城市错位交叉口交通通行特性
第3卷 第1期2003年3月
交通运输工程学报
Journal of T raffic and T ranspo rtation Engineering
V o l 13 N o 11M ar . 2003
文章编号:167121637(2003) 0120062206
城市错位交叉口交通通行特性
陈 涛1, 魏 朗1, 陈荫三1, 高云峰1, 魏 军2
(1. 长安大学汽车学院, 陕西西安 710064; 2. 西安市公安局交通警察支队, 陕西西安 710082)
摘 要:错位交叉口是一种特殊的平面交叉口, 要最大限度地利用现有的资源, 实现城市错位交叉口交通信号的合理控制, 必须根据错位交叉口的地理位置、交通环境和交通流结构等进行综合治理。在以已运行7年的西安市南二环中段错位交叉口为例, 对城市主干道错位交叉口的交通量、平均通行车速和行车延误等通行特性进行了调查分析基础上, 针对城市错位交叉口存在的干道车辆延误大、停驶率高、交叉口通行能力低等问题, 从交通信号控制系统、交通管理、标志标线的设置等方面进行了初步研究。
关键词:错位交叉口; 通行特性; 控制; 管理; 对策
中图分类号:U 4911112; U 491154 文献标识码:A
Traff ic character istic i CH EN T ao , W E I CH Y Y un 2f eng , W E I J un
(1l of ile , U n iversity , X i ′an 710064, Ch ina ;
. t X i ′an T raffic Po lice , X i ′an 710082, Ch ina )
1
1
2
Abstract :T in tersecti on is a sp ecial typ e of in tersecti on . M ak ing fu ll u se of the ex isting resou rce and realizing the reasonab le signal con tro l of the offset in tersecti on cou ld be ach ieved th rough com p rehen sive m anagem en t in the ligh t of the geograp h ical situati on ,
the traffic
environm en t and the structu re of traffic flow . T ak ing the offset in tersecti on on Sou thern M iddle Secti on of X i’ancity Second C ircu lar Road , w h ich has been runn ing fo r 7years , fo r exam p le , these traffic characteristics of the offset in tersecti on , such as traffic vo lum e , average veh icle sp eed and op erati onal delay , are investigated and analyzed . A gain st such p rob lem s as severe delay , h igh p ark ing rate on arterial roads and low cap acity on the offset in tersecti on , the p reli m inary study is carried ou t acco rding to traffic signal con tro l system , traffic m anagem en t , configu rati on . of traffic sign and m ark ing . 3tab s , 10figs , 13refs
Key words :offset in tersecti on ; traffic characteristic ; con tro l ; m anagem en t ; coun term easu res
Author resu m e :CH EN T ao (19742) , m ale , a docto ral studen t of Chang ′an U n iversity , engaged in research of road traffic safety .
交通拥挤和阻塞已成为城市尤其是大城市普遍存在的社会问题, 道路交通需求与城市发展间的矛盾日益突出。先进的交通控制和管理系统, 是解决现代城市交通问题的有效手段。城市道路交通网中的主干道是保证城市社会经济活动正常运转的主动
脉, 因此在城市道路规划与设计中, 对于次干路一般尽量与主干道相交, 并且允许车辆自由进入主干道, 以提高主干道路使用率和缓解城市交通。但由于地形和环境的制约以及交通规划的历史原因, 一些城市主干道上存在交叉口数量多, 间距过小的问题,
有
收稿日期:2002210212
基金项目:长安大学青年科技发展基金项目(030521001)
作者简介:陈 涛(19742) , 男, 陕西铜川人, 长安大学讲师, 博士生, 从事道路交通安全研究.
