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信号控制交叉口左转车道待行区设置研究


第 39 卷   4 期 第 2007 年 8 月

信号控制交叉口左转车道待行区设置研究
丁   1 ,2 ,翟   2 威 希
(1. 西安建筑科技大学土木工程学院 ,陕西 西安 710055 ;2. 同济大学交通运输工程学院 ,上海 200092)

摘   : 利用冲突点法 ,以后置型专用相位左转车道的待行区为例

,详细分析了左转弯待行区工作原理 ,解释 要 了本向左转车辆与对向直行车辆通过冲突点附近时的相互关系 . 根据两冲突相位车流到达冲突点时间的先 后情况 ,得出当交叉口清空指数小于 0 ,左转车流到达冲突点比直行车流时间长的情况 ,归纳了设置待行区的 适宜条件 . 本研究把左转待行区合理地融合进我国现有的交叉口综合控制管理中进行了有益的探索 . 关键词 : 左转弯待行区 ; 冲突点法 ; 清空指数 ; 信号相位 中图分类号 :U412. 35      文献标识码 :A      文章编号 :100627930 ( 2007) 0420580205  
. 3

信号控制是解决交叉口交通问题的重要技术之一 [ 1 ] . 在左转车比例较高的交叉口 ,通常会产生相当 大的延误 ,使交叉口通行能力降低 ,设置左转专用车道及专用左转相位是一种较有效的解决方法 . 其基 本思想是使部分左转车辆提前进入交叉口 ,充分利用左转相位的绿灯时间 , 在一定的绿灯时间内增加 通过交叉口的左转车辆数 ,从而增大交叉口的通行能力 . 同时 ,在时间上把交叉口内相冲突的交通流分 离 ,避免由于冲突带来的事故 . 一般在大型交叉口设置左转待行区 ,规定在直行绿灯启动的时候 ,左转车道上的待行车辆进入待行 区等候 ,等到左转专用相位的绿灯信号启动时进行左转 . 这就是所谓的二次左转 [ 2 ] . 由国外先进经验来 看 ,一般会采用在交叉口缩减车道尺寸增设车道渠化分流的方法来提高交叉口瓶颈处的通行能力 [ 3 ] . 而 在无法增设车道渠化分流的情况下 ,一般对有左转专用相位的交叉口设置左转待行区 . 在前一相位通行 时 ,让左转车流先驶进待行区 ,等待绿灯信号启动时快速驶离 ,变相地增加了车道长度 ,提高道路资源的 利用率 . 目前我国的一些城市的交叉口已经设置了左转待行区 ,但大都参考国外城市交通规范进行设计布 置 . 考虑到交通情况的复杂性与地域差异性 ,这些规范数据是否真的能够适应我国城市交叉口的复杂情 况还很难说 . 因此 ,在引进国外先进技术概念的同时 ,如何把左转待行区合理地融合进我国现有的交叉 口综合控制管理中 ,值得深入研究 .

1  左转待行区设置条件
1. 1   左转车道

左转待行区需与左转弯专用车道和左转专用相位共同使用 .

在无专用左转信号的条件下 ,左转车通过路口的可能方式有 3 种 : 一是利用初绿期通过路口 ; 二是 恰好遇到直行车可穿越空挡 ,通过冲突点 ; 三是利用对向直行车全部驶离冲突点后剩余的绿黄时间通 过 [ 1 ] . 但是通过大量分析研究以及实际经验表明 ,在左转车比例较高的情况下 ,通常在交叉口会产生相 当长的延误 ,无论哪种方法对解决这个延误都没有太大帮助 ,因此在条件允许的情况下交叉口可设置左 转专用车道 . 左转车道通常设置为专用左转车道 ( Exclusive Left2t urn ) 和左转2直行合用车道 ( Shared
3收稿日期 :2006204230    修改稿日期 :2007206228

Left2 Tho ugh) .

基金项目 : 国家自然科学基金资助项目 (70631002) 作者简介 : 丁   (19712) ,男 ,甘肃武威人 ,讲师 ,博士研究生 ,主要从事交通行为理论 、 威 交通规划与管理方面的研究 .

