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1、一种道路交通中机动车左转的改进方法赵连文; 宋子强北京金龙惠众电子技术中心 100101摘要：信号灯控制平面交叉口是城市道路中最重要的一种节点形式，虽然其数量不及城市道 路节点总数的 20%(我国)，但却控制着80%以上的城市交通，城市交通的拥堵也大多发生 于此，因此如何提高其通行能力、减少延误一直是城市交通领域研究探讨的主题。通过对信 号灯控制平面交叉口交通特性的分析研究，设计出一种新型道路节点，在不削减节点功能的 前提下使信号灯控制平交节点的通行能力提高一倍。关键词：交叉口; 信号灯控制; 组合节点; 左转; 通行能力A Kind of the Improving Method of Ve
2、hicle Left Turn in theRoad TrafficZhao Lianwen; Song ZiqiangBeijing Jinlong Huizhong Electronic Technology Center 100101Abstract: Signalized intersections are key nodes of urban roads. Though the number of these nodes is less than 20% of total nodes of urban roads (in china), they are controlling mo
3、re than 80% of urban traffic. Most traffic congestions also occur there. So it is very important to improve the signalized intersection. A new type of road node and its design methodology were introduced, which was named double signalized node of roads. This kind of node adopts a new method for the
4、left turn, so its capacity is increased which compared with the common signalized intersection. Keywords: intersection, signal control, composite node; left turn; capacity导言在道路交通中，车辆的左转是个棘手的问题，它使道路的通行能力大打折扣，本文试图 对现有道路交叉口的左转方式进行些许改进，以期提高道路的通行能力。1 问题的提出信号灯控制平交节点是指多条交汇道路采用平面交叉方式，交叉口处设有信号灯控制装 置，各交汇道路上的车
5、辆和行人根据规则按照信号灯的指示分时通过的交叉口。对于四路汇 交路口而言，汇集于此的交通流由机动车、非机动车和行人组成，每条道路上的机动车到达 节点后，都有四个方向的路径选择，如果不考虑车辆掉头情况，各进口道路上的车辆也有三 个可能的流向，这样在交叉口内的机动车就有十二个可能流向。与此同时，各道路两旁设有非机动车道和人行道，如果将非机动车和行人都按照直行通过交叉口统一考虑的话，也会有 四路双向非机动车和行人穿越交叉口。这样，交叉口处的交通流共有 16 种形态1，如图 1 所示。图 1 四路节点交通流形态示意图Figure 1 Traffic streams at a four-leg inte
6、rsection由于各向交通流通过交叉口时会产生各种冲突，从而引发混乱并导致交通事故的发生， 所以采用信号灯控制的方式使各路交通流有序地通过节点，同时通过节点的交通流须彼此之 间没有冲突。信号灯控制平面交叉口对各路交通流进行周期性放行，放行方式根据周期的分割程度 分为二相位控制和四相位控制；按照放行的编组方式可分为单路放行和对向匹配放行2，表 1 列举了各种放行方式的分组模式。表 1 信号灯控制放行分组方案Table 1 Arrangements of signal phases二相位1、 2、 3、 7、8、 9、 14、 164、 5、 6、 10、11、 12、 13、 15四 相 位单
7、路放行1、 2、 3、 14、 164、 5、 6、 13、 157、 8、 9、 14、 1610、 11、 12、 13、 15对向匹配1、 6、 7、 122、 8、 14、 163、 4、 9、 105、 11、 13、 15事实上，表 1 中所列的二相位和四相位单路放行方式仍然存在转向与直行间的交通冲突，尤其是在二相位的放行方式下，随着左转量的比例增大，通行能力显著下降，因此只适 用于转向车辆或非机动车及行人量较少的情况，只有四相位对向匹配的放行方式是完全无冲 突的放行方式，但此时由于一个放行周期被分割成了四个部分，致使其通行能力仅能达到路 段通行能力的1/4 左右，与二相位禁左的情
8、况相比通行能力将减少一半左右3。信号灯控制平交节点的最大弊端就是在左转量随着交通量的增大而增加的同时其通行 能力会大幅度降低，从而出现交通量越大通行能力越小的背反现象，目前已有的解决方案是 采取禁止左转和左转变右转的方法，以使交叉口保持两相位时的最大通行能力。禁左取消了该节点的左转功能，是以功能缩减来换取较大的通行能力，非不得已时不宜 采用，因为左转需求依然存在，必须予以满足。图2 双右转分离式信号灯控制平交组合节点Figure 2 A signalized intersection with double right turns左转变右转是在苜蓿叶式互通立交中采用的转向处理方式4，在信号灯控
