信号交叉口左转待行区设置技术探讨

信号交叉口左转待行区设置技术探讨 摘要：如何提高整个路网的通行效率，重点在于路网中的交叉口，而左转车辆是影响信号交叉口通行效率的最主要因素。本文采用信号交叉口左转待行区设置技术的交通管制方式来缓解交通的堵塞问题，提高通行效率。本文先对国内外的现状进行总结，然后对左转待行区的设置条件进行深入地探究，对几何、流量、临界条件进行一一分析，再对有左转待行区的相位、配时进行设计分析。最后通过对实例进行分析、改善、仿真，可知利用左转待行区设置技术可达到提高通行效率的效果。 关键词：信号交叉口左转待行区设置技术 VISSIM Abstract：How to improve the traffic efficiency of the entire road network, with emphasis on the intersection of the road network. The left-turning vehicles is a major factor Intersections most efficient impact, so this use of effective traffic control to alleviate traffic congestion, improve traffic efficiency. When the paper first summarizes the status quo at home and abroad, and to set the conditions were left waiting zone depth exploration of geometry, flow, critical conditions were analyzed one by one, and then the waiting zone have left the phase, with design and analysis, and finally an example is improved, analysis, simulation, to improve traffic efficiency. Key words：Signalized intersection Turn left waiting zone Set Technology VISSIM 引言 如今，小汽车的保有量越来越多，提高了人类的生活质量，也方便人们出行。此外，这是一把双刃剑，交通堵塞等问题日益严重。如何缓解交通的拥堵，重点在于提高路口的行驶效率，而左转交通是主要的交通隐患。所以本论文通过探讨左转待行区的设置技术，来缓解路口的拥堵问题，提高行驶效率。 通过查阅大量国内外研究现状，首先对左转待行区进行了定义，再对信号交叉口左转待行区提出了三个设置条件，并对信号的相位和配时进行设计探讨，最后通过对实例的分析改善和仿真，得出了左转待行区的优化效果。 1 国内外研究现状 1.1 国外研究现状 通过分析各种信号交叉口的交通运行特征可知，引发冲突的主要原因来自于左转交通，而且也会干扰到直行车辆的行驶。国外对左转车辆的流向以及左转车辆流向的组织方法的钻研开展的比较早，其中最主要的代表钻研成果有HCM2000以及Davis Gary A等人钻研的成果。 总结国外的钻研成果主要如下[1-6]： （1）左转车辆流向的组织方式的钻研结果有： 1） 左转专用车道的设置条件及其安全和效率的评判； 2） 左转车辆在路口内的清尾时间； 3）运用M/G2/1模型明确无信号交叉口左转车道长度； （2）关于左转专用道的组织设计方式的重点钻研结果有： 1）采用双左转车道设计时，在黄灯和红灯期间，左转车流饱和条件下的通行能力； 2）左转专用车道长度的设置条件； 3）双左转车道下左转车流的通行能力； （3）关于U型左转交通组织方式的重点钻研结果如下： 1）直接左转与U型左转的安全评价对比； 2）运用U型左转方法，在进口道左转车辆所占的比例对交通流的影响； 3）在U型左转方法下，左转车流的饱和流率。 1.2 国内研究现状 在国内，对于左转车辆流向的交通组织方法的探究，主要是对照国外的研究成果，同时结合我国实际信号交叉路口的交通特性做具有针对性的研究。其中，主要是国家的交通机构和在交通方面具有影响力的高校的研究成果。 其成果主要有[7]： （1）《城市道路设计规范》； （2）在机非混合的交通前提下，交叉路口内机非冲突以及交通的组织方法； （3）环形交叉口信号控制法； （4）以不同信号相位为前提，对左转专用车道行驶效率的钻研； （5）提高左转专用道行驶效率的探究； （6）在有信号灯控制的交叉路口采用中央分隔带U型左转远引的方法探究； （7）对左转和直行合用车道行驶效率的探究； （8）研究左转专用信号灯对车辆延误的影响。 