交叉口改善方案需要详细调查交通量和延误特征的技术原因及思路

冠洋

有经验的交通工程师在讨论交叉口优化方案时，首先要了解交叉口的交通流特性和数据。为什么？因为交叉口的交通控制实际上是一个协调通行权和取舍的过程，是一个判断单位时间内空是否足够的问题，任何取舍都需要科学合理的评价，否则就会构成错觉和浪费。在这个评估领域，涉及到很多交通工程的基础技术工具和评估工具。采集交叉口的交通数据并不需要所谓的“大数据”技术能力，而是使用了至少70年的交通工程学最基本、最简单的手段(自1950年第一版《公路通行能力手册》(简称HCM)出版以来，我们就开始观察和测量与车距、车速的关系等基本交通流特征)——站在交叉口时各方向、各车道的车数研究。现在视频监控技术好了，可以坐在办公室里数各种车辆和行人了！如果技术再升级，每个车道的车牌、自行车、人脸都可以视频识别，但任务还是数车数人！因为交通工程师需要知道每条车道单位时间内会(可以)存放多少辆车，有多少人会停在停车区，是否有足够的空间，需要多长时间才能停完。所谓的路口通行能力手机数据分析，实际上并不能满足真实交通工程的设计要求。

为了优化交叉口的交通控制方案，国际交通工程领域有三项基本工作:判断转弯条件、评价通行能力和调查事故记录。还有最基本的技术工具和评价方法，即:设置转弯车道条件、交叉口服务水平分级、交叉口事故记录分析(本文主要介绍通行能力，事故记录工具不在本文讨论之列)。

与国际常规做法相比，这三项任务及相应的技术工具在我国目前的交叉口优化方案中鲜有提及。我国常用的是比较新旧方案单位时间内的流量变化值，比如比以前增加20%。现在有一种趋势，就是用所谓的“大数据”分析作为支撑，来得到这个变化值。事实上，这种评价方法很难全面、准确地评价交叉口控制优化方案的实际效果。原因很简单。增加任何一个相位的信号灯延时，都可能导致其他相位通行能力的增加，而增加上游信号灯在任何方向的延时，也可以增加下游路口在那个方向的“畅通”时间——这就是为什么我们经常听到所谓的拥堵搬家，因为这种评价并不是真实路口通行能力的正确评价方法。为了正确评价交叉口通行能力，判断交叉口车道布局和交通控制效果，首先需要使用正确的技术工具和完善的评价方法，简述如下。

工具1:设置交叉口转向车道的条件

交叉口的交通流通常包括直行、左转和右转。转弯车辆会观察路口，降低车速，选择车道，判断操作点，寻找变道机会，进行操作。不同车道的车辆在此过程中会导致分流或合流，影响主方向(通常是直行)交通流的距离和速度，导致道路通行能力下降。为此，在什么条件下需要设置左转和右转车道？交通工程领域做了大量的研究，经验总结在一批有影响的著作中，其中美国交通工程的经典代表作有《道路和街道几何设计规范》(俗称绿皮书)和《公路通行能力手册》(HCM)。随着研究的深入，这部分在这些部分的不同版本中得到了改进，不断指导着流量工程师的日常工作。

1985年，美国交通研究委员会还出版了《交叉口渠化设计指南》(TRB 279，报告279，TRB交通研究委员会)，这是交叉口车道布局设计的具体指南。规范了支持交叉口渠化的基础知识、技术要素和工作方法，其中提到了设置左右转弯车道的流量指标。将该指标数据作为基本条件数据，然后与交叉口评价中实际获得的转向流量数据进行对比，评价设置转向车道的必要性。

转弯车道不仅会增加侧向占地的问题，还有一个合理的整体长度，需要根据转弯车的数量和直行车的数量来确定。转弯车道过长不仅浪费，还会导致秩序混乱。过短的转弯车道会不够用，会造成直行车车尾堵塞转弯车道入口，或者转弯车车尾溢出到直行车道造成拥堵。这就是我们经常听到的“数车”的任务目的。

