多路交叉口分散交通组织方法研究

彭庆艳

(上海市城市建设设计研究总院(集团)有限公司，上海 200125)

多路交叉口具有交通流向多、冲突点多、信号周期长、交通秩序混乱[1]、道路转弯半径小、行车轨迹复杂[2]、交通安全隐患大[3]的特点，是交叉口设计的难点。环形交叉是多路交叉口最简单的组织方式，但无信号控制的环形交叉口存在通行能力低的问题，为此，杨锦冬[4]、赵靖[5]等提出了采取信号控制的手段。肖海承[1]等提出了工程改造、交通组织优化、交叉口渠化、信号控制等多路交叉口非环交方式的交通改善策略，张震山[2]进一步提出了设置分离式立交、形成组合交叉口等工程改造措施；杨伟[6]、高明[7]等提出了禁止某些转向、分离过境交通等交通组织和区域改善策略。

现有研究多针对四路或五路交叉口开展研究，对于六路或更多路交叉口研究较少，且工程改造及信号控制等应用实践因每个交叉口的形式、交通量、周边环境等具体情况差异较大，已有研究成果还不具有通用性，复制推广应用困难。因此，研究一种较为通用的、可按步骤操作、对于多路交叉口均可使用的交通组织方法，显得十分必要。

1 多路交叉口分散组织的思路

多路交叉口的交通流线冲突点数量随着相交道路数的增加，呈几何级增长[1，7]，当大于等于五路交叉口时，在不同转向流线不冲突的情况下，相位相序组合变得十分复杂。

1.1 现有交叉口组织方式

以五路交叉口为例，现状交叉口常用交通组织方式有如下3种：

(1) 无信控环交组织。将交通流冲突点转变为环岛内车道之间的车辆交织，优点是交通流连续，缺点是受转向流量、交织段长度限制，交叉口总通行能力有限[8]。以50 m内径环岛为例，左转交通最远走行距离约280 m，单车过交叉口时间约50 s，如图1所示。

图1 五路无信控环交组织交叉口

(2) 有信控环交组织。通过在每个进口道和环岛车道之间设置停车线和信号灯，信号灯组数与进口道数量相同，消除环岛进入车流对交织段交通的影响，提高环岛交织车道通行能力，如图2所示。通过多进口道放行协同环道控制[5]，可减少信号灯相位数，仍不能解决转向交通走行距离过长的问题。

图2 五路有信控环交组织交叉口

(3) 信控平面渠化组织。通过设置5相位左右的信号灯，消除同一时段内、不同流向的交通冲突点，调控交叉口的时空资源。缺点是信号相位数量多、信号周期长，车均延误时间长；若相交道路夹角较小，还存在转弯半径过小、通行视距差等问题，如图3所示。

1.2 分散信控交叉口组织思路

借鉴环形交叉组织方式，在中间布置各进口道路之间的连接道路，为解决环形交叉组织情况下左转交通走行距离过长的问题，将环形交叉逆时针单方向组织方式调整为双向交通组织[9]，并在每个进口道和连接道之间设置交叉口，将一个信号控制交叉口变换为数个微型信号控制交叉口，从而简化交叉口进口道渠化和信号配时，如图4所示。

图3 五路信控平面渠化组织交叉口

图4 五路分散信号组织信号控制交叉口

2 多路交叉口分散组织方法

2.1 道路、转向交通及交叉口编号

以k个方向的道路相交的交叉口为例，按照逆时针方向依次将道路编号为1，2，3，……，i，……，n。

利用多路交叉口的内部空间，设置n个相交道路之间的连接性道路，形成一个内部大转盘，在每个进口处分别形成一个3路相交的微型Y型交叉口，共n个微型交叉口，编号分别为①，②，③，……，i，……，n。以i交叉口为例，微型交叉口的一条进口道即为原n路交叉口的进口道i，另外两条进口道则由进口道i与相邻的进口道i-1、进口道i+1之间的连接线及连接线的平行线构成。其中内圈进口道编号按照相交道路号码从大到小编号，即(i+1)-i；外圈进口道编号按照相交道路号码从大到小编号，即(i-1)-i。

