关于解决交通拥堵的平面交叉口渠化优设计

1、摘要在一个城市之中存在着许多平面交叉口，这些平面交叉口连接着道路 与道路，也使得整个城市由许多单独的交通区域而成为一个完整的自 由连接的完整意义的城市。由于地理、文化、历史等因素的影响，平面交叉口不会存在完美的状 态，城市里大多数拥堵问题产生的本质原因就在平面交叉u的中。不 合理的甲面交叉口的会极大程度上破坏路网的完整性，使得该路网网 络不能承受该区域的交通流量。所以，解决平面交叉口中存在的各种 不合理问题，是提高城市交通流畅，减少市民出行成本，提高交通生 活品质的必要条件。本文重点分析了平面交叉u存在的各种问题，如早在设计时就存在的 实际需求空间与设计效果不匹配问题，车道数量不符合该区域的实

2、际 需求等设计问题。也分析了在平面交叉口已存在后，出现的各种交通 设施与实际需求相冲突的情况，如进口处存在障碍物，专左或专右车 道过长过短等问题。为了使这些问题能在实际生活中得到验证，通过合理改造后能使得平 面交叉口拥堵得到一定程度的缓解，本文选取了一个典型平面交叉 口，通过研宄信号配时，渠化优化等方式，借助交通仿真工具vissim, 使得该平面交叉门的得到合理性验证。关键词：渠化优化；平面交叉口；信号配时1.背景及意义32典型交叉口渠化设计中存在的问题32.1渠化车道和该路段车道功能不能完全平衡42.1.1、平面交叉li中道路实际空间与该交叉li的需求空间不匹配。42.1.2车道的数量在一定

3、程度上也会限制交通区域内车流的通行能力。42.2专左车道渠化的不合理性42.3右转车流组织的不合理性53平面交叉口的典型渠化措施63.1如何匹配车道功能与路口空间63. 1. 1路口拓宽63.2车道的渠化63.3车道功能的调整73.3平面交叉口右转车和行人影响削弱方法84. 关于某大型平面交叉口的交通组织优化案例84.1交通实际情况14. 2现状分析114.2.1儿何设计114.2交通特性114.4案例仿真的评价134.4. 1仿真验证144.4.2效果的评价145. 研究结果19201.背景及意义2016年底北京市小汽车数量达到520万辆，比2015年末增加了 21. 7万辆。 由于城市快速

4、机动化，使得小汽车的需求加速增大,从而导致城市资源承载力的 矛盾也日渐增大.平而交叉口作为城市道路网中最重要的部分之一将直观影响到 该城市交通承载能力以及服务水平.一旦平面交叉门设计不合理或是设施不合格, 将大大影响到整个路网运行的效率.也将会出现拥堵，使得该路ui成为该区域的 交通问题的核心病灶.之所以要解决平面交叉口的设置问题，不仅仅是为了改善 单独某个交叉口的问题，更是为了维护城市内大大小小的交叉口以及道路的通行 效率.在中国，各个城市一直在扩大自己的行政面积，也在近20年内，越来越多 的城市出现的所谓的城市病，道路拥堵，交通运输过度集中等等.究其原因，都是 由于平而交叉口出现的问题.由

5、于城市内道路的成型，平而交叉口也随之成型.平 面交叉门的问题解决起来也更加困难.经过渠化设计的平面交叉在时间、空间上得到了充分地利用，提高了交叉 口的通行能力并增进了其安全性。一个平面交叉口的存在，必然会有大量车辆的参与，这些车辆的行为特性 也千差万别，时间与空间的冲突一同构成了对平面交叉口的压力.一旦平面交叉 口存在了无法自愈的问题，则整个区域路网就会而临着巨大压力.从而形成城市 病.这则论文的目的就是在于研宄平面交叉口中存在的渠化问题以及措施，并 结合一个典型路口的具体数据，用科学的方法的分析问题解决问题.2典型交叉口渠化设计中存在的问题根据以往的研究和现实情况中拥堵交叉口的实例分析中，在