《交叉口渠化设计指南》提到的右转车道流量设置条件依据值如图1、2所示（Intersection Channelization Design Guide， TRB Report 279，P64）：《交叉口渠化设计指南》中提到的右转车道流量设置条件的基准值如图1和图2所示(TRB报告279，P64):

图1中的文字表示，对于限速45 MPH(70 km)以下的道路，当高峰时段每小时右转车辆超过40辆，且高峰时段进入道路的车辆总数小于每小时300辆时，应调整右转。

图1中两条折线分离的三个区间，比如，如果高峰时段车流量一小时超过500辆，其中超过20辆是要右转的，就可以考虑设置右转专用道，20辆以下不用设（下面的一条折线以下区域，白色区间）；如果超过600辆车里需要右转的车辆超过40辆，就必须设置又装车道，20～40辆之间，是过渡区域（淡绿色区间），可以设，也可以不设。这三个部分由图1中的两条虚线分开。比如高峰时段一小时车流量超过500辆，其中20辆以上要右转，可以考虑设置右转车道，20辆以下的车道(下面虚线以下的区域，白色部分)不需要设置；如果600多辆车中有40多辆车需要右转，就需要设置重装车道。20-40辆之间为过渡区(浅绿色路段)，可设可不设。

图2的意思是:在4车道的高速公路上，如果限速高于70km(两上两下)，高峰时段1200多辆车的话，有50辆车要右转，所以要设置右转车道；虚线以下区域(白色区域)无需设置右转车道。

表1是绿皮书中双车道道路设置左转车道的指标依据(绿皮书在美国的地位等同于国标)。根据车速、同方向小时交通流量、左转车比例、反方向交通流量进行判断。比如在一条时速60公里的道路上，每小时同方向有720辆车，其中5%需要左转。此时，如果对面有100辆车直行，就需要设置专用左转车道。这个领域有很多数据工具，由于篇幅原因我就不一一列举了。

工具2:交叉口服务水平(服务水平)

在评价交叉口通行能力时，还使用了一个重要的指标体系，即基于延误时间的交叉口服务水平的LOS评级(见表2)。每个路口的每一个方向，包括路口的整体服务水平评价，都需要据此进行评价。简单来说，这个指标体系反映的是汽车通过路口时会出现的延误时间。这种评价方法是HCM的核心评价方法之一。是由一大批有着几十年一线工作经验的交通工程师总结出来的，最终达成了这个共识。根据道路通行能力的分类模式，交叉口的通行能力也分为A到F六个等级，A为最好，F为最差(交通流已经中断到无法承受的程度)。通常C以上是理想状态，D是峰值可接受状态。一般来说，如果某个路口某个方向的车流量是E或者F，说明这个路口那个方向的服务水平已经很差了，应该改善。之所以将延误时间视为服务水平的指标，即有用的道路体验问题，同时也是延误时间带来的车辆涌入问题和排队长度压力问题，交通工程师在大量的日常工作中发现，如果延误时间超过80秒，排队的车辆数量和司机的耐心就会达到不可管理的程度，从而对交通走廊的运输价值造成严重损害。在国内很多城市，大量自行车聚集在路口的困境，与长时间延误导致后续车辆不断涌入有关。

这两个工具怎么用？下面分享一个案例来说明。这些信息来自阿拉巴马州交通部的网站，由当地一家交通工程咨询公司提供。

1.概观

图3中的3号路口是美国阿拉巴马州奥本的一个路口。交叉路口道路为大学东路和Opelika路。Opelika路。是一条主干道，蜿蜒斜穿过图中所示的区域，大学东路是该区域的外围环路。