国内对左转待行区的全方面研究比较少，主要是吸收、借鉴国外的研究成果，从应用中所得到的实践经验来指导设计。上海、杭州、成都等大城市在一些平面面积较大的信号交叉路口均采用了设置左转待行区的办法，有效地缓解信号交叉路口的交通压力，提高信号交叉路口的行驶效率[8]。通过研究，总结出如何在合适的路口设置左转待行区，即大多数运用在左转交通量较大的主路和主路组成的路口、主路和次路组成的路口，左转交通量较大并且信号交叉路口面积大等。 1.3 研究目的与意义 交叉路口处的左转车辆不仅会直接影响到直行车流的行驶，而且是产生冲突点的主要原因，从而影响了整个路口的服务质量与通行能力。因为左转车辆的影响，车辆队列堵塞、车辆的延误时间长、交通效率下降、汽车尾气排放严重[9]、城市环境污染严重，所以提高信号交叉口的行驶效率和确保信号交叉口的行车安全，合理管制好左转车辆是至关重要的问题。因而，分析信号交叉路口的左转车辆，提高左转车辆的通行效率，是至关重要的。 近年来，很多路口运用信号相位设计在时间上分散有冲突的车辆，交叉口的行驶效率显著提高，各个方向的车流干扰也大大降低了，同时，路口的通行安全也得到了根本的保障，车辆驶过路口的速度也明显提升了[9]。但同时，也发现了许多问题，例如：进口车道没能充足使用、信号周期太长等。所以，增加左转待行区可以大大地提升进口车道的行车效率，充足利用信号交叉口的时空资源[10]。不用增加信号配时与左转专用道，就能够提高左转车辆通过路口的效率。 虽然左转待行区已经在许多城市开始施行[11]，但总的来说左转待行区的实施还不大成熟，缺乏系统、全局的规划。应如何确定左转待行区的位置和长度；设置左转待行区后通行效率提升多少等。 本文通过对国内外现有的研究成果进行总结，从理论上对左转待行区进行探讨，进而提出信号交叉口左转待行区的设置条件与控制方法。通过进行左转待行区的合理设计，降低延误时间，提高通行效率和服务水平，提高了整个路网的服务水平。 2 信号交叉口左转待行区设置条件 2.1 信号交叉口左转待行区的概述 左转待行区是由两条数米长的平行白色虚线框组成，直接连接到了马路中间与前端新停止线构成的封闭图形。如图2-1。当同向的直行信号变绿时，左转弯车道的车辆提前进入左转待行区等待,等左转信号变绿后再通过路口。需注意的是，设有左转待行区的信号交叉口，交通信号灯应具有先直行后左转的原则。左转待行区充分利用了路口内的面积,先用时间换空间,再用空间换时间,最终达到了时空的相互转换的目的，充分利用了交叉口的时间和空间资源，提高了交叉口的通行能力。 图2-1 信号交叉口的左转待行区 2.2 信号交叉口左转待行区的设置条件 2.2.1信号交叉口左转待行区的几何条件 查阅了不少文献后发现，在考虑左转待行区的长度时，所提出的长度公式都只考虑满足流量限制要求，没有对其几何限制做出研究，没有探究其在信号交叉口能否具体施行[12]。本文认为决定信号交叉口左转待行区长度关键是信号交叉口几何大小，而不是流量限制。所以，本小节讨论了两种情况：第一种情况为，单进口车道设置左转待行区；第二种情况为，多个进口车道设置左转待行区。分别讨论在这两种情况下信号交叉口左转待行区的几何限制约束。 （1）单进口车道设有左转待行区 只有单个进口车道设置了左转待行区如图2-2所示。下图中的l 是左转弯车辆行驶路线的长度，w1是左转弯车辆行驶路线起点到终点的纵向距离，w2是左转车辆行走线路起点到终点的横向距离。 图2-2 单进口车道设有左转待行区 将左转弯的行驶路线看成一段圆弧，其圆的中心点在无穷远处。假设w1≥w2，那么延长w2，延长的长度是y，使得w2+y=R（弧长的半径）。如图2-3。 图 2-3 左转待行区车辆行驶轨迹 根据三角形勾股定理，得 w12+y2=R2，即 w12+y2=（w2+y）2。可得： （2-1） 圆弧的圆心角θ为： （2-2） 推出了左转弯车辆行驶路线长度l如下： （2-3） 左转弯车辆行程线路的长度l可以根据实际需求确定。一般l需要大于或等于20m，因为这样才能在左转待行区内最少停下4辆车，就能提高左转待行区的使用效果。因此，在实际设置几何条件时，可以先考证下该信号交叉口左转车辆行驶路线的长度l有没有大于或等于20m。 （2）多进口车道设有左转待行区 对于在某一个信号交叉口内的多个进口车道同时设有左转待行区的情形，各个进口车道除了要满足单进口道设有左转待行区时的几何需求外，还影确保安全相关几何要求。以南北进口车道同时设有左转待行区为例，如图2-4： 图2-4 南北方向同时设有左转待行区 为了保证南北进口车道的左转待行区在放行时有一定的行车安全，两股车流必须满足一定的安全距离，即： |ON|≥ds （2-4）