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南昌市交叉口交通优化设计之思考


    中国江西网交通频道   2013-06-04 19:02
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1. 南昌市交叉口交通的拥堵现状

    随着小汽车交通的迅猛增加,南昌市的道路交通日益拥堵。与其他城市类似,南昌市的交通拥堵,也主要在一些交叉口集中体现出来,比如:洪都大道-洛阳路、洪都大道南京路交叉口等。这些交叉口交通量大,道路资源有限,交通组成复杂,加之秩序不良,造成严重的堵塞和延误。

交叉口不仅是城市路网交通运行的瓶颈点,同时也是造成交通延误以及车辆运行连续性差的主要原因。因此,有效改善交叉口交通状态,提高交叉口的通行能力及车辆通过是的有序性、平顺性以对于提整体升道路交通网络的运行水平具有非常重要的作用。

而交叉口拥堵则是我国城市交通系统的普遍现象,造成交叉口拥堵的原因很多,主要是由于早期缺乏规划,后来的规划也存在一些不合理之处。还有一层原因是交通的规划与设计、建设之间存在脱节现象。

2. 改善手段——引入交通设计理念和方法

    造成交叉口拥堵的因素很多,深层的原因是早期缺乏交通方面的规划,而后来的规划也存在一些不合理之处。还有一层更为直接的原因,就是交通的规划与设计、建设之间存在脱节现象。而这缺失的环节就是交通设计

2.1 交通设计的定义,作用和地位

    交通设计是指运用交通工程学的基本理论和原理,以充分利用交通系统的时间资源和空间资源,实现交通的通畅、安全、便捷及改善环境为目标,最佳设计改善交通实施方案的技术。[1]

    长期以来,交通设施的建设更多关注的只是其土木工程层面的问题,而缺乏对设施功能及其最佳使用问题的重视,所以,更加剧了交通问题的尖锐化,并造成巨大的投资浪费。因此,交通设计是贯彻交通规划思想、实现交通设施最佳建设的重要一环。

   交通设计在交叉口的具体应用,就是交叉口交通优化设计,包括渠化模式的优化、渠化方案设计和信号配时方案设计。

    因此,我们从交通设计的角度,对南昌市的主要交叉口进行改善,根据每个交叉口的不同道路资源条件,交通需求特点进行相应的交叉口交通优化设计,调整渠化方案,优化信号配时:

  • 对于拥挤、排队严重的交叉口,着重提升其通行能力、减少延误;
  • 对于道路资源条件较好的交叉口,则着重改善车辆通过交叉口过程的平顺性,减少不必要的停车,并为今后升级管理(如绿波协调控制、区域协调控制等)创造良好的基础条件

2.3 交叉口拥堵原因分析

    在进行交叉口交通优化设计之前,需要了解造成交叉口拥堵和延误的3大主要原因:

1)交叉口信号控制导致交通流的中断

    由于交叉口需要通过信号灯依次为不同方向的车辆分配通行时间,使得非通行相位的车辆必须停车等候,从而导致的交通运行的不连续以及信号延误的产生。

2)交叉口间断通行的通行能力小于路段的连续通行

    因此,最经典的方法就是通过拓宽进口道,增加进口车道数来提高通行效率,就是所谓的“时间损失空间补”,利用横向空间资源弥补通行时间的损失。

图1 进行交叉口拓宽提高通行效率

图2 典型的渠化方式

    拓宽进口道,增加进口车道数,是提高交叉口通行能力是比较常用和有效的交叉口改善设计方法。由于受早期规划的影响,尤其是在老城区,受红线宽度及路侧设施的约束,交叉口进口的拓宽余地非常有限,使得交叉口成为车辆通行的“瓶颈”,从而造成拥堵。

3)交叉口典型渠化、控制方式进一步降低了交叉口的通行能力

经典交叉口渠化设计方式(简单增加进口道数量)的交通设计仍然存在较大的资源浪费:对于一个独立的信号相位,无论车辆多少,该相位放行时,其他相位的车辆必须等待,这种对通行资源的浪费是非常可观的(如图3)。然而,为了分离相互冲突的交通,保障通行安全和秩序,设定相关的信号相位又是必须的。因此,由于多相位信号导致的交通资源的浪费就难以避免。