6、平面交叉口几何 设计开始，以及整个交通区域的总结中，得出儿个主要研究问题的原因:.分别 为渠化车道和该路段车道功能并不能完全平衡，.交叉口专左车道渠化存在着不足.右转车流组织存在着不足。2.1渠化车道和该路段车道功能不能完全平衡以北京市为例，整个城区看做一个完整的交通区域，在早晚高峰期时刻（早 7点到9点，下午5点到8点），五环内将近百分之八十的道路（主干路和快速路） 内车流速度很低，交通拥堵指数在6-9之间，达到中度拥堵，甚至是严重拥堵。 车流速度的降低，路段屮车辆的人幅增多，这些拥堵问题都给平面交叉门带来了 巨大的压力。分析该交叉口的交通设施情况，这些问题大部分是由于在该交叉口 中，空间以

7、及地形都很大程度上限制了车流的速度，以及该交叉口中车道设置与 该道路的功能性无法匹配。2. 1. 1、平面交叉口中道路实际空间与该交叉口的需求空间不匹配。该交叉口的车道实际数量与所需数量不匹配。且实际车道的宽度小于设计中 合理的车道宽度，这些问题导致了车辆在进入交叉口的之前，在保证自身通行之 前，需要频繁转换车道，这些转换车道的行为很大程度上会减缓后而车辆的行驶 速度，从而会造成在车辆进入交叉门之前就己经出现速度减慢，频繁刹车、启动 等能造成拥堵问题的雏形。2.1.2车道的数量在一定程度上也会限制交通区域内车流的通行能力。流量大的交叉口所需要的车道就会越多，但现实情况并不是能够 绝对满足，这样

8、就造成了在交叉口的拥堵,车流速度变低，出行的时间 成本増高.2.2专左车道渠化的不合理性根据现实情况的调查研宄，专左车道渠化不合理的原因都如下几点： .左转半径在设计之初没有考虑到实际情况，存在着距离缺陷。或者是在 驾驶员视角a有交通器材或者是建筑物等遮蔽物的存在。左转行驶的车辆遇到这 些情况的存在会下意识的减缓自己车辆的行驶速度，从而导致整个交叉u通行的 效率变低，速度减缓而形成的堵车情况的发牛.。 .专左车道的长短也是切实影响到通行的效率，如果专左车道没有达到足够的 距离，车辆在行驶过程屮并不能和前后车形成有效的行驶距离，在变道过程屮无 法提高自己的行驶速度。也无法在保证速度的情况下，能合

9、理的进入的专左车道。 这样容易导致交叉口无法在保证效率的前提下，能在合理时间内提高通行效率， 从而出现交叉口拥堵现象。 、在有专左车道的平面交叉u中，如果并没有设置左转等候区，这种情况就会 导致在专左车道内等候通行的车辆大大增多，而且木身交叉口也会杂乱无章，车 道内密集，同时某些区域不能合理使用，造成资源浪费。往往这些排队的车辆会 等到一个甚至是几个红绿灯周期。大大影响到平而交叉口的通行效率。使得该交 叉门成为一个拥堵的核心。2.3右转车流组织的不合理性由于很多地方在右转的时候是不受红绿灯所控制的，为了迅速到达目的地， 会出现人车同时在主干道的情况，这种情况导致了人车之间具有很深的通行矛盾，

10、既影响行人出行，也影响车辆在道路上的通行.这些问题主要集屮在一下几点： 、由于地形的原因，在一些设有右转车道的平面交叉口里，这些右转的车 道宽度并没有到达实际中需求的宽度，而且车道过短，在车道中间的绿化带很大 程度上限制/直行车道的渐变段.车辆在行进过程屮很难变更车道,在变更车道 的过程中也会很大程度的放缓自身的速度，由于国内的车道宽度一般不会高于3. 5米,这样一来往右行驶的车辆是不能在第一时间内进入专右车道，这样就会 使得道路的专右车道不能百分之百得到利用。这种情况的发生就产生了平面交叉 口拥堵的诱因之一。 、由于路面存在着障碍物，专右车道的转弯半径不能到达通行要求，往右 转弯的车辆会面临