以i交叉口为例，共有3个进口道，分别为进口道i、内圈进口道(i+1)-i、外圈进口道(i-1)-i。其中i进口道的转向交通共n-1股车流，逆时针方向由右至左分别为i-(i+1)，i-(i+2)，……，i-n，……，i-(i-1)，如图5所示。

图5 微型Y型交叉口组成

2.2 交通转向组织规定

不同进口之间的转向交通，按照行经最少的微型交叉口数目及最短路径的原则进行流线组织。

以交角相等的多路交叉口为例，当n为奇数时，i进口道的转向交通中，i-(i+1)，i-(i+2)，……i-(i+n/2-1/2)等(n-1)/2个转向交通由内部大转盘的左侧顺时针转至终点道路，i-(i-1)，i-(i-2)，……i-(i-n/2+1/2)等(n-1)/2个转向交通由内部大转盘的右侧逆时针转至目的道路。当n为偶数时，i进口道的转向交通中，i-(i+1)，i-(i+2)，……i-(i+n/2-1)等(n-2)/2个转向交通由内部大转盘的左侧顺时针转至目的道路，i-(i-1)，i-(i-2)，……i-(i-n/2+1)等(n-2)/2个转向交通由内部大转盘的右侧逆时针转至目的道路，i-(i-n/2)转向交通既可由内部大转盘左侧顺时针、也可由内部大转盘右侧逆时针转至目的道路。

2.3 微型交叉口渠化与信号控制

微型交叉口为3路相交Y型交叉口，共设置3个信号相位，为确保转向交通方向明确、不走错路，首先按照“分车道行驶”的原则，每个进口道按照交通转向的数目确定基本车道数，并在每个进口道、出口道处标识转向交通起止点，以避免不同转向交通在路段上的交织，如图6所示。然后，根据转向交通流量多少，进行交叉口初步信号配时并确定渠化车道数[10]，针对流量较大的左转交通增加转向车道数，以达到车均饱和度相当。

图6 微型Y型交叉口进出口道交通转向引导方式

2.4 微型交叉口之间信号协调控制

n个微型交叉口可信号协调控制，共设置三个信号相位，其中，相位一：每个微型交叉口的进口道i的左转交通同时放行；相位二：每个微型交叉口内圈进口道(i+1)-i的左转交通同时放行；相位三：每个微型交叉口外圈进口道(i-1)-i的左转交通同时放行。相邻微型交叉口的信号时间间隔根据连接道路长度、车辆速度等计算得到。

2.5 微型交叉口环形交叉组织方法

微型交叉口除了采取信号控制平面渠化组织方法以外，还可采取无信控环交组织[11]、有信控环交组织等方法。

3 多路交叉口分散信控组织示例

3.1 五路交叉口分散信控组织示例

五路交叉口交通转向组织流线如图7所示，每个交叉口进口道中，最右侧右转车道经2个交叉口右转-右转至终点道路；次右侧右转车道经3个交叉口右转-左转-右转至目的道路；次左侧左转车道经3个交叉口左转-右转-左转至目的道路；最左侧左转车道经2个交叉口左转-左转至目的道路。交叉口信号控制相位、相序组织如图8所示。

在每个转向交通流量均相等的情况下，微型交叉口可采取相同的三相位配时方案，表1给出了转向流量分别为200 pcu/h、300 pcu/h、400 pcu/h、500 pcu/h、600 pcu/h、800 pcu/h等情况下五路交叉口的主要参数取值。

(a) 1→3、2→4、3→5、4→1转向流线

(b) 1→5、2→1、3→2、4→3转向流线

(c) 1→4、2→5、3→1、4→2转向流线

(d) 1→2、2→3、3→4、4→5转向流线

(a) 相位一

(b) 相位二

(c) 相位三

表1 五路交叉口主要设计参数与服务评价

3.2 六路交叉口分散信控组织示例

六路交叉口交通转向组织流线如图9所示。每个交叉口进口道中，最右侧右转车道经2个交叉口右转-右转至终点道路；次右侧右转车道经3个交叉口右转-左转-右转至目的道路；最右侧左转车道经4个交叉口左转-右转-右转-左转至目的道路；次左侧左转车道经3个交叉口左转-右转-左转至目的道路；最左侧左转车道经2个交叉口左转-左转至目的道路。交叉口信号控制相位、相序组织如图10所示。