图3 经典渠化配时方式的通行资源浪费

根据调查和测算,南昌市主要拥挤交叉口的通行能力只有相连接道路通行能力的25~30%,这种资源的浪费是造成交叉口拥堵的又一重要原因。

3. 交通设计对策

    按照现有的渠化与配时方案,目前南昌市拥挤的交叉口已经没有太多通行潜力可挖,目前的拥堵现象将会持续下去。对于多相位控制的交叉口而言,改善交通的核心就是如何提高通行资源的利用率,有效的手段有两种:其一就是在相位不变前提下,设法提高通行断面利用率;其二则是消除左转相位,将交叉口信号相位简化为最低的2相位,从而降低通行资源的空转,提高通行能力,降低延误。

    为此,本文通过结合国内外的相关交通设计经验,研究分析了集中较为有效的新型交叉口交通设计和交通控制方案,通过采用这些交通设计方案,达到强化道路资源的利用效果,可将现有交叉口的通行能力提高30%以上,这将明显缓解重点瓶颈交叉口交通压力;对于目前尚不拥挤的交叉口,也可以提高行车平顺性,减少停车,降低延误,从而提高路网整体运行效率。

    本次提供考虑的交叉口交通优化设计的手段有3种,均针对4相位的信号交叉口进行优化:

3.1 “双停车线”法

1)原理

    通过在交叉口各进口道停车线上游划出新的停车线,形成综合蓄车区(如图4),利用横向道路通行相位完成本相位车辆的蓄车过程,车辆可利用所有车道等待通行,当信号转换为本相位通行时,等待车辆可利用更多车道通行(如图5),从而大大提高通行效率。

综合蓄车区

图4 双停车线及综合蓄车区

图5 双停车线法与常规方法放行效率对比

2)实质

    这一方法的实质是通过不同流向的车辆轮流使用交叉口进口道的全部宽度进行通行从而实现对进口道横向空间资源的强化利用

3.2 “非圆环岛”法[2]

1)原理

    将道路中央分隔带当做一个拉长的环岛,利用道路中央分隔带中间的调头开口,将左转车流转换为“直行-远引-调头”和“右转-远引-调头”两种绕行方式,消除交叉口处的直接左转相位,将交叉口的信号相位减少到基本的2相位,提高道路资源的利用率,从而提高道路通行能力,降低延误。(如图6)

图6 “非圆环岛”设计理念

2)实质

    本方法的实质是通过引导左转车辆到路段上中央分隔带调头,将左转车流转化为交织车流,利用道路的纵向空间资源换取交叉口处的时间资源

    该方法需要有中央分隔带保证实施,并且当中央分隔带宽度不足以保护调头车辆是,需在调头处宜设置调头信号灯来保证调头车辆的行车安全。

3.3 “左转转移”法[3]

1)原理

    在主交叉口各进口的上游设置次级交叉口,左转车流在次级交叉口穿过对向车道(需设置信号保护),转移到对向直行车道的外侧,到达主交叉口后,左转车流与本向直行车流同时放行(如图7),将主交叉口信号相位简化为2个相位,提高交叉口时间资源利用率[4]

图7 “左转转移”法的交通流向图

2)实质

    本方法的实质是左转交通流的“腾挪”,通过提前消除交叉口左转车流与对向直行车流之间的冲突,将交叉口的信号相位减少到基本的2相位,使得交叉口通行的时间资源得到强化利用。

“左转转移法”的特点是将左转车道的位置与对向车道位置互换,因此对拓宽道路宽度的要求不高,可实施性强。

4. 南昌市交叉口案例设计与分析:

4.1 交通设计对象的选择

    本文选取了2组交叉口进行针对性的交通优化设计,其中第一组为洪都大道-南京路交叉口代表交通压力大,排队长、延误大的交叉口代表;第二组包含丰和大道-世贸路和丰和大道-绿茵路2个交叉口,代表道路资源较好的交叉口。

