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中国信号交叉口处左转逆向车道设计的运行分析
摘要
该研究的主要目的是评估一种称为逆向左转车道（CLL）的非常规左转弯处理对信号交叉口左转运动的操作性能的影响。开发了一个分析模型进行估算在CLL设计的信号交叉点左转运动的能力。在中国邯郸市的五个信号交叉口附近通行能力模型使用六位收集的现场数据进行校准和验证。现场数据分析结果表明，使用CLL设计提高了左转运动的能力。然而，CLL设计通行能力的增益是相当随机的，考虑到车辆到达的随机性。提出了分析延误模型来估计与CLL设计相交的左转车辆的延误。还提出了一个程序来优化上游中位开口的位置和预信号的绿色间隔。进行了模拟分析，以比较信号交叉口出左转车辆和直行车辆与传统左转车道，CLL以及另一个成为“串联设计”的非常规左转弯处理所经历的延误。结果表明，CLL和串联设计都优于传统的左转车道设计，与串联设计相比，CLL设计对左转车辆和直行车辆的延误都较小。
关键词：通行能力 延误 飞常规设计 左转 信号交叉口
- 介绍
随着私家车拥有量的大幅增加，中国的交叉路口正变得越来越拥挤。已经应用了许多处理措施来改善左转需求较大的信号交叉口的运行性能（Mirchandani和head,2001;Stamatiadis等,2015;hale等,2015）一些处理可以被认为是非常规的，因为它们违反了已被广泛接受的规则和法规。道目前为止，最广泛使用的非常规左转处理包括中位U形转弯，悬挂手柄，超级街道，象限道路，领结，连续流交叉口设计，平行流交叉口设计，以及最近的串联交叉口设计（EI Esawey 和Sayed,2013;Hummer,1998;Xuan等,2011;Bie和Liu,2015;Liu和Bie,2015;Rodegerdts等,2004;Goldblatt等,1994;Krause等,2015;Zhao等，2015）。这些非常规左转弯处理中的大部分都需要左转车辆的重新布线，这可能部分抵消了可以实现的好处（Xuan等,2011）。
最近在中国邯郸的一些交叉口实施了一项名为“逆向左转车道”的新型左转弯处理方案。在CLL设计中，左转车道设置在与传统左转车道的对向车道上。设计的基本思路是通过动态使用相反的车道为左转车辆提供额外的能力。有关CLL设计的信号交叉点的详细布局如图所示图1。CLL在信号交叉口的实施，具有领先的左转弯阶段和重左转弯需求。在停止栏的上游设计一个中间开口，以便左转车辆进入逆流左转车道。在上游中央开口处安装预信号以控制左转车辆能够进入逆流挣左转车道的时间窗口。还提供车道标记以帮助左转驾驶员了解他们应该继续行驶的接受车道。
图2阐述了信号定时计划和CLL设计信号交叉口处的交通流动。小街道上的主要信号通过向小街道上通过车辆发出绿色信号来开始其循环，该小道表示为运动1和5.到达主要街道上的交叉口的左转车辆需要停止并且在传统的左转车道中等待（参见第2和第6步的移动（图2））。几秒钟后，主要街道上的前置信号变为绿色，以允许左转车辆通过上游中间开口进入CLL（见运动9和10进入（图2））。CLL中的左转车辆将于主要左转车道上的左转车道一起出行。请注意，在大街左转车道启动之前，前置信号变为红色，之后没有车辆可以进入CLL。目的是确保CLL中的车辆在左转阶段可以完全放行。
预信号的位置和时间是影响CLL设计操作的关键因素。事实上，在信号交叉口使用预信号的想法并不新鲜。先前的研究人员已将前置信号用于不同目的，以改善信号交叉口处的交通操作(冯·斯坦因,1961年；Wu和 House11,1998；轩等人2011; Guler和 Menendez,2014年). Xuan等人（2011）最近提出了一种名为“串联”交叉设计的非常规左转弯处理，其基本概念如图所示图3。预信号安装在主信号的上游，并交替给两组车道提供绿灯时间。预信号和主信的区域称为“排序区域”，用于包含暂时队列。预信号通过给左转车行驶的绿色时间开始其周期，当主信号为红色时允许左转车辆前进到分拣区域。然后，预信号允许通过车辆进入排列在左转车辆后面的分拣区域。通过串联设计，左转车和直行车都可以使用比传统信号交叉点更多的车道（Xuan等人,2011年）。
