交通特性介紹
交通擁擠和阻塞已成為城市尤其是大城市普遍存在的社會問題 ,道路交通需求與城市發展間的矛盾日益突出。先進的交通控制和管理系統 ,是解決現代城市交通問題的有效手段。 城市道路交通網中的主幹道是保證城市社會經濟活動正常運轉的主動脈 ,因此在城市道路規劃與設計中 ,對於次幹路一般儘量與主幹道相交 ,並且允許車輛自由進入主幹道 ,以提高主幹道路使用率和緩解城市交通。 但由於地形和環境的制約以及交通規劃的歷史原因 ,一些城市主幹道上存在交叉口數量多 ,間距過小的問題 ,有的還存在著形狀不規則的錯位交叉口。 這些錯位交叉口由於形狀的不規則性,給城市主幹道的交通管理和控制帶來了較為嚴重的問題。
特點
城市錯位交叉口是一種特殊的平面交叉口,其常見型式如圖1所示。城市錯位交叉口的特點是:一般位於城市主幹道上, 由兩個距離較小的T形交叉口和主幹道組成, 兩T 形交叉口間距在100～500m 之間, 幹道交通量大,且雙向交通量基本均衡。由於城市中的幹道通常具有沉重的交通負荷,若錯位交叉口位於城市主幹道上,則可能造成通過該區間車輛較大停車延誤。若對城市主幹道上的錯位交叉口進行改造,如修建立交,則交叉口間距太短而使立交間的交織段長度不能滿足車輛行駛的要求,同時改造投資也較大,故難以實施改造方案口 。 因此最大限度地利用現有的資源,實現城市錯位交叉口交通信號的合理控制對於保障城市道路的交通暢通有著重要意義。
實例分析
2. 1 基本情況
交叉口1,位於翠華路口,靠近大學。交叉口2,位於文藝路口 ,近旁為一商業市場。 交叉口 1與 2間距離為235 m,這兩個 T 形交叉口構成了錯位交叉口。該錯位交叉口目前採用同步式協調信號控制 ,即兩個 T 形交叉口使用相同的信號控制方式 ,— 時刻 , 對幹道車流顯示相同的信號。該系統信號周期為93 s,其中綠燈信號時間為60 s,黃燈信號時間為3 s,紅燈信號時間為30 s。人行綠燈信號時間為27 s。南二環路中段機動車車流密度大,高峰時交叉口1和交叉口2間排隊延伸常達近百米,增加了機動車的行車延誤。
2. 2 錯位交叉口通行特性調查
2.2. 1 交通量調查
根據2001年7月4日在路段2的觀測數據,得到機動車12 h的交通量(表1)。分向小時交通量如圖4所示。東向車輛早尖峰時段為10: 00—11: 00,晚尖峰時段為18: 00—19: 00,高峰小時交通量分別為2 874 v eh /h 和2 61l v eh /h; 西向車輛早尖峰時段為9: 00—10: 00,晚尖峰時段為18: 00—19: 00,高峰小時交通量分別為2 625 v eh /h和2 469 v eh /h。以 5 min為機動車調查時段 ,計算東向早晚高峰小時係數分別為 0. 871和 0. 892,西向早晚高峰小時係數分別為 0. 875和 0. 813,表明高峰小時內每 5 min到達的車輛較均勻 ,該時段內交通狀況是擁擠阻塞的。交叉口 1尖峰時間為 10: 00— 11: 00。 交叉口 2尖峰時間為 16: 00—17: 00。 交叉口 1北→南行人交通量變化較大 ,南→北向交通量大於北→南向交通量。 交叉口 2南北向行人交通量變化趨勢基本相同 ,變化不大。
2. 2. 2 交通構成調查