第1期 陈 涛, 等:城市错位交叉口交通通行特性 63 的还存在着形状不规则的错位交叉口。这些错位交叉口由于形状的不规则性, 给城市主干道的交通管理和控制带来了较为严重的问题。
相同的信号。该系统信号周期为93s , 其中绿灯信号时间为60s , 黄灯信号时间为3s , 红灯信号时间为30s 。人行绿灯信号时间为27s 。南二环路中段机动
1 城市错位交叉口的特点
城市错位交叉口是一种特殊的平面交叉口, 其
常见型式如图1所示。城市错位交叉口的特点是:一般位于城市主干道上, 由两个距离较小的T 形交
图1 错位交叉口形式叉口和主干道组成, 两T
F ig 11 T ypes of offset 形交叉口间距在100～
intersecti on
500m 之间[1], 干道交通
量大, 且双向交通量基本均衡。由于城市中的干道通常具有沉重的交通负荷, 若错位交叉口位于城市主
车车流密度大, 高峰时交叉口1和交叉口2间排队延伸常达近百米, 增加了机动车的行车延误。212 错位交叉口通行特性调查21211 交通量调查
根据2001年7月4日在路段2的观测数据, 得到机动车12h 的交通量(表1) 。分向小时交通量如图4所示。东向车辆早高峰时段为10:00—11:00, 晚高峰时段为18:00—19:00, 高峰小时交通量分别为2874veh h 和261l veh h ; 西向车辆早高峰时段为9:00—10:00, 晚高峰时段为18:00—19:00, 高峰小时交通量分别为2625veh h 和2469veh h 。
表1 错位交叉口交通量
Tab 11 Traff ic volu me of the set i n tersection
干道上,
则可能造成通过该区间车辆较大停车延误
。
若对城市主干道上的错位交叉口进行改造, 如修建立交, 则交叉口间距太短而使立交间的交织段长度不能满足车辆行驶的要求, 同时改造投资也较大, 故难以实施改造方案口[2]。的资源, 。
项目交通量 veh
东向
东向
12h
西向
—18:00—18:00—7:00—7:00—11:002874
10:002625
19:002611
19:002469
19:0029333
19:0025932
2211 基本情况
图2为西安市南二环中段的一处典型错位交叉
口。为便于分析, 将该路段简化, 如图3所示。交叉口1, 位于翠华路口, 靠近大学。交叉口2, 位于文艺
图4 机动车12h 交通量
F ig 14 T raffic vo lum e of mo to rs in 12hours
图2 西安市南二环中段错位交叉口
F ig 12 A n offset intersecti on in X i ′an
city
以5m in 为机动车调查时段, 计算东向早晚高
峰小时系数分别为01871和01892, 西向早晚高峰小时系数分别为01875和01813, 表明高峰小时内每5m in 到达的车辆较均匀, 该时段内交通状况是拥挤阻塞的。
行人小时交通量见图5、6。交叉口1高峰时间为10:00—11:00。交叉口2高峰时间为16:00—17:00。交叉口1北→南行人交通量变化较大, 南→
路口, 近旁为一商业市场。交叉口1与2间距离为
235m , 这两个T 形交叉口构成了错位交叉口。
该错位交叉口目前采用同步式协调信号控制, 即两个T 形交叉口使用相同的信号控制方式, 在同—时刻, 对干道车流显示
图3 分析简图
F ig 13 T he analytical sketch
北向交通量大于北→南向交通量。交叉口2南北向行人交通量变化趋势基本相同, 变化不大。21212 交通构成调查
在通行的机动车中, 东西向车辆构成相似, 其中
交 通 运 输 工 程 学 报 2003年 64
越中央隔离带, 阻断了车流的连续运行, 增加了发生
交通事故的危险性, 并降低行车速度。
(2) 交叉口1、2交通信号周期、绿信比和相位差设置不合理, 导致车辆在此区域频繁起步、停车。21214 延误调查
交通高峰期间机动车堵塞严重, 排队长度有时长达100m 以上。例如根据2001年7月25日的观测数据(见图7、图8) , 在观测时间内, 东向一个绿信号时段内通过交叉口2的车辆数为69veh , 其中有50veh 在交叉口1处被红灯信号阻行, 停驶车辆百分率高达7215%。西向一个绿信号时段内通过交叉口1的车辆数为65veh , 其中有36veh 在交叉口2处被红灯信号阻行, 停驶车辆百分率达5514%。
图5 交叉口1行人交通量
F ig 15 T raffic vo lum e of pedestrian on intersecti on
1
图6 交叉口2行人交通量
F ig 16 T raffic vo lum e of pedestrian on on 2