Guler等人(2016)提出了一种新的概念，它将预信号和逆流车道一起使用，在信号交叉囗提供公交优先。两个预信号在总线行进方向上放置在主信号的上游。
中间开放
逆流左转车道
预信号
主信号
主信号
逆流左转车道
预信号
中间开放
图1，信号交叉口CLL设计的布局
大街
大街
小街
小街
主信号的车辆运动
小街道
预信号的左转运动
行人过街
主要街道
2环
1环
预信号
主信号
时间
窗体底端
停止线
图2.在CLL设计的信号交叉口的信号时间计划和交通流动
分拣区域
预信号
停止线
停止线
图3.Tandem 交叉口概念
上游预信号影响客体方向上的客车，并且下游前信号影响相反方向上的客车。通过在对面的行车线上停止乘客车辆，公共汽车可以使用行驶车道沿相反方向跳过一部分队列，从而减少对公交车的延误Cu1er等,2016)。这个概念由Gu1er等人(2016)与本文提出的CL设计有很大不同。事实上， Guler等人的概念中的逆流车道是巴士专用的额外通行车道。其目的是以增加客车延误为代价，为巴土提供优先服务。而在CL设计中，所有左转车辆都可以使用逆流车道，这些车辆在由预信号确定的特定时间窗内到达交叉口。目的是在不对其他交通流量造成重大影响的情况下增加左转通行能力。
还进行了几项研究来评CLL设计的安全性和操作性能(赵 等人。,2013,2015b；Su等,2016)赵等人。(2013)提出了CLL设计的优化程序，其中包括主要信号和预信号的几何设计特征和信号时序的所有变量被集成到一个优化问题。在VISSIM仿真模型的基础上进行了仿真分析，以评信CLL对整个路□的通行能力和延误的影响。数值分析和 VISSIM仿真的结果表明，CLL设计在交叉囗能力方面优于传统设计(赵等人,2013)。赵等人。(2015b)进一步调查驾驶员如何基于驾驶模拟器进行的实验对CLL设计做出回应。结果表明，司机第一次遇到CLL设计时表现出一定程度的混乱和犹豫。然而，通过驾驶员教育或其他车辆提供的信息来增加驾驶员的曝光度，可以缓解驾驶者的困惑。此外，实验表明，在CLL中正面碰撞的担忧可能不合理，因为没司机在预信号时发出红光。并且车辆被困在逆流左转车道中的担忧也是不合理的，因为仅测量了行驶速度的轻微降低，这可以通过协调主信号和预信号来解决(赵等人,2015b)。
尽管已经对CLL设计的操作和安全性能进行了一些研究，但仍有研究空白需要解决。与以前的研究所考虑的前置信号和主信号的定时需要以一致的方式考虑的情况不同，CLL设计概念中的前置信号的定时不会影响主信号的定时。在交叉路口开始绿灯时间后，前置信号变为绿色，在主要街道开始左转阶段之前变为红灯。这样做的目的是确保CLL中的车辆在左转阶段可以完全放电。在这种情况下，最关键的问题是如何优化预信号的时间和位置，以便考虑到左转车辆的随机到达，CLL的使用可以最大以前的研究没有解决这个问题。
此外，之前与CLL设计有关的研究是基于仿真分析并在假设条件下进行的。可以预计，驾驶员的行为在模拟驾驶环境中可能与现实世界中的行为显善不同。需要基于现场数据进行更多的研究，以帮助交通工程师更好地理解CLL设计在多大程度上影响信号交叉口左转运动的能力。在本研究中，开发了一个分析模型来估计CLL设计在信号交叉口左转运动的能力。通行能力模型使用六个地点收集的现场数据进行校准和验证。提出了分析延误模型来估计与CLL设计相交的左转车辆的延误。提出了一种用于优化CLL设计的程序，使得左转运动的能力可以最大化。还进行了仿真分析，以比较左转车道和直行车辆在信号交叉口处与传统左转车道，CLL设计和串联设计所经历的延误。据我们所知，这是CLL设计的能力第一次使用现场数据进行全面评估。预计研究结果将有助于交通工程师制定旨在改善CLL计信号交叉口交通运行的指导方针。
- 通行能力模型的开发
在安装有传统左转车道和两个逆向左转车道的交叉路左转运动的时空图如图4。黑线表示正常左转车道中左转车辆的轨迹，而蓝色表示1线表示使用逆流左转车道的左转车辆的轨迹。可以清楚地看出，CLL设计左转运动的通行能力由两部分组成：正常左转车道的通行能力和CLL的通行能力。由于在主信号中的绿灯开始前预信号变红，所以CLL设计几乎不会影响正常左转车道中的操作。因此，一个正常左转车道的通行能力可以使用公路通行能力手册提供的等式近似估算(HCM2010,2010)：