J1 Xi ’ U niv. of Arch. & Tech. ( Nat ural Science Editio n) an

西 安 建 筑 科 技 大 学 学 报 (自然科学版)

Vol. 39   . 4 No Aug. 2007

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1. 2   专用左转相位

左转相位通常有 3 种设置方法 : 专用相位 ( Protected) 、 允许相位 ( Permit ted) 和复合型相位 ( Protec2 ted + Permit ted) . 一般情况下 ,左转车流量大于 3 辆/ 周期 , 就应设置左转专用相位 [ 3 ] . 设置左转待行区 的进口道设有专用左转相位 ,相序通常安排为同一进口道先直行后左转 . 左转专用相位又有前置 、 后置之别 . 前置左转相位 ( Leading Green ) 指在交叉口对象冲突直行车辆 前放行左转车流 ,后置左转相位 (Lagging Green ) 指在交叉口对象冲突直行车辆后放行左转车流 . 通常 后置左转车道的启动损失比前置型少约 1 s[ 3 ] .

2  左转待行区设置

本文以后置型专用相位左转车道 ( Protected Lef t2 Turn Lane Lagging) 的待行区 ( Waiting Zo ne ) 为 例进行原理分析 . 左转待行区设在左转专用车道前端 ,伸入交 叉口内部 ,伸入长度应保证在此范围内待行的车 辆不与对向直行车流发生冲突 , 如图 1 所示 . 左 转待行区的标线为两条平行白色虚线 ,前端标绘 停车线 ,标线内标注 “左转待行区” 用以指示左 , 转待行区的范围 . 后置型专用相位左转车道相位基本特征如下 : 相位一 : 本相直行 + 对象直行 相位二 : 本相左转 + 对象左转 其他相位 : 横向直行/ 横向左转 本文所研究的左转相位设置情况 ,基于一个 实际情况 ,中国大多数城市信号控制中对绿灯间 图1  左转待行区设置及其冲突点位置 隔时间都遵循相同的设置原则 ,即上一相位黄灯之后才起亮下一相位的绿灯 . 这种做法避免了信号搭接 的设置 ,有偏向于安全的考虑 . 本文对绿灯间隔时间的设置也属于这种情况 . 2. 1   正常情况下 ( 无待行区时) 车流运行与信号相位间关系 一般情况下 , 上一相位的冲突车流 ( 直行) 与下一相位的左转车流相继通过冲突点的时刻 , 在信号配 时中 , 由对损失时间和左转相位绿灯起亮时刻的控制来实现 . 其损失时间 L 和绿灯显示时间的起亮时 刻 t 绿 分别为 :
L = I + I1 - e
r

t绿 = t黄 + t a -

其中 :L : i 相位损失时间 ;          I :绿灯间隔时间 ;
t绿 : i 相位显示绿灯时刻 ; l1 : i 相位启动损失 ; t a - r :全红时间 ; Y :黄灯时间 .

t黄 : i 相位黄灯起亮时刻 ;

e :绿灯延长时间 , e < Y ;

正常信号配时中 , 本向左转车辆到达冲突点的时刻 , 正好在对向直行车通过冲突点之后 . 而最后一 辆对向直行车正好通过冲突点的时刻 , 在其相位的绿灯延长时间 e 和其从停车线行驶到冲突点距离的 时间 t T 之后 , t T =
LT . V T i ( i = 1 , 2 , …, n) 为直行车道 ( Thro ugh Lane) 的第 i 辆通过停车线时的车速 . v Tn

即冲突相位的黄灯起亮之后 , 前一部分的黄灯时间用作 e , 作为启亮黄灯以后继续有车辆通过停车 线的时间 . 而后一部分黄灯时间则用来让最后一辆直行车穿过冲突点 , 并保证一定的安全时间直到第一 辆左转车辆到达冲突点 , 该时间 t T 称为清空时间 . 其中清空距离 L T 由基本清空距离 L T0 和直行尾车车 身长度 L FZ 组成[ 5 ] , 即
L T = L TO + L FZ
[2 ]

通常清空时间大于 0 . 5~1 s , 当黄灯固定显示为 3 s 时 , 在黄灯后面会有一个全红时间 t a - r , 或者
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Fig. 1   2t urn waiting zone setting and collision point po sition Left

( 1) ( 2)

( 3)