在通行的機動車中 ,東西向車輛構成相似 ,其中轎車占60% 左右,中型客車占20% 左右。另外,外地車西向占4% ,東向占7% ,計程車占機動車總數的28% ,計程車中空車占計程車總數的27% 。交叉口1,靠近大學,過街人群中,行人占53% ,其中大部分是學生,腳踏車占36% ,三輪車、機車僅占11% 。交叉口2,由於靠近文藝路商業市場,過街人群主要以購物人群、運輸工人為主,其中腳踏車占49% ,三輪車、機車占31% ,行人占20% 。
2.2. 3 車速調查
交叉口1和交叉口2間的區間平均速度較低,僅為30 km /h 左右(南二環路限速為60km /h)。導致區間平均車速較低的原因主要有以下兩方面。
( 1)行人不遵守交通法規,有隨意穿行現象,翻越中央隔離帶,阻斷了車流的連續運行,增加了發生交通事故的危險性,並降低行車速度。
(2)交叉口1、2交通信號周期、綠信比和相位差設定不合理,導致車輛在此區域頻繁起步、停車。
2.2. 4 延誤調查
交通高峰期間機動車堵塞嚴重,排隊長度有時長達100 m 以上。例如根據2001年7月25日的觀測數據 ,在觀測時間內,東向一個綠信號時段內通過交叉口2的車輛數為69 v eh,其中有50veh在交叉口1處被紅燈信號阻行,停駛車輛百分率高達72. 5% 。西向一個綠信號時段內通過交叉口1的車輛數為65 v eh,其中有36 v eh在交叉口2處被紅燈信號阻行,停駛車輛百分率達55. 4% 。觀測結果表明,在高峰期間車輛停駛率高,排隊延誤較大。其主要問題是: 交通組織不合理,信號配時有待改進。停車起步延誤見表3,從調查數據可以看出,轎車、中型客車起步延誤時間較小,為4～5 s,貨車和大客車的起步延誤時間較長,平均為7 s左右,鉸接的公車延誤最長,為9 s左右。導致車輛延誤的主原因有以下兩方面。
(1)交叉口1, 2間交通信號控制參數設定不合理,增大了車輛在路段2的停駛率。
(2)交叉口信號燈顯示方式不夠直觀,駕駛員難以及時起步,導致延誤增加。
2. 3 交通衝突分析
在人行綠信號末期過街的行人,在過街途中,人行信號轉換成紅燈信號,此時相交道路車輛啟動,行人被阻於中央分隔帶上,或者乘機動車啟動之機,擋住啟動車輛強行穿越。此外,當行人綠燈信號啟亮,行人開始過街時,往往上一相位綠燈末期駛入的車輛還未通過人行橫道,常發生行人、機動車相互干擾的交通混亂現象。顯然,這樣容易發生交通事故,又嚴重地影響了交叉口的交通秩序,降低了通行能力。對該錯位交叉口,具體分析如下。
東向右轉車輛與行人的衝突點為A點。南北人行信號處於綠燈末期、進入交叉口的行人與東西向綠燈初發出的車輛可能產生衝突,衝突點為C、B點。其中東向右轉車輛與行人的衝突較為嚴重。可能產生衝突,衝突點為D、E點。過街行人與西向右轉車輛的衝突點為F點。產生交通衝突的主要原因有以下三個方面。
(1)交叉口1、2的人行橫道位置設定和交通管制措施不合理,右轉車輛對行人過街影響較大。
(2)公車停靠站設定不合理, 224、308、716等路公車在交叉口2設有停靠站,位置不合理,易出現二次停車,即遇紅燈停車,綠燈啟亮時,在交叉口內的停靠站二次停車,這不僅降低了交叉口的通行能力,而且阻礙了行人的過街。
3)機動車闖紅燈(特別是外地車輛)、行人強行穿越現象嚴重,致使交通秩序混亂,降低了通行能力。
管理方案
3.1. 2 將錯位交叉口視為兩個交叉口,採用交通信號系統控制方式
系統控制(又稱線控制或協調控制)是把幹道上若干個連續交叉口的交通信號按一定的方式聯結起來,同時對各個交叉口設計的一種相互協調的配時方案,各交叉口信號按此協調方案聯合運行,讓沿著一條路線上設定的信號機都具有相同的周期時長,