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（1） |
0表示正常左转车道的通行能力(veh/h)，s表示正常左转车道中的左转饱和流量(veh/h/1n)，G。)表示主信号的主导左转相位的有效绿灯时间，C表示主信号的周期长度。
对于逆流左转车道，通行能力分析可能更复杂。实际上，CLL中的车辆必须在接下来的左转弯期间卸载。否则，左转车辆将阻止另一方向的直通车辆，从而提高安全和操作方面的顾虑。幸运的是，通过适当设置分配给主信号左转相位的绿灯时间，并通过控制可接入CLL的车辆数量，轻松实现CLL中左转车辆的清理通过预先信号。因此，理论上，在估箅CLL设计交叉囗左转运动的能力时，进入CLL的车辆数量可以直接视为通行能力增加。请注意，与传统的左转车道设计相比，通行能力增加表示使用CL设计实现的左转运动的附加能力。关键问题是：有多少辆车可以进入CLL。这个问题的答案需要考虑到许多因素的影响，包括左转车辆进入CL的上游中位数开口的位置，该位置决定了左转车辆可以停在左侧的最大数量-停车栏与前置信号之间的车道(n)，在绿灯终止前到达十字路口的左转车辆总数（K），左转车道（I）中的初始队列，前置信号的有效绿灯时间（g），以及进入交通流的饱和流率在预信号（s1）的控制下的CLL。在一个循环中使用CLL穿越交叉点的左转车辆的数量可以用公式（2）。
时间
停止线
距离
图4.CLL设计的左转运动的时空图
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(2) |
式（2）可以进一步表示为：
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Klt;n-1 V=K-n 1 n-1lt;Klt;n s1`ge-1 V=s1`g Kgt;n s1`ge-1 |
(3） |
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其中V表示通过CLL排放的左转车辆的数量。
从方程（2）和（3）很明显的可以看出，左转车辆的到达模式可能会严重影响可以进入CLL的车辆数量。因此，在估计左转运动能力时，需要仔细考虑左转车辆的到达模式。在本研究中，假设左转车辆的到达遵循泊松分布。请注意，泊松分布已被广泛用于模拟在上游交叉点的影响较小的孤立交叉口车辆的到达模式（MxNeil,1968）。在这种情况下，左移的通行能力可以估算为：
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(4) |
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(5) |
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(6) |
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(7) |
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其中c表示左移的通行能力，其等于正常左转车道的通行能力加上使用ClL穿过交叉囗的车辆数量(veh/h)，p0表示K1·ge,p1表示nlt;Klt;n s1·ge的可能性。注意，可以使用泊松分布来估计p0和p1。另外，考虑到与CLL设计的交叉点通常受到左转交通需求的严重影响，Klt;n-I的可能性可以忽略不计，这表明在大多数情况下p0 p1为接近1。
3.延误模型的开发
左转车道与传统左转车道和两条逆向左转车道的交叉点的到达和离开曲线如图所示图5。如前所述，逆流左转车道可以视为一个额外的左转车道，其使用受到左转车辆到达模式的影响。如图所示图5，只有一部分左转车辆可以以等于传统左转车道的饱和流率的三倍的速率排放。
剩余车辆
剩余车辆
时间
累计离开
累计到达
累计到达车流
累计出发通行能力
累计离开
累计到达
时间
累计到达车流
时间<!--
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