(a) 1→2、2→3、3→4、4→5、5→6转向流线

(b) 1→3、2→4、3→5、4→6、5→1转向流线

(c) 1→4、2→5、3→1、4→2、5→3转向流线

(d) 1→5、2→6、3→1、4→2、5→3转向流线

(e) 1→6、2→1、3→2、4→3、5→4转向流线

(a) 相位一

(b) 相位二

(c) 相位三

在每个转向交通流量均相等的情况下，微型交叉口可采取相同的三相位配时方案，表2给出了转向流量分别为200 pcu/h、300 pcu/h、400 pcu/h、500 pcu/h、600 pcu/h、800 pcu/h等几种情况下六路交叉口的主要参数取值。

3.3 多路交叉口分散信控组织规律分析

对比表1、表2中参数，发现如下规律：

(1) 通行能力的主要影响因素为连接道路长度与连接道路的渠化车道数。当连接道路长度大于100 m后，可通过增加连接道路的渠化车道数，即连接道路的宽度来提高交叉口总的通行能力。

(2) 车均过交叉口总时间仅与微型交叉口单车道转向流量有关，在微型交叉口进口道数量增加的情况下，每个交叉口的车均延误时间、车均过交叉口走行的距离均不变。六路交叉口较五路交叉口，仅仅因车均过交叉口的距离增加而增加了车均过交叉口总时间，增加13%左右。

(3) 交叉口的总占地面积主要与连接道路的长度有关、其次与连接道路的宽度有关；而连接道路的长度主要与转向流量多少有关。在转向流量增加的情况下，增加连接道路的宽度较增加连接道路的长度，还可降低车均过交叉口时间、占地面积。

3.4 多路交叉口组织方法对比分析

多路交叉口采用分散信控组织形式，与环交一样存在占地较大的问题，且进口道路之间的联系道路长度是交叉口总通行能力的主要影响因素。计算用地面积相当情况下五路、六路交叉口不同组织方式下的通行能力和车均过交叉口延误时间值，如表3、表4所示。

表2 六路交叉口主要设计参数与服务评价

表3 五路交叉口不同组织方式的参数对比

表4 六路交叉口不同组织方式的参数对比

可以发现：

(1) 同样占地面积下，分散信控交叉口的通行能力最大，且随着占地面积的增加，通行能力呈线性增长，约为无信控环交、信控环交的2～4倍。

(2) 同样占地面积下，无信控环交的车均过交叉口时间最短，分散信控的车均延误次之，信控环交的车均延误最大；分散信控的车均延误约为信控环交的0.5～0.6倍。随着占地面积的增加，车均过交叉口时间增长速率值以分散信控的最小，约10%；有信控环交的次之，约20%；无信控环交的最大，约30%。

因此，多路交叉口分散信控组织的优点为通行能力大、车均过交叉口距离短、车均过交叉口时间短。

3.5 分散信控组织多路交叉口改建方法

由于各进口道路之间连接道路的长度决定了微型交叉口各进口道可排队的长度，也就决定了各转向交通量的设计上限值。当交叉口建成以后，若某方向的交通量超过了设计上限值，需要对交叉口进行改造。

当超过设计上限值的转向交通为个别流向时，可通过拓宽该流向所需经过的微型交叉口相应进口道，采用增加渠化车道数的方法解决。

当超过设计上限值的转向交通为较多流向，或采取增加渠化车道数不能满足交通排队空间时，应重新计算连接道路的长度、宽度等相应参数取值，采取扩大交叉口的方法来解决。

4 结语

通过多个微型交叉口对多路交叉口进行分散组织，可以更好地解决交叉口秩序混乱、排队较长等问题，适用于交通总量很大的五路以上的交叉口，缺点是占地较大，连接道路长度一经土建施工，难以按照转向流量变化情况实时调整，上述问题还需进一步研究解决。