覃 鹏
（上海海事大学交通运输学院 上海 201306）
摘要Hook-turn是一种有效改善交叉口车流延误的信号控制方式。文中讨论了Hook-turn交
叉口的空间设置方法和设置条件；分析了其安全效益和延误效益；建立了以交叉口车总延误最小为优化目标，周期和绿信比为自变量的信号配时优化模型，确定Hook-turn交叉口信号配时。通过假设的交叉口，对Hook-turn方式和传统控制方式的安全性和延误进行对比。结果表明，Hook-turn方式较传统控制方式有助于降低交叉口车总延误，同时提高了交叉口安全性，改善了交叉口运行效率。
关键词 二次左转延误安全性效益空间设置信号配时优化
Hook-turn翻译为中文为机动车二次左转，是一种有效改善交叉口车流延误的信号控制方式。国内对Hook-turn交叉口的研究很少，对非机动车二次左转的研究则较多些。讨
论机动车二次左转方式下交叉口信号配时的优化，以减少交叉口机动车车均延误，提高交叉口的运行效益。但该文及以往国外研究中未考虑非机动车交叉口通行情况、对车流发生上溯时延误计算欠缺合理性、没有说明横向道路右转车流是否受控、没有考虑左转车流是否有公交车辆以及认为受Hook-turn控制的左转车流会影响到横向车流导致延误增加等。
基于此，本文对Hook-turn交叉口的时空设置及其效益进行分析，并证明Hook-turn交叉口较传统控制方式交叉口的优越性。
1 Hook-turn交叉口的时空设置
1.1设置条件
只有满足一定时空协调条件的交叉口才可以采用Hook-turn控制方式。Hook-turn交叉口空间设置示意图见图1。
图中以南北方向道路为主干道，该道路上左转车流作为Hook-turn控制的车流，简称为H车流。
由图1可见，设置Hook-turn交叉口的条件主要有：①H车流中不能含有公交车辆，这是一个以往研究文献忽略的重要条件；②H车流流量不能超过待行区所能容纳待行车辆数；③主干道上的右转车流到达率不能过大。
由于横向道路（本文中指道路上左转车流未使用Hook-turn控制的东西向道路，下同）的路幅宽度限制了待行区大小，故交叉口相交道路必须满足所需几何条件。因此城市主一主相交和主一次相交的交叉口适合设置Hook-turn控制。
1.2设置方法
(1)对与H车流同一进口道右转车流进行控制。(2)合理确定待行区的空间位置和尺寸，
一般可按照3～4辆小汽车来设置尺寸，而待行区各边区划线设置见图2。
(3)需正确处理交叉口机非车辆通行问题，实施Hook-turn方式的交叉口多为城市道路交
叉口，实行人非共板方式可以使非机动车与行人享受同样通行权利。人非共板示意图见图3。
2.1安全性效益
由于实施了Hook-turn控制方式，交叉口的冲突点得到大大减少，提高了交叉口的安全性。见图4和图5，以三相位作为研究的情形。
在图4和图5中，小三角形代表交叉冲突点，小圆圈代表分流冲突点。对比图4和图5知，在未采取Hook-turn控制前，存在着许多交叉冲突点。采取Hook-turn控制以后，完全避免了交叉冲突点，仅存在分流冲突点，大大改善了交叉口车辆行驶的安全性。
2.2延误效益
通过分别计算采取Hook-turn控制前（T方式）后（H方式）的交叉口车总延误，并求后者与前者的差值作为延误效益。差值越大，则效益越高，反之则低。
2. 2.1传统方式的延误
延误可以通过相关著作中提供的均匀延误计算式和随机延误计算式得到，本文以均匀延误为例。均匀延误可由下式计算。
如果直行车流较大，车头时距均值小于左转车流的临界空当时距，则延误需要通过概率来计算。假设直行车流车头时距为负指数分布，则可利用下式计算出车头时距大于临界空当时距的概率。
2.2.2 Hook-turn方式延误
同理，由第二相位有东直和东直右2类车流，第三相位只有1类车流，考虑车流均为均匀到达，则可根据H方式优化后各相位各类车流的到达率和流量比直接利用式(1)分别计算其延误。则H方式下的交叉口车总延误为D h=2(Dh1+Dh2+Dh3)。则延误效益即为H方式下较T方式下的延误减少量D=D t—Dh M。D越大，则改善效益越好。M为D t和Dh延误的修正系数，由于周期长度不一样，所以应该将延误值化为相等时间段内的值以进行比较才合理。
3延误效益实例分析
由于国内还没有实际的Hook-turn控制交叉口，为了比较前后延误，本节通过一个假设的交叉口，根据本文建立的信号优化模型，分析交叉口T方式和H方式各自延误，计算延误减少量，以证明H方式的优胜性。
3.1 现状交叉口数据
为了证明H方式较T方式更优，根据实践调查经验假设一个现状交叉口。现对交叉口的到达率、信号周期以及交叉口渠化功能进行假设，同时按照流量比给各相位分配绿信比，并根据相关著作确定各类车道的饱和流率。
为减少计算量，对交叉口数据进行对称假设，因此只讨论南进口道和东进口道的延误，最后扩大2倍就得到交叉口总延误。交叉口现状渠化见图4，交叉口现状数据见表1。
其中，南向和东向直右车道的流量数据组成见表2。
假定：进口道均为3车道，车道宽度为3. 45m，中间带宽为5.5 m；步行速度为1.2m／s；现状信号周期为80 s，黄灯时间为3s，全红时间为2s，假设启动损失时间为2s。
3.2优化模型建立
传统方式和Hook-turn方式下信号配时方案优化，各参数均需要满足各种约束。以下分别讨论各个约束：各相位绿灯时间必须满足最短绿灯时间；各相位绿信比均要大于流量比，控制饱和度小于1；信号周期时长适中。
于是，建立一个以交叉口车总延误最小为函数优化目标，以信号周期和各相位绿信比为自变量的信号优化模型：
3.3对比验证
通过利用传统方式和Hook-turn方式对现状交叉口信号配时方案进行优化，然后对比延误变化，证明H方式比T方式更优。用WPS-Spreadsheet软件的规划模块进行优化求解。
3.3.1传统方式优化
根据交叉口现状条件，考虑行人一次性过街，则利用式(6)，则求得传统方式下的交叉口车总延误为D t=2 182. 55车．s，周期为79. 27≈80 s，解出各相位的绿信比和延误见表3。
根据式(2)验证知绿灯期间直行车流车头时距为5. 52 s，大于选定临界空当时距5s，所以左转车流延误可直接利用式(1)计算。
3.3.2 Hook-turn方式优化
根据现状交叉口条件，对南北向进口道的渠化功能进行调整，则南北进口道直行车行道数均为2，左右混行车行道数为1。则根据Hook-turn交叉口的时空设置，以及交叉口的各流向的流量数据，利用式(6)求解得到交叉口车总延误为Dh=2173.12车．s，信号周期为84. 39≈84 s，解出各相位绿信比以及计算得到的延误见表4。
于是，知使用Hook-turn方式的交叉口车总延误较使用传统方式优化的延误减少量为：D=D t一Dh M=141. 27车.s。故证明Hook-turn方式确实比传统方式能更有效减少交叉口车总延误。
4结论
通过Hook-turn方式的时空设置条件和方法，讨论了Hook-turn方式的安全改善效益和延误改善效益。实例证明了Hook-turn方式较传统方式能够降低交叉口车总延误和车均延误，同时提高交叉口的通行能力和安全性。
下一篇:返回列表