11、着很多问题，例如：非机动车与行人会与机动车争夺路权，右 转车辆很难通行。由于专右车道的普遍存在于人行道的临近路段，且位于道路的 外侧以方便通行。当该路段无法在保证路面相对的通行条件时（例如：路面平整 以及路面视线好），这样就会造成右转的车辆转弯吋顾忌很多，且速度放缓，转 弯半径无法达到要求，行人和非机动车对机动车的造成干扰，从而减缓各方的行驶速度，使得三方矛盾lnl显。3平面交叉口的典型渠化措施3.1如何匹配车道功能与路口空间路口空间如何才能合理兀配车道功能是一个需要解决的问题，目前解决这些 问题的措施可以通过合理的路口拓宽、合理的车道渠化以及车道功能进行调整从 而达到实现这一目的。3. 1.

12、 1路u拓宽在现实情况中会出现很多平面交叉口拥堵问题，而产生这种现象的一个直观 原因是由于该平而交叉口不能满足相对的进口通行能力，就好像是一条小溪并不 能满足洪水期泄洪要求，最简单的方法就是将这条小溪改造成一个人型河流。平 面交叉u也是如此，路口在不够宽的情况下，可以通过拓宽路u来达到该平面交 叉口的通行要求。而拓宽路口一般来说有一下几种方法： .匹配路段车道数，当该平面交叉口的车道数小于该路段上的车道数时， 在充分考虑到车流的方向以及行进速度吋，就可以通过拓宽路u的方法己增加进 出口车道数量，用来和连接路段达到平衡，这种方法合理且高效的满足了进出口 车流的出行需求。 .在提高进出口通行能力的

13、前提下，如果该路口的任意一个车流的需求流 量不能匹配到要求流量，而其余的各个方向的车流接近于饱和或者是不能缓解更 多的分流压力，则我们就需耍加宽路口，这样做是为了增加此方向车道数量用以 增加此路口的通行流量。又根据进出平而交叉口的车流方向的不同，把车道拓宽 分成增多进门机动车道和出门机动车道。 .就缓解交通压力来说，增加车道的宽度和拓宽道路不仅仅是以上两点， 增加机动车道的宽度与非机动车道的宽度都可以达到想要的效果，但在实际的交 通屮，±符加非机动车的宽度是一个用的比较多的方法。这种方法在不破外原有基 础建设的情况下能达到最理想的效果。因此也用的最多。3.2车道的渠化车道的渠化措施可

14、以根据渠化的方向分成下而几种情况： .渠化车道的宽度，在现实生活中，车辆在路过平面交叉口时通行的速度 都会比较低，在这个基础上我们可以适量的减少车道的宽度，这样就可以在平面 交叉口的宽度不可更改的情况下，一定程度上可以得到更多的车道数，利用压缩 车道，压缩侧宽的渠化车道宽度的方法就可以得到更多的车道数。从而达到理想 的渠化方案。 .渠化车道的长度也是男外一种办法。在单个平而交叉口中，进口的数量 往往是会多于上游路段，这种情况是有平面交叉门的通行特性所决定的，而多余 出来的渠化车道应该为专右车道或者是专左车道。如果在这个平面交叉u中渠化 的路段过于短的话，就会很大程度的威胁到路口车流在排队时对分

15、车道的行驶。 又如果如果在这个平面交叉口中渠化的路段过于长的话，这样就造成了平面交叉 口进口通行效率的浪费。3.3车道功能的调整平面交叉口的左转车道渠化可行的措施可以分为如下几个方面： .专左车道渠化在实际生活中，除了单向行驶的单车道道路和在设计之初就决定了设计时速 小于50km/h,且交通量小于450vch/h,而且左转比例明品小于右转比例的的双车 道道路以外，都应该在平面交叉门的进门处设置专左车道，而这些所需的专左车 道的长度应该有该平面交叉u的交通量和做专车的实际比例所决定，但在普遍情 况下，我们基木都选取40-100米作为所需的专左车道的长度。 .待转区的设置问题在某些左转交通量很大，