轿车占60%左右, 另外, 车西向占4%, 28%, 27%。交叉口1, 靠近大学, 过街人群中, 行人占53%, 其中大部分是学生, 自行车占36%, 三轮车、摩托车仅占11%。交叉口2, 由于靠近文艺路商业市场, 过街人群主要以购物人群、运输工人为主, 其中自行车占49%, 三轮车、摩托车占31%, 行人占20%。21213 车速调查
路段示意图见图3, 测得各种车型的区间速度如表2所示。
表2 车速
Tab 12 Veh icle speed
图7 东向阻塞车辆
F ig 17 T he congesti on veh icles in the directi on of east
图8 西向阻塞车辆
F ig 18 T he congesti on veh icles in the directi on of w est
观测结果表明, 在高峰期间车辆停驶率高, 排队延误较大
。其主要问题是:交通组织不合理, 信号配时有待改进。
停车起步延误见表3, 从调查数据可以看出, 轿车、中型客车起步延误时间较小, 为4～5s , 货车和大客车的起步延误时间较长, 平均为7s 左右, 铰接的公交车延误最长, 为9s 左右。导致车辆延误的主
表3 停车起步延误时间
Tab 13 Starti ng delay
k m ・h -2段[***********]10
1
车辆类型轿车货车中型客车大客车铰接车
1段[***********]15
交叉口1
[***********]11
交叉口2
[***********]15
s
交叉口2
[**************]
车辆类型轿车货车中型客车大客车铰接车
交叉口1
[**************]
从表2可知, 交叉口1和交叉口2间的区间平
均速度较低, 仅为30km
h 左右(南二环路限速为60km h ) 。导致区间平均车速较低的原因主要有以下两方面。
(1) 行人不遵守交通法规, 有随意穿行现象, 翻
第1期 陈 涛, 等:城市错位交叉口交通通行特性 65 要原因有以下两方面。
(1) 交叉口1, 2间交通信号控制参数设置不合理, 增大了车辆在路段2的停驶率。
(2) 交叉口信号灯显示方式不够直观, 驾驶员难以及时起步, 导致延误增加。213 交通冲突分析
可能产生冲突, 冲突点为D 、E 点。过街行人与西向右转车辆的冲突点为F 点。产生交通冲突的主要原因有以下三个方面。
(1) 交叉口1、2的人行横道位置设置和交通管制措施不合理, 右转车辆对行人过街影响较大。(2) 公交车停靠站设置不合理, 224、308、716等路公交车在交叉口2设有停靠站, 位置不合理, 易出现二次停车, 即遇红灯停车, 绿灯启亮时, 在交叉口内的停靠站二次停车, 这不仅降低了交叉口的通行能力, 而且阻碍了行人的过街。
(3) 机动车闯红灯(特别是外地车辆) 、行人强行穿越现象严重, 致使交通秩序混乱, 降低了通行能力。
在人行绿信号末期过街的行人, 在过街途中, 人
行信号转换成红灯信号, 此时相交道路车辆启动, 行人被阻于中央分隔带上, 或者乘机动车启动之机, 挡住启动车辆强行穿越。此外, 当行人绿灯信号启亮, 行人开始过街时, 往往上一相位绿灯末期驶入的车辆还未通过人行横道, 常发生行人、机动车相互干扰的交通混乱现象。显然, 这样容易发生交通事故, 又严重地影响了交叉口的交通秩序, 降低了通行能力。对该错位交叉口, 具体分析如下[4]。
图9所示为相位变换时交叉口1可能存在的冲突情况(假设南北人行信号处于绿灯期) 。东向右转车辆与行人的冲突点为A 点。南北人行信号处于绿灯末期、进入交叉口的行人与东西向绿灯初发出的车辆可能产生冲突, 冲突点为
C 、B 点。
3 错位交叉口交通控制与管理方案
针对西安市南二环中段错位交叉口, 本文初步提出以下交通控制和管理方案:31131, 采用单
, 是以交叉口车辆的延误作为交通效益指标来决定信号周期长度和绿信比。一般采用W eb ster 定时信号交叉口延误公式[5]
2
2()
d =+-0165(2) 3x 2+5Κ
2(1-Κx ) 2q (1-x ) q
则总延误为D =qd
式中:d 为每辆车的平均延误(s ) ; C 为信号周期时长(s ) ; Κ为绿信比; q 为交通流量(p cu h ) ; x 为饱和度。
若使总延误最小, 则:
图9 交叉口1冲突点
F ig 19 T he conflict po ints in intersecti on 1
(D ) =0, 用近似解法, d C
可得定时信号最佳周期长度C 0
C 0=L =Y =
图10所示为相位变换时交叉口2可能存在的冲突情况(假定南北人行信号处于绿灯末期) 。绿灯末期进入交叉口的行人与东西向绿灯初发出的车辆
1-Y
∑(l +I -∑m ax [y ,
i
A ) y i , …]
′
式中:L 为每个周期的总损失时间(s ) ; l 为动损失时间(s ) ; I 为绿信号间隔时间(s ) ; i 为一个信号周期内的相位数; A 为黄灯时间(s ) ; y 为流量比; Y 为组成周期的全部信号相位的各个最大y 值之和。
