作者：纪祥龙 许佳佳 凤鹏飞 张晓祥 黄梦晴 李奎 朱立宇
来源：《江苏理工学院学报》2021年第02期
摘 要：为了改善城市道路交叉口的通行效率，设计了一种借助逆向车道设置可变车道的方法。通过在不同时段变换可变车道的通行状态，结合优化参数的韦伯斯特模型，使得路口每信号周期内延误和通行能力达到最优。以合肥市金寨路与繁华大道为例，借助软件VISSIM进行仿真，并设置道路仿真条件与优化信号配时。仿真结果表明：优化方案能提高道路的通行效率、减少延误与排队长度;逆向可变车道设置情况下，西进口道左转平均周期延误减少了14.95%、排队长度缩短了38.59%;在逆向可变车道不变情况下对其进行优化配时后，西进口道左转平均周期延误减少21.08%、排队长度缩短了63.15%。
关键词：逆向可变车道;交叉口延误;多时空优化;VISSIM仿真
中图分类号：U491 文献标识码：A 文章编号：2095-7394（2021）02-0034-07
为了提高城市道路的通行效率，保障城市的交通安全，城市道路被进行了不同的功能分区;尤其是在交叉路口，功能分区更为复杂。可是，随着城市车辆保有率的逐年增长，早晚高峰时段有规律的拥堵问题越来越严重，一成不变的道路功能分区反而在这个时候明显降低了道路的空间利用效率，加重了拥堵程度。
为此，国内外学者基于车流流量的特点，提出在交叉路口区域设置逆向可变车道，来提高特定时段该区域的通行效率，从而缓解城市的交通拥堵。Hausknecht等[1]构建了一个整数线性规划模型，做到了对可变车道的优化;Li等[2]对主干道潮汐车道的信号控制实现方法进行了优化研究;Wang等[3]以车辆通过能力最大为目标，建立了可变车道的优化模型;张野、袁振洲[4]提出针对左转车道静态和动态条件来设置可变车道，并通过软件仿真得出左转车流的延误得到有效降低;刘洋等[5]针对设置逆向可变车道的适用条件进行了研究，并对其进行规范化定义;刘怡等[6]在设置逆行可变车道的基础上，借助VISSIM软件进行仿真验证，表明设置该车道可有效缓解左转相位的交通拥堵;孙锋等[7]针对国内常见的平面交叉路口，提出通过构建逆向可变车道与信号优化协同算法来缓解道路拥堵。
上述研究对于缓解交通拥堵起到了一些作用。本文在此基础上，提出逆向可变车道与交通信号灯相结合的优化设置方法，力求解决左转相位过饱和状态下交叉路口的通行问题。
1 逆向可变车道的设计
1.1 逆向可变车道的设置
随着城市中商业中心的兴起和早晚通勤高峰的存在，使得道路上某一方向或某一时段的车流产生较大的压力。如在城市道路的交叉路口，经常会出现左转车流因避让对面直行车流而导致通行受阻，转弯等候车辆不能排空，只能在下一周期排放的情形（信号灯的相位按照主路直行、主路左转、次路直行、次路左转四相位为一周期）。鉴此，提出一种借助对向车道设置逆向可变车道左转待行区，以缓解左转方向的交通压力，设置方案如图1所示。
在逆向可变车道的开口处设置预信号装置，通过传感器监测车流的密度，结合信号周期状态，确定是否开启逆向可变车道。通过设置限定清空时间和提前转换时间，对左转车辆进行合理分流，从而减少左转车辆拥堵，提升交叉路口总体通行效率。
1.2 逆向可变车道的清空时间
进入逆向可变车道的车流必须在左转专用相位结束前清空，且当车辆驶入该车道时也需提示可用时间，故提出逆向可变车道车辆清空时间为：
式中：[ts]表示逆向可变车道车辆清空时间;[l]表示逆向可变车道的长度;[v]表示左转车道稳定行驶的平均速度;[a]表示车辆的加速度;[v2]表示车辆驶入逆向可变车道的初始速度。
根据研究[8]，交叉路口逆向可变车道的设置与其它车道渠化长度基本相同，为40～60 m。当渠化长度为40 m、50 m、60 m时，根据公式（1）可以算得，逆向可变车道车辆清空用间分别为6 s、7 s、8 s。当左转相位即将结束时，需开启提示灯对车辆进行分离引导。可在同向直行与左轉车道分流处设置超声波传感器，当左转车辆排队达到极值时开启逆向可变车道。