9、制平面交叉口 中很少采用。如图 2 所示，在信号灯控制节点的交汇道路间设置连接匝道，右转车辆在主路 口前的右转分流节点处实现右转，左转车辆则在通过主路口后利用右转匝道以回旋右转的方 式完成左转，这样在主路口处就只有两个方向的直行间的冲突存在，二相位控制就可做到无 冲突放行，在不拓宽路口的情况下通行能力即可达到接近路段的一半，但这种方式有三个弊 端，（1）左转的绕行距离大，（2）需两次通过路口，增加节点压力；（3）匝道进出口间的主 路上存在交织冲突。2 改进思路图 3 某信号灯控制节点的一肢Figure 3 A leg of a signalized intersection在只允许直行通过的二
10、相位控制情况下，当一对直行车流通过交叉口时，另一对车流将 在进口停车线以后排队等待，此时等待方向的出口道路上将出现清空现象，清空长度与红灯 时间长度成正比，这段道路资源在红灯时段内处于闲置状态，而与其平行的左侧进口车道上 有车辆不断的驶向交叉口并排队等候，对于这些车辆而言，停车等待也是处于一种无效率状 态，如图 3 所示。进一步研究表明，停车间距在一定范围内的增大不会影响绿灯时路口的通 过量，也就是进口道路的车辆可以分段停于不同位置，这样在两段停车队列间留出的空间就 可以用来实现车辆的左转。眞a1!liii图 4 双层信号灯控制平交组合节点设计示意图Figure 4 A double sign
11、alized node of roads图 4 是根据以上分析所设计的双层信号灯控制平交组合节点，它由一个主节点和四个副 节点组成，主节点是指交汇道路间的交叉点，采用二相位信号灯控制平交方式，该处只允许 车辆和行人直行通过，禁止左右转向，左右转向功能由其四周的副节点处实现，主节点的进 口和出口道路划分左转和直行车道。如图 4 所示，在主节点四周的道路上设置四个信号灯控 制平交节点作为副节点，副节点间由匝道（或支路）连接，用于实现节点的转向功能，右转 车辆在到达主节点前由副节点进入转向匝道实现右转，左转车辆在绿灯情况下直行通过主节 点后到达副节点，并在副节点处的左转信号灯为绿灯时左转进入连接匝道
12、完成左转；如图5 所示，出口道路上的直行车辆不受副节处的信号控制约束，进口道路上的车辆则受副节点的 信号灯控制，双层信号灯采用联动系统进行控制，各匝道出口设置为主路优先路口。此节点 的运行方案可随交通量的变化进行调解变换，在交通流量允许时主节点可开启左转相位直接 放行左转，以减少左转的绕行损失。该节点的左转处理方法亦可应用于三肢和多肢节点处。图 5 双层信号灯控制平交组合节点运行示意图Figure 5 A run of the double signalized node of roads3 设计要点（1）主副节点中心距离由停车线间距决定，如图6 所示，即有L = L -L + L（1）QZF
13、式中：L主道与匝道中心线间距，m； Lq主节点停车线至前方副节点左转停车线的 距离，m； Lz主节点停车线至主路中心线距离，m； Lf副节点停车线至匝道中心距ZF离， m。（2）Lq值的确定应满足左转车辆停车等待排队长度的要求，如图6所示，即Lq - 2Lz ndL = nd + 2L + L（ 2）QZ a式中：n左转车辆排队长度，辆；d排队车头间距，m, d = 67m, L安全段长a度，m,可取12个车位长度。（3）左转等待区的车辆排队长度为主节点在该方向的有效绿灯时间内一条车道可能通过的车辆数，它与该车道的通行能力和有效绿灯时间成正比，如图6所示，即n = qg（3）式中：q单车道过口
14、能力，辆/s,可取0.5辆/s； g有效绿灯时间，s。J iqX J J1 t 11lJ 、1QLEZD EZD O EZD rzn rzn图 6 节点设计局部示意图Figure 6 Part of design of the node4 信号配时该组合节点的信号灯应当联动配时控制，当一个方向的主节点处为绿灯时，该方向上副 节点的左转向应为红灯，而其左侧道路在该副节点处则应为绿灯；当该方向的绿灯结束变为 红灯后，相应副节点的左转向灯应当由红变绿，其对向信号灯则应由绿变红。主副节点的信 号切换可以是同步的，也可以错开一个时段，具体配时方案应当根据交通流量和车辆过口能 力而定。在主节点信号由绿变红
15、后，副节点信号的切换应能保证主节点停车线后有足够的排 队等待车辆，以便在下一个绿灯开启后，后面副节点处等待的车辆能够在主节点处追上前面 的车队，以保证车流连续通过主节点而不影响主节点的通过能力，同时又要控制车辆能被容纳而不致溢出，并兼顾左转通行能力与左转交通量间的匹配。总而言之，信号配时以主节点 为主，各方向道路上的副节点与该方向上的主节点的信号配时相匹配。5 节点的优缺点双层信号灯控制平交组合节点具有以下优缺点：（1）具有直行及左右转向等全部功能 （2）通行能力可达路段的一半以上；（3）左转绕行距离比左变右方式减少一半；（4）可随 交通量的变化进行调解变换，在交通流量允许时主节点可开启左传相位直接放行左转，以减 少左转的绕行损失；（5）该节点的缺点是左转车辆有两层信号控制并须绕行一定的距离从而 增加了延误和能耗。图 7 是一处运用双层信号灯控制平交组合节点很好的节点。so170miiiilI图 7 北京西长安街西单路口Figure 7 The node of Xidan ave with Changan ave west in Beijing结束语行人之所以闯红灯，其中的重要原因之一，就是直行绿灯时虽然限制了横向车辆前行