第1组交叉口

第2组交叉口

图8 选择进行优化交通设计的交叉口

4.2 洪都大道——南京路交叉口

现状:该交叉口为主干路-主干路相交的常规十字交叉口,南北向为洪都中大道,三块板断面,双向6车道,两侧绿化带宽度各为6米;东西向为南京东路南京西路,南京东路为三块板断面,断面宽度为33米,双向4/3车道;南京西路,宽度28米,双向4车道。目前南北进口均1左、2直、1右计4条车道,南京东路进口为2左3直1右转,共计5条车道,南京西路进口均为1左2直1直右,计4条车道(如图9)。

图9洪都大道——南京路交叉口

交通需求:当前交叉口的晚高峰机动车总流量为6080pcu/h,交叉口交通流处于饱和状态,非机动车通过量大,与机动车相互影响较为严重。车均延误236秒,高峰期洪都大道南北进口均出现排队蔓延至上游交叉口的情况,交叉口运转处于F级服务水平。

分析流量:根据交通调查结果,考虑到各进口排队情况对各交叉口流量进行扩大,将分析总流量设置为8200pcu/h,交通流的走向如下图:

图10 交通流流向图

交通设计目标:提高通行能力,减少延误和排队长度。

根据该交叉口的实际需求和道路及周边设施情况,分析以下设计方案:

1)现有方案的延伸

    由于当前主要矛盾是东、南、北进口的交通压力较大,而西进口情况稍好,而当前可利用的资源是洪都大道两侧的绿化带,东进口两侧的部分绿地以及西进口北侧的11米的街边平地。通过压缩洪都大道位于交叉口附近绿化带,并将南京东路出口道压缩以及利用南京西路北侧的空地,增加局部进出口车道数,可以达到如下车道拓增结果:东进口6进3出,西、南、北进口5进3出。

    经测算,对与本交叉口,信号周期取120秒时此种渠化模式的理论通行能力为7200pcu/h,然而按照现有各进口的流量比例测算,实际通行能力只能达到6600pcu/h,车均延误为70.6秒,服务水平为E级。可见通过对现有交叉口进行进口道拓宽只能将现有交叉口的通行能力从6080pcu/h提高到6600pcu/h,提高不到10%,提高效果非常有限。

2)“双停车线”法

针对本交叉口采用“双停车线”法,部分压缩绿化带宽度,在东、南、北进口均设置150米长的综合蓄车区,西进口设置80米长综合蓄车区,采用120秒的信号周期,将交叉口现有流量放大到8300pcu/h的水平,交叉口渠化方案简图及和信号配时设计如图11:

    

   

图11 双停车线设计方案示意图及信号配时

计算分析表明,上图中的渠化改善方案车均延误降低为36.4秒,考虑非机动车及行人的影响,其通行能力可达7300pcu/h左右,较现状提高21%。仿真测试表明,该方案测试流量下运行正常,未出现长排队、大延误的不良现象,如图:

图12 洪都大道—南京路交叉口“二次停车线”方案仿真截屏

对于本交叉口的需求结构而言,该渠化设计模式的最大理想通行能力可以达到8800pcu/h,考虑到非机动车与行人的干扰,其潜在的最大通行能力可以达到7900pcu/h的水平,较之当前通行能力提高30%左右。

需要注意的问题:“双停车线”法的“综合蓄车区”是一个比较新的概念,在推广初期会有一定的困难,方案实施之前需要进行大量的广播电视媒体宣传,并配合街头向驾驶员放放宣传资料的方式提高大家对该方法的认识。另外,“双停车线”法在实施过程中,不可避免会存在一些驾驶员不了解情况,或是偶尔有车辆在绿灯期间未及时驶出综合蓄车区从而导致对后续相位的影响,因此在交通的高峰期需要有交警进行现场管理,引导车辆按照相位方案有序运行,并消除偶然因素对通行的影响。对于方案而言,蓄车区的长度选择对运行效果也有很重要的影响。

3)“非圆环岛”法

对洪都大道进行改造,将交叉口附近150米范围内的两侧绿化带改建为12米宽的中央绿化分隔带,并在120米处设置调头区。南北进口按照4车道进行拓宽,右转车道提前分离。

   

