、并行流交叉口等進(jìn)行比較，分析各自的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍。

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