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全部显示为黄灯 . 黄灯时间和清空时间的关系为 : t T = Y - e + ta - r 通常 情 况 下 信 号 配 时 在 相 位 切 换 时 ,冲突点上的时间分布情况如图 2 所 示 ,其中 g 为有效绿灯时间 , G 为绿灯显 示时间 . 2. 2   待行区与信号配时之相互关系 在冲突点附近 , 由上述信号相位的 内在联系可以看出 , 清空时间是决定左 转绿灯起亮时刻的关键 . 本文引入一个 判定清空时间的变量指数 Tc , 作为选择 设置待行区的依据 . 清空指数的计算图 式如图 3 所示 . 清空指数定义为 T c :
Tc = LT LZ V Tn V L1 ( 5) ( 6)

( 4)

图2  冲突车流相位有效绿灯时间
Fig. 2  Effective green light in collision vehicle flow p hase

可简化为 Tc = t T - tZ 其中 : L T :冲突相位停车线至冲突点的距离 ; L Z :待行区长度 ;

V T i ( i = 1 , 2 , . . . , n) : 直行车流第 i 辆通过停

车线时的速度 ; V Tn :最后一辆通过停车线的车辆速度 ; V L n : ( i = 1 , 2 , . . . , n) :左转车流第 i 辆启动至 冲突点的平均速度 ;
V L1 :第一辆左转车启动至冲突点的平均速度 ; t T :冲突车流清空时间 ; LZ tZ :左转车流平均行驶时间 , tZ ≥ V L1

图3  清空指数计算图式
Fig. 3   Calculating schematic diagram of clearance index

从车流的安全运行来考虑 , 设计交叉口应可能保证左转车流到达冲突点的时间较冲突车流短 , 即保 证 Tc ≥0 . 城市道路中 , V L n 、 L1 取其统计平均值 . 对确定交叉口而言 , 影响 Tc 的只是冲突车流到达冲突 V 点的距离差 [ 6 27 ] . 具体分以下三种情况 : ( 情况 1 包括在情况 2 里面) .
( 1) 当 Tc > 0 时 Tc = LT LZ >0, V Tn V L1 t T > tZ , 且 t T - t Z > Y - e 时 ,

( 7)

信号配时需要增加全红时间 t a - r = Tc - ( Y - e) .
( 2) 当 Tc ≥ 时 , Tc = 0 LT LZ ≥ , 0 V Tn V L1

( 8)

t T > tZ , 且 Tc = t T - tZ ≤Y - e 时 ,

全红时间 t a - r = 0 , 绿灯间隔时间只设置 3 s 黄灯 , 能够保证上一相位最后一辆车通过冲突点后 , 第
LT LZ <0, V Tn V L1

一辆左转车才到达冲突点 .
( 3) 当 Tc < 0 时 , Tc =

( 9)

t T < tZ , 此时 ,Δt = tZ - t T

Δt 意味着上一相位尾车通过冲突点后 ,再经过 Δt 时间第一辆左转车才能到达该冲突点 . 这种情况

下 ,就可以利用左转弯待行区 ,来充分利用左转相位的绿灯时间 ,提高左转相位通行能力 . 从待行区启动
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的车辆比从进口道停车线启动的车辆到达冲突点 节省了 Δt 的时间 ,图 4 为只保留 3 s 黄灯间隔时间 的配时图示 . 在现行的大多数城市信号控制绿灯间隔时间 设置原理下 [ 8 ] ,根据两冲突相位车流到达冲突点时 间的先后情况 ,得出当交叉口清空指数小于 0 ,左转 车流到达冲突点比直行车流时间长的情况 , 适宜设 置左转弯待行区的结论 . 其能够提高的最大有效绿 灯时间为这两时间差 . 对设计交叉口 , 应尽量缩小 左转车流到达冲突点的距离 , 即保证 Tc ≥ 0. 而对 改建交叉口 ,判定 Tc < 0 时 ,设置左转弯待行区 ,能 够在一定程度上改善左转车有效绿灯时间 . 图 4  Tc < 0 时 ,设置左转待行区改善的 有效绿灯时间
Fig. 4  Effective green light rectifies in left t urn waiting zone when T c < 0