16、并且设置了专用左转的车道或者是设置了专用的信 号工具时，这种情况就需要在该平而交叉口内设置左转待转区。这个区域部分的 开始端和进门道左转弯处的停车线彼此对应，这个区域的结束端与对向直行车的 允许通行的区域部分有着必要对应。 .直左车道的设置问题直左车道作为未设置专左车道情况下用来代替左转车道的渠化设计，这种方法仅针对左转的交通流量较小的时候。3.3平面交叉口右转车和行人影响削弱方法在某个平面交叉口中，车辆与行人共同构成了独特的交通风景，但行人与车 辆的如何更好地彼此独立，将负而形象降至最低，一般来说是分割二荠的时间与 空间，主要可以分为以下几点： .在右转机动车红绿灯信号上进行事先干预，在设置

17、平面交叉口的红绿灯 时，充分考虑到右转车辆是不受该红绿灯所控制，但在高晚高峰等人口车辆相对 密集的时段，长时间连续通过平面交叉门容易导致路上的行人根本不能在一个信 号灯吋长内清空，这种情况的出现，就需要设置一些右转机动车信号灯，这样做 是为了保障行人的路权，保证行人能在一个信号灯周期时长内完成过街。 .信号灯的作用不仅仅是为了约束车辆，也要约束行人，在这种情况k, 设置行人信号灯就很有必要，为行人设置信号灯可以避免大规模人群冋吋进入该 交叉口，而且源源不绝的进入，这样会给车辆造成极大的出行压力。设置信号灯 就是为了在一定程度上避免这个问题，降低行人对右转车的干扰。 .由于行人出行的不规则性，专

18、为行人设置一些等待区很有必要，这些行 人等待区的目的是为了降低行人与右转车辆的冲突区域，同时也是为了保证行人 在出行过程中减少与车辆接触的单位面积，保证行人的生命与财产安全。4. 关于某大型平面交叉口的交通组织优化案例4.1交通实际情况合肥市的徽州大道与南二环的平 面交叉口坐落于合肥市南二环路与徽 州大道的重合处，图4.1为该地区的 路网卫星图。这个面交叉口是该市一 个较大的平面交叉口，此处附近公交 站点约有20个，南北东西均为城市主汗路牢农*乐公bj州大道'dibir取合分 ox之番含rem®河区市 政工冒瑁tt x东流路（8）兴逢抽姐州、大、道州大道南二环路南f环路徽东流

19、路图4.1徽州大道与南二环路的平面交叉口路网卫 星图干道，交通地位很高（如图所示）.根据已经有的资料和实地调研结果，并加以 iicm2000计算分析流程为准，徽州人道-南二环路平面交叉门所有的进门道的修 正饱和流率、通行能力以及v/c（最大服务交通量与基本通行能力的比值），均在 表4. 1上列出。表4. 1东南西北进门通行能力以及饱和率进口车道组理想饱和流率修正饱和流率通行能力v/c东进n直行190017804401. 75专左190017001800.93专右1900152013400.25南进直行1900487016200. 14专左190017003700. 27专右1900152014

20、900. 55西进直行190017804401. 58专左190017001800. 73专右1900152013400. 19直行1900487015400. 15北进专左190017003500. 31专右1900152014150. 13利路-aez51ej3趁利路由图4. la和表4. 1可以 得出，在徽州大道-南二环路 该平而交叉口东进口的直行 车道饱和度达到1,75,专左车 道到达0.93,接近于1。西进 口的直行车道饱和度达到 1.58，专左车道饱和度达到 0.73。而南北进口的直行车 道，专左车道，专右车道的饱 和率均低于0.6,且数值较低。 这说明了在徽州大道-南二环 路路口