则各相位的实际绿灯时间g 为
g =g e -A +l , g e =G e
图10 交叉口2冲突点
F ig 110 T he conflict po ints in intersecti on 2
′Y
, G e =C 0-L
当交叉口间距较短, 而且干道方向交通量远大于交叉方向的交通量时, 可使用该控制方式。由于该
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错位交叉口两个路口的间距为235m , 使得信号周期过长, 在主干道上绿信号末通过的车辆大多会在交叉口内出现二次停车。
31112 将错位交叉口视为两个交叉口, 采用交通信
号系统控制方式
系统控制(又称线控制或协调控制) 是把干道上若干个连续交叉口的交通信号按一定的方式联结起来, 同时对各个交叉口设计的一种相互协调的配时方案, 各交叉口信号按此协调方案联合运行, 让沿着一条路线上设置的信号机都具有相同的周期时长, 绿信号表示时刻相互错开。由此减少车辆的停止次数及停车时间, 促进车流畅通。此外, 使车流产生适当的间隔, 以保证过街行人和右转车的安全[6]。系统控制中, 必须确定以下三个参数。
(1) 周期时长为使各交叉口的交通信号能取得协调, 系统控制中各交叉口的周期时长必须是统一的。为此, 必须先按照单点定时信号的配时方法, 计算出各交叉口交通信号所需的周期时长, 然后从中选出最大的周期时长作为系统的周期时长, 的交叉口叫做关键交叉口[5](2) , , 各的绿信比不一定相同。
(3) 相位差相位差分为绝对相位差和相对相位差。绝对相位差是指各个信号的绿灯或红灯的起点相对于某一个标准信号绿灯或红灯的起点的时间差:相对相位差是指相邻两信号的绿灯或红灯起点之间的时间差。
在系统控制中, 信号机间的相位差的决定最为重要, 且对系统控制的效率影响最大。在以车流共同通行带宽作为评价指标的系统信号相位差设计方案中, 计算相位差的方法有优先相位差法、平衡相位差法、同步相位差法及交替相位差法4种具体的计算方法[6～11], 每种方法都是以自有特定交通状态为适用前提, 缺乏对控制区段实际交通状态连续变化时的适应性。文献[11]提出了基于概率过程的单向交通流相邻交叉口间相位差优化理论方法, 该方法考虑了车流离散和车队在交叉口的随机变化。文献[12]在引入交叉口信号状态位差概念的基础上, 提出在既定车流速度条件下的系统最适信号相位差计算方法和以车流速度为辅助设计参数的系统最适信
号相位差优化设计模型, 该模型确定系统信号相位差是对应于各种交通状态的连续函数, 适合交通状态复杂变化的实时系统控制。文献[13]提出了基于递阶结构和模糊理论的系统控制模型, 利用模糊控制方法, 将实时测得的交通量作为输入数据确定系统控制中信号周期和相位差。由于错位交叉口结构的特殊性(如211节中西安市南二环中段错位交叉口) , 交通流的不均匀性, 以及干道和相交道路间的交通需求的差异性, 使得利用现有理论模型难以理想地对错位交叉口实施系统控制。
综上所述, 利用现有的交通信号控制方式对错位交叉口进行合理控制存在一定难度, 应根据错位交叉口的实际结构和交通通行特性进行具体分析, 推导相应理论模型, 最终实现对错位交叉口的系统控制。因此研究适合城市错位交叉口的交通信号控制的理论模型是十分必要的。312, 。
33 加强交通管理
(1) 在交叉口1, 南北方向为绿信号时, 可禁止
东向右转车辆的通行, 提高行人的通行能力。
(2) 规范非机动车和行人通过路口的轨迹, 可采取规划限制行驶区域的办法来实现。
314 标志标线设置
通过调查发现交叉口1、2间停车线位置不合理。车辆向西行驶经过交叉口1和交叉口2时, 由于停车线位于信号灯之前, 且距离较大, 以致于车辆在交叉口绿信号末期通过时, 驶过信号灯后, 信号由绿→黄→红, 车辆为避免闯红灯紧急制动, 后续车辆常由于间距不足发生追尾碰撞事故。可采取以下方法加以解决。
(1) 将信号灯显示方式改为倒计时间显示方式, 以便驾驶员及早采取措施。
(2) 重新设置停车线的位置, 使驾驶员有充足时间对交通信号变换采取相应措施。
(3) 重新设置人行横道的位置, 减少行人过街时与车辆的冲突。
4 结 语
本文首先分析了错位交叉口的特点, 以西安市南二环路中段错位交叉口为例, 说明实现错位交叉口的交通信号的合理控制, 最大限度地利用现有的
第1期 陈 涛, 等:城市错位交叉口交通通行特性 67 资源, 要根据交叉口的现有地理位置和交通需求状况具体分析, 进行综合治理, 最后确定最佳控制方案。这对于实现城市主干道交通的通畅具有十分重要的意义。参考文献:References :
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