2.该交叉口的现状描述2.交叉口现状的描述

东大学路(大学东路)与舒格·乔丹公园路(舒歌·乔丹景观大道)相连，形成一条环绕奥本的环路。与大学东路相交的欧佩利卡路的起点是盖伊街，然后分别向东和向西延伸。穿过大学东路后，改名为perrier Parkway。在两条主干道形成的交叉口，西面的Opelika路交叉口有一条左转车道、两条直行车道和一条右转车道，东面的交叉口有一条左转车道、一条直行车道和一条直行和右转混合车道。在大学东路上，北行路口有一条左转车道、两条直行车道和一条右转车道，南行路口有一条左转车道、一条直行车道和一条直行与右转混合车道。路口由信号灯控制，每个方向都有专用的左转相位。具体地理位置见图3，图4为路口俯视图。

3.高峰小时交通量调查数据

2005年10月3日，该路口日流量晚高峰(下午4:30-5:30)4168辆，早高峰(上午7:15-8:15)2313辆。详情见表3。

4.交叉口通行能力分析

从表4可以看出，该路口早高峰整体运行属于可接受的c类，但在晚高峰，服务水平为f，夜间东、西、北三个方向的车流量低于可接受范围，具体为:

Opelika路东西直行右转混合车道延误太多，就是超过80秒的F级；

Opelika路从东向西左转直行延误太多。左转延误55 ~ 80秒，直行延误80秒以上，达到F级；

东大路(东大车道)南北向左转延误太多，已经到了E级，也就是55 ~ 80秒通过。

5.交叉口右转车道评价

目前西面的欧佩利卡路、北面的大学东路有右转车道；对比现有交通流量和右转车道设置指标后，建议在交叉口增设右转车道如下:

东边的Opelika路(Opelika路)；

大学东路南(大学东路)

6.改进建议

根据目前对交叉口通行能力的分析和高峰时段交通的特点，提供两种方案。第一种方案是将晚高峰的路口整体服务水平提高到d，这种情况下部分方向在晚高峰还是会处于E的水平，还是比较差的。二是把各个方向的服务水平提升到D以上。下面简单介绍一下这两种方案。

方案一：选项1:

提高晚高峰至D的交叉口整体服务水平的具体措施有:一是延长东大学路右转车道，让晚高峰需要右转的车辆在遇到向北直行车流的队列尾部之前直接进入右转车道，因为右转车道的入口路段被排队直行车流挡住了；第二，在Opelika路以东增加一条右转车道，让右转车辆可以提前进入右转车道，而不会被排队等候直行的车辆堵塞；调整三个信号的定时，为Opelika道路上两个方向的车辆提供专用的左转相位。

方案一将东西向左转信号灯独立相位改为直左混合相位，减少不必要的延误，东西向入口方向增加右转车道，南北向延长右转车道长度，减少排队溢出的干扰。(参见图5)

选项2:

将各方向晚高峰服务水平提高到D或以上。具体方法是:

延长东大学路右转车道，在Opelika路以东增加一条右转车道，如方案一所述；

Opelika路以西增加第二条左转车道，满足左转需求；

在大学东路以南增设第二条左转车道，满足左转需求；

在East University路的向南方向上增加一条右转车道，为高峰时的右转车辆提供条件。在大学东路以南增设右转车道，为高峰期右转车辆提供条件。

需要注意的是，与方案一相比，Opelika路向西设置双左转车道后，信号保护了向东和向西左转车流的独立相位。(参见图6)

表5展示的是改善后，方案一和方案二的服务水平状态。表5显示了改进后方案一和方案二的服务水平。

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在文章的最后，我想提几句《公路通行能力手册HCM》，这和交通数据有很大的关系。自1950年第一版出版以来，大获成功，已被翻译成9种语言，开始对交通工程的决策和实际操作产生重大影响。70年后，《HCM》经过多次再版，从100多页充实到3000多页，凝聚了一线交通工程师的大量研究和实践经验。这些围绕流量数据进行的教训，可以说是从数据到数据。随着计算机和通信技术的飞速发展，为交通工程实践提供了许多更高效的数据采集方法，但这些方法从未改变。对于道路运营管理来说，这些技术手段和数据应该比一个篡位者的角色更强大。我们使用智能手段是因为我们需要数据，而不是因为我们需要智能手段！