21、在早晚高峰期会出现图4.1a各个进口的交通现状 明显的潮汐现象，这种情况的 发生不仅仅存在于该路段，在每个人型的交通区域内部，平面交叉门会多多少少 出现这个问题，这个问题是必然会出现的。由于该路u的各个进u方向交通运力 的供求与补给不能合理匹配就会引发如下问题： .在该平面交叉门的东西方向的早晚高峰时段会出现潮汐现象，并丑会伴 随着大规模的堵车问题。0前的话合肥市地铁5号线也在该交叉u附近建设当 中，使得该路段变得更加的拥堵，东进口和丙进口方向车辆在高晚高峰进入的数 量明显超过该平面交叉口可以承受的范围，这点在该地v/c数值上得到明显体 现，双双达到1.50以上。而东进口与西进口的专左车道的v

22、/c指数也和1.00 相距不远。由于东进门道处到存在着一个人工岛，人工岛上是一个变压器，由于 障碍物的存在，进入东进口的车辆会在进入东进口之前就被迫减速,且小心慢行。 这种人工岛的存在不仅严重侵占了路面面积，而且乂影响到东进口处的车辆进入速度。极大程度的使得该平而交叉口在开始运行之前就极可能的产生交通拥堵的 隐患。 .在所有通行能力的数值当中，我们可以发现南进口处的直行车道和专右 车道的流量分别为前两位，数值是1620和1490,但在v/c（最大服务交通量与基 本通行能力的比值）数值屮，我们可以得到南进门处的v/c比为0. 14和0.55,但在东出u的处有一个路面障碍物，这个障碍物的出现使得机

23、动车道很难及吋向 右转弯，也使得丙进口的车辆无法加快速度，只能缓慢的通过该路口。这样就导 致了该平面交叉口的东西向两个方向的通行能力大打折扣，且安全也不能完全保 证。4.2现状分析4.2. 1几何设计徽州大道-南二环路平面交叉u是比较典型的十字形平面交叉u的设计，东 丙走向的徽州大道为城市的主干道，南北走向的南二环路是城市的二环路，双侧 均为辅路，主路与辅路之间间隔有绿化带及镶嵌着若干公交车站。在此平面交叉 口中的东西进口已经被渠化过，分别为专左与专右以及直行的车道。南北路段上 层建筑为南北序城市高架桥，路面也已渠化为专左，专右以及直行车道。4.2交通特性徽州大道-南二环路交叉u的机动车类别很

24、丰富，主要是由小型汽车、公交 车、大型客车、小型客车等等。在上面的内容里也介绍了该平面交叉口的东丙走 向车流量是远远大于南北走向的，下表所见为晚高峰时段各个进口的平均每小时 的流量。具体数据见表4. 2。表4. 2东丙南北进口晚高峰时段一小时的流量左转pcu/h直行pcu/h右转pcu/h东进口170780365西进口130700250南进口100220840北进口108240190(注：表格数据均来源于2016年10月10日的当日统计)4. 2. 3改善的措施.徽州大道-南二环路交叉门采用的四相位定周期信号控制的方案，周期时 长为166秒，黄灯吋长为3秒钟，具体信息如表4. 2. 3所示表4

25、. 2. 3该交叉口 4相位定周期信号控制编号名称红灯/黄灯黄灯红灯结束绿灯结束红灯结束2绿灯结束2类型103163周期20367129周期303163163周期经过韦伯斯特公式计算优化得出结果见表4. 2.3(1):编号名称红灯/黄灯黄灯红灯结束绿灯结束红灯结束2绿灯结束2类型103152周期2035685周期0389109周期优化将周期吋长改为112秒，黄灯依旧不变为3秒。经过优化之后，能明显缓解东进口与西进口的交通流量出现井喷式增大的不 良现象，也使得各个路门交通变得流畅，不会出现某个进出门在排队等待，在主干 路与次主干路流量相差很大的情况下能够充分的便面绿灯吋间的白白浪费。 .路段渠化

26、方案东丙进口和南进口的路段设置了提前右转车道，右转车辆可以提前转弯，减 少了延误。西出口拓宽为两条车道。 .拆除不良障碍物上文中提到了东进口道处到存在着一个人工岛，人工岛上是一个变压器，这 个变压器严重阻碍丫车辆通行，东进门的车辆会在进入东进门之前就被迫减速， 且小心慢行。这种人工岛的存在不仅严重侵占了路面面积，而且又影响到东进u 处的车辆进入速度，在市政部门的协助下，在保留这个变压器的原有功能的前提 下，将此变压器移除。 .在不破外原有基础的前提下，重新渠化东进u的辅路车道，将地面的标 志线重新绘制并加以完善，使得路面渠化更加清晰，减少不必要的视线不良问题。4.4案例仿真的评价大型城市平面交