綠信號表示時刻相互錯開。 由此減少車輛的停止次數及停車時間,促進車流暢通。此外,使車流產生適當的間隔,以保證過街行人和右轉車的安全。系統控制中,必須確定以下三個參數。
( 1)周期時長
為使各交叉口的交通信號能取得協調,系統控制中各交叉口的周期時長必須是統一的。為此,必須先按照單點定時信號的配時方法,計算出各交叉口交通信號所需的周期時長,然後從中選出最大的周期時長作為系統的周期時長,把需要周期時長最大的交叉口叫做關鍵交叉口 。
( 2)綠信比
在系統控制中,各個信號的綠信比是根據各個交叉口各向交通量的流量來確定的,各的綠信比不一定相同。
( 3)相位差
相位差分為絕對相位差和相對相位差。 絕對相位差是指各個信號的綠燈或紅燈的起點相對於某一個標準信號綠燈或紅燈的起點的時間差: 相對相位差是指相鄰兩信號的綠燈或紅燈起點之間的時間差。
在系統控制中,信號機間的相位差的決定最為重要,且對系統控制的效率影響最大。在以車流共同通行頻寬作為評價指標的系統信號相位差設計方案中,計算相位差的方法有優先相位差法、平衡相位差法、同步相位差法及交替相位差法4種具體的計算方法,每種方法都是以自有特定交通狀態為適用前提,缺乏對控制區段實際交通狀態連續變化時的適應性。提出了基於機率過程的單向交通流相鄰交叉口間相位差最佳化理論方法,該方法考慮了車流離散和車隊在交叉口的隨機變化。 文獻 [12 ]在引入交叉口信號狀態位差概念的基礎上,提出在既定車流速度條件下的系統最適信號相位差計算方法和以車流速度為輔助設計參數的系統最適信號相位差最佳化設計模型,該模型確定系統信號相位差是對應於各種交通狀態的連續函式,適合交通狀態複雜變化的實時系統控制。文獻[13]提出了基於遞階結構和模糊理論的系統控制模型,利用模糊控制方法,將實時測得的交通量作為輸入數據確定系統控制中信號周期和相位差。 由於錯位交叉口結構的特殊性,交通流的不均勻性,以及幹道和相交道路間的交通需求的差異性,使得利用現有理論模型難以理想地對錯位交叉口實施系統控制。
綜上所述,利用現有的交通信號控制方式對錯位交叉口進行合理控制存在一定難度,應根據錯位交叉口的實際結構和交通通行特性進行具體分析,推導相應理論模型,最終實現對錯位交叉口的系統控制。 因此研究適合城市錯位交叉口的交通信號控制的理論模型是十分必要的。
3. 2 調整公車停靠站位置
可考慮將交叉口2的公交停靠站設定在交叉口2的上游,以減少公車輛在交叉口區間的停車次數和阻礙交通流的可能性。
3. 3 加強交通管理
( 1)在交叉口1,南北方向為綠信號時,可禁止東向右轉車輛的通行,提高行人的通行能力。
( 2)規範非機動車和行人通過路口的軌跡,可採取規劃限制行駛區域的辦法來實現。
3. 4 標誌標線設定
通過調查發現交叉口1、2間停車線位置不合理。車輛向西行駛經過交叉口1和交叉口2時,由於停車線位於信號燈之前,且距離較大,以致於車輛在交叉口綠信號末期通過時,駛過信號燈後,信號由綠→黃→紅,車輛為避免闖紅燈緊急制動,後續車輛常由於間距不足發生追尾碰撞事故。 可採取以下方法加以解決。
( 1)將信號燈顯示方式改為倒計時間顯示方式, 以便駕駛員及早採取措施。
( 2)重新設定停車線的位置,使駕駛員有充足時間對交通信號變換採取相應措施。
( 3)重新設定人行橫道的位置,減少行人過街時與車輛的衝突。