图13“非圆环岛”设计方案示意图及信号配时

计算分析表明,上图中的渠化改善方案车均延误为39.8秒,考虑非机动车及行人的影响,其通行能力可达7600pcu/h左右,较之现状提高25%。

仿真测试表明,该方案测试流量下运行正常,未出现长排队、大延误的不良现象,如图:

图14 洪都大道—南京路交叉口“非圆环岛”方案仿真截屏

对于本交叉口的需求结构而言,该渠化设计模式的最大理想通行能力可以达到9500pcu/h,考虑到非机动车与行人的干扰,其潜在的最大通行能力可以达到8200pcu/h的水平,较之当前提高35%左右。

需要注意的问题:(1)本方案需要一定的改造工程量,拆除两侧绿化转移到路中形成局部的中央分隔带,(2)“非圆环岛”法将会增加洪都大道上的交织流量,对洪都大道的直行车产生一定的影响,回头处需要设置信号灯保护回头车,从而对路段直行车的运行产生打断,(3)当调头点过远会增加绕行距离,过近又会产生较强的交织,需要认真把握调头点的距离,(4)另外,由于左转车会转换为右转车辆,因此右转车流会增加,当右转车流较高时,需要对右转车流进行适当的红灯限制,以方便非机动车和行人过街。

4)“左转转移”法

洪都大道—南京路交叉口道路条件较好,各进口的车道数较多,视野开阔,基础条件较好,可考虑采用“左转转移”法进行优化设计,减少左转车流对交叉口通行时间的占用,提高交叉口的通行能力。根据“左转转移”法的原理和该交叉口的需求调查数据,设计渠化和配时方案如下:

图15“左转转移”设计方案示意图及信号配时

计算分析表明,上图中的渠化改善方案车均延误降低为35.6秒,考虑非机动车及行人的影响,其通行能力可达7600pcu/h左右,较之现状提高25%。

仿真测试表明,该方案测试流量下运行正常,未出现长排队、大延误的不良现象,如图16:

图16 洪都大道—南京路交叉口“左转转移”方案仿真截屏

对于本交叉口的需求结构而言,该渠化设计模式的最大理想通行能力可以达到9960pcu/h,考虑到非机动车与行人的干扰,其潜在的最大通行能力可以达到8600pcu/h以上的水平,较之现状提高40%以上。

需要注意的问题:(1)本方案为了使交叉口迂回到对向直行车外,需要增设相应的信号和隔离设施,尤其是建议左转车迂回到对向直行车外侧后,在左转车道和对向直行车道之间设置宽度1米以上的物理分隔带,有效隔离对向车辆。

(2)在交叉口的出口应设置明显的只是标志,防止对向直行车误入左转车道,建议对左转车道进行彩色沥青铺面,利用色彩区分对向道路。

(3)建议在左转转移段的末端设置车辆检测器,当左转转移段车辆接近排满前,应停止次要交叉口左转放行直到左转转移段排空。

(4)提前左转的位置以及左转信号与主信号的关系要科学协调才能取得最优的效果。

5)方案小结

通过计算分析和仿真测试可知,上述各方案均能有效提高通行能力30%以上,其中左转转移方案通行能力提高最为明显,而且改建工作量小,系统运行可靠性也较高,是可以考虑的首选方案。

4.3 丰和大道——会展路和丰和大道——绿茵路交叉口

现状:丰和大道—会展路和丰和大道—绿茵路交叉口均为主干路-主干路相交的常规十字交叉口。丰和大道为四块板道路,红线宽度65米,道路宽度50米,中央设有12米宽中央分隔带,两侧各有6米机非分隔带;会展路是双向4车道道路,在丰和大道以西为四块板断面,红线宽度50米,道路宽度40米,丰和大道以东为一块板断面,红线宽度40米,道路宽度30米;绿茵路为双向4车道的道路,丰和大道以北为三块板断面,以南为一跨版断面,红线宽度50米,道路宽度40米。

丰和大道—会展路交叉口的丰和大道南北进口均为2左3直外加1右转分离的进口道布局,会展路进口均为1左2直外加1右转分离的进口道布局。丰和大道—绿茵路交叉口的丰和大道南北进口均为2左3直外加1右转分离的进口道布局,会展路进口均为1左2直外加1右转分离的进口道布局,两交叉口现状如图:

图17 丰和大道—会展路和丰和大道—绿茵路交叉口鸟瞰

交通需求:通过调查,两个交叉口晚高峰机动车总流量均为2800pcu/h左右,考虑到目前会展路以西地铁建设封路施工,目前流量偏低,车均延误处于25~30秒之间,服务水平处于C级。

通过分析施工前的历史交通数据以及周边地块开发建设规划,估计地铁建成,交通恢复正常后,交通量应当达到4500pcu/h以上的水平。按照现有渠化方案测算,丰和大道—会展路的车均延误将会达到56.5秒(服务水平E级),而丰和大道—绿茵路的车均延误则会达到82.5秒(服务水平F级)。

丰和大道—会展路              丰和大道—绿茵路

图18 交通流流向图

分析流量:根据现状交通调查,结合历史数据和未来规划,拟采用4500pcu/h的总流量对两个交叉口分别进行分析,结合现有数据和规划分析,地铁建成后交交叉口各流向的估计流量如图18:

交通设计目标:提高车辆行驶平顺性,减少停车和等待。

1)方案设计

由于设计目标是提高车辆行驶平顺性,减少停车和等待,因此采用“非圆环岛”方案进行改善。

根据各交叉口的道路资源和交通流向特征,制定交叉口的设计方案如图19、20:

图19 丰和大道—会展路“非圆环岛”设计方案示意图及信号配时

图20 丰和大道—绿茵路“非圆环岛”设计方案示意图及信号配时

2)方案对比分析

以经典渠化方式作为对比基础,采用经典的渠化控制方法进行交叉口改造,将丰和大道的进口道都按照1左3直1右进行5车道拓宽,会展路和绿茵路按照1左2直1右进行4车道拓宽。对于测算流量,经典渠化方式下会展路口和绿茵路口的延误分别是39.2秒和42.7秒。与非圆环岛方案的对比见下表:

表1 丰和大道—会展路、丰和大道—绿茵路测算方案对比

交叉口

现状流量

(pcu/h)

测算流量

(pcu/h)

经典渠化控制方案测算延误

(s)

非圆环岛方案测算延误

(s)

丰和大道—会展路

1792

4604

39.2

21.0

丰和大道—绿茵路

2682

4605

42.7

22.3

显然,采用非圆环岛能够明显降低延误,并提高丰和大道主流向车流通行的连续性和平顺性。

5. 总结

通过分析,本报告提出的几种交叉口优化设计模式和方法能够明显提高现有拥挤交叉口的通行能力,同时减少延误和排队,对于交通压力不大的交叉口,也可提车流通过的平顺性和降低延误。建议相关职能部门对这些方案深入考察,择其优者进行实施。

当前阶段的南昌市交叉口优化设计可以参考一下原则进行:

(1)交通拥挤的交叉口应以提高通行能力、降低延误、减少排队为优化设计目标;对于道路资源条件较好的新区道路,则可以降低延误,提高直行车辆运行平顺性减少停车次数为优化目标

(2)有较宽中央分隔带的交叉口可以优先考虑采用“非圆环岛”的设计模式,利用中央分隔带来实施交叉口的优化设计。

(3)对于无中央分隔带的交叉口或是红线约束较强的交叉口可考虑“左转转移”设计模式。

(4)采用新型交叉口渠化及控制模式时,要实现做好宣传,并设置过渡期,过渡期内加强人员上路管理,让驾驶员逐渐和习惯这些交叉口的运行模式,共同促进交叉口的有序运行。

参考文献:

[1] 杨晓光,《城市道路交通设计指南》,人民交通出版社,背景,2003;

[2] 张静中,《一种非圆的交通环岛设计专利技术可行性分析》报告,2013.4;

[3] 顾九春,非传统平面交叉口方案的设计研究进展, 《道路交通与安全》,[J],2006.4

[4] Vener Tabernero, Tarek Sayed, Daria Kosicka.Introduction and analysis of new unconventional intersection schema[C/CD]. the upstream Signalized Crossover (USC) intersection. Washington D.C.:TRB 2005 Annual Meeting,2005

 

来源: 中国江西网
编辑: 李运辉



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