27、叉门是解决城市拥堵问题的关键，它融合了不同出行需求的 空间吋间矛盾，是交通流量的主要集散点，由于这样的交通特性，交通组织优化 就是必不可少且为了维护城市交通安全的必要措施，也是解决交通问题的关键手 段。在用到vissim交通仿真软件基础上，从现状、信号灯优化、道路渠化对该 交叉口进行仿真评价。4. 4.1仿真验证为了使得本文数据更具有说服力，我们选取了徽州大道-南二环路交叉口的 4个进门道的路面断面的交通流量作为选择数据进行该仿真系统的验证。在徽州大道-南二环路的东进口、西进口、南进口、北进口的交通断面的流 量相对误差为14%, 7%, 12%以及5%,误差均为超过15%,在研允中这些误差均

28、在可以接受的范围内，不会对结果产生绝对影响。4.4.2效果的评价在评价平而交叉口的时候，我们通常会选择各个进口车道的服务水平和排队 长度以及车辆延误时长等几个方面来进行具体的方面，这几个方面是评价平面交 叉口运行能力的基本性能，也是评价一个平面交叉u必不可少的方面。为了使数据看起来更加清晰我们选择做几个图表，来解释交通现状，经过信 号灯优化之后的状态以及渠化后的交通状态。.现状（表4. 4. a）从路段：进入节点的路段数量到路段：离开节点的路段数量t停车时间（全部）：车辆停车延误s，全部车辆类型平均排队：平均排队长度m延误（全部）：车辆延误s，全部车辆类型最大排队：最大排队长度m表4. 4.

29、a该交叉口平均排队及延误现状从路段到路段t停车时间（全部）平均排队延误（全部）最大排队3854.958.574. 7145. 131248. 558. 565.6145. 131354.672.271.2144. 371356.756.770.873. 171252, 756. 767.973. 17460.855.474.572.6111324.651.733.6153.711434.451. 746.4153. 711836.264.745.4153.517444.822.064.538.217866. 569.986.0100.9171275.676.698. 1100. 30047.4

30、57.062.4153.70047.457.062.4153. 7cid翻女.10 導續cmlli 麗+<0nxmu事*»r图4.4a现状vissim截图.信号灯优化（已节点1为例）（表4. 4. b）从路段：进入节点的路段数量到路段：离开节点的路段数量t停车时间（全部）：车辆停车延误s，全部车辆类型平均排队：平均排队长度m延误（全部）：车辆延误s，全部车辆类型最大排队：最大排队长度m表4. 4. b该交叉口优化后平均排队及延误从路段到路段t停车时间（全部）平均排队延误（全部）最大排队3821.036.0139.731. 131221.236.0139.731.231320.8

31、43.0138.829.271358. 547. 373. 174. 371243.047.373. 174.37427.551.072. 738.6111312.631. 5122.920.611417.631.5122.926.611818.332.2122.726. 717424. 310. 32641.917856.768.495.574.4171235.959.294.855.20028. 541. 1139.740. 30028.541. 1139.740. 3t«t «ti myl mssifr ?>1 躧炉?*0 *taj «>x» 1tj» : r罄cuuhuu图4.4b优化后vissim截图.道路渠化（表4.4. c）从路段：进入节点的路段数量到路段：离开节点的路段数量t停车时间（全部）：车辆停车延误s，全部车辆类型平均排队：平均排队长度m延误（全部）：车辆延误s，全部车辆类型最大排队：最大排队长度m表4. 4. c该交叉门渠化优化后平均排队及延误从路段到路段t停车吋间（全部）平均排队延误（全部）最大排队383.62.010.626.931217.533.327.3137.731318. 344.427.4136.971344.344. 358.573.