3  结语

我国在左转待行区与左转专用相位这两个问题的研究上起步较晚 ,但是国内也正在不断推广这一 概念 ,同时正在不断尝试如何利用左转待行区配合左转专用相位切实有效地提高左转通行能力 . 鉴于我 国道路交通现状 ,建议信号交叉口尽量通过拓宽路口设置专用左转车道 ,将直行与左转车分离 ,以提高 运行效率 ,并在路口中心区划出左转车待行区 ; 当左转车数量不大时 ,科学合理地计算停车线位置 ,适当 加大初绿时间 ,满足左转车的需要 ; 左转车数量大的路口 ,可考虑为左转车多的入口设置专用左转相位 , 将左转车与直行车在时间上分离 . 上海 、 北京等大城市在高架道路沿线的地面道路以及一些大中型交叉 口设置了左转待行区 ,通行能力有了一定的提高 . 因此 ,通过综合分析国内外关于左转待行区设置的研 究及实践成果 ,对于充分挖掘现状交叉口通行能力的潜力以至将来编制中国的城市道路交叉口交通控 制规范是具有重要理论意义和实用价值 . 参考文献  References
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社 ,2004 :1562158.

( 下转第 592 页)

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0MD NC system , a p ractical NC macro p rogram is written by using NC milling p rocess technique wit h a rotary axis in t he

paper. The met hod and technique for developing macro p rogram fo r NC milling a kind of screw rod wit h changeable lead ming very easy and t he macro p rogram is universal , which can be suitable fo r NC milling a serial part s of screw rod wit h Key words : screw rod w i t h chan geable lea d an d l i f t ran ge ; CN C/ N C mi l li n g ; m acro p rog ram/ i nst ructor.
Biography :L Β Dong2feng ,Associate Professor ,Xiangtan 411000 ,P. R. China , Tel :0086273228899309

changeable lead and lift range wit h high efficiency.

line t hrough taking po stpo sition left2t urn lane waiting zone intersectio n for instance. Meanwhile , a relation is expo unded between t he first left turn vehicle and t he last oppo sing t hrough vehicle f ront and back at t he co nflicting point . Acco rding layout of left2t urning vehicles waiting area can reduce per pcu delay , increase utilization ratio of app roaches and make t he best of t he space2time reso urces of intersectio ns.
126. co m

and lift range in detail. Finally , a machining example shows t hat t he macro p rogramming met hod can make NC p rogram2

ble layo ut app roaches of left2t urn vehicles waiting are researched in t he paper. The result s suggest t hat t he app rop riate Key words : lef t2t u rn w aiti n g z one ; col l ision poi nt anal ysis met hodolog y ; clea rance i n de x
.

to t he successively arriving time of two vehicle flow to co nflicting2point , when clearance index is less t hen 0 , t he reaso na2
3

Abstract :After analyzing t he st ruct ure characters of a screw rod wit h changeable lead and lift range , based on FANUC2

Abstract :Based on t he conflicting2point met hod , t his paper analyses t he internal mechanism of left t urn flow after stopping

[ 4 ]     ,周艳红 . 数控加工技术 [ M ] . 北京 : 国防工业出版社 ,20021 周 济 2005. jing : National Defence Indust ry Press ,2002.

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( 上接第 583 页)

WAN G Yong2zhang , DU J un2wen , C H EN G Quan2guo . NC Technology [ M ] . Beijing : Higher Education Press ,

3Biography :DIN G Wei , Lect urer , Candedate for Ph. D. , Xiπ 710055 , P. R. China , Tel : 0086229282203559 , E2mail : weekding @ an

WAN G Ai2ling ,WAN G Biao ,L AN Hai2gen ,etc. Modern NC Machine Practical Operative Technology [ M ] . Bei2

ZHOU Ji , ZHOU Yan2hong. NC Machining Technology[ M ] . Beijing : National Defence Indust ry Press ,2002.

Development of macro program f or NC milling a kind of Sscre w rod with changeable lead and lift range
L Β D on g2f en g
1 ,2

( Equip ment Engineering Depart ment , Hunan U rban Co nst ructio n College ,Xiangtan 411000 ,China)

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Study on the setting methods of left2turn waiting zone at signalized intersection
D I N G W ei , Z HA I Xi
2

2. School of Traffic Transportatio n Eng. , Tongji U niversity , Shanghai 200092 ,China)

(1. School of Civil Eng. , Xiπ U niv. of Arch. & Tech. , Xiπ 710055 ,China ; an an

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