城市交通道路交叉路口存在的问题及解决办法

城市交通道路交叉路口存在的问题及解决办法

一、道路交叉口交通管理存在的问题

城市道路系统多为网状结构，其主要特点是道路网密度高，路网节点——交叉路口数量多，交叉路口已成为城市道路系统的重要组成部分，且近年来各城市普遍存在的交通混乱、交通阻塞、道路交通事故频发等交通问题，很多是由于交叉路口交通干扰严重及交叉路口通行能力极度下降造成。

红灯右转导致行人和骑车人在交叉口没有真正拥有道路使用权

我国常常直接引进西方先进的交通工程技术来解决国内我国常常直接引进西方先进的交通工程技术来解决国内的交通工程和管理问题，例如，汽车在交叉口红灯右转的规则但是忽略了国情：行人自行车和汽车都交织混杂在交叉路口，高架桥下交叉口十分宽广，行人和骑车人穿越道路所需时间比较长由于大交叉口完全由信号控制，虽然行人拥有宽敞醒目的人行道，但是红灯右转的规定导致右转车辆和过街行人之间的冲突，使得真正意义上供行人和骑车人使用的时间段几乎没有，也就是行人和骑车人在交叉口没有真正拥有道路使用权，在绿灯时间内由于右转车辆的阻挡，行人无法通过路口，不仅安全没有保障，还影响了汽车的通行行人只有靠自己的经验来判断，抓住时机穿越路口，这就是常见的行人骑车人违章现象，极易造成交通堵塞，甚至交通事故，极其危险。

人行道靠前便道窄导致行人路口等待通行信号

为了提高车辆的通行能力，在交叉口设计时，机动车停车线设置到路口顶端，人行道在路口中，行人在人行道上没有安全感例如四环某立交桥路口两方向的人行道在路中相连接；人行便道与自行车道常用铁栏杆隔离，只面向人行道角开口，拐角处多设置景物，留下非常窄的供行人等待的驻足区，并且没有清晰的标示左转行人在通过一边路口等待绿灯信号穿越另一边路口时，往往会停留在人行道的转弯处，阻挡了自行车道，又没有任何保护，极易与右转车辆发生冲突，明显地影响机动车通行。

交叉口旁其他设施过多形成安全隐患

随着城市地区供电高压线改为地下电缆，在道路两旁随处可见大大小小的变压器等电力设施，有些就建在交叉口边，另外，在北京城区大小交叉口人行便道上几乎都建有报刊亭这些设施既影响行人通行，也阻挡了右转车辆的视线，不仅对行人和驾驶员而且对设施本身都形成极大的安全隐患，就是一起交通事故，右转车辆撞倒变压器行人过街安全岛标志不明确，还与人行道有路缘，这样既不便于残疾人外出，也不便于自行车通行，还容易被占用行人往往在一个绿灯时段不能通过高架桥下的过街通道，在等待下一个绿灯信号时，没设置等待线，致使行人容易停靠太前与行驶的车辆距离太近不安全，同时也影响正常行驶的车辆。路口设计的随意性致使自行车违章

在高架桥下我国大都采取行人和自行车共用人行道，由于设置不合理导致自行车进入机动车道，影响车辆的通行速度，降低交叉口通行能力，并形成安全隐患以四环某立交桥为例，由于桥梁建设的缘故，桥下东西两边人行横道完全不对称，东边人行横道窄，靠近路口；西边人行道宽，远离路口对该路口进行了为期天的不同时段调查统计，两边自行车各为辆，违章统计结果见表

自行车道设计与骑车人违章的关系

宽度（m）与路口距离违章自行车比例

（m）（辆）

东边自行车道 2.8 4 273 54.6%

西边自行车道 7.4 9 53 10.6%

交叉口面积过大，缺少必要的渠化

交叉口面积过大，导致车辆行车轨迹混乱，冲突增多，司机与行人注意力分散，容易发生交通事故。同时，也使停车线之间的距离过长，信号周期内交叉口清场时间过长，使行人过街困难。车辆通过交叉口时速度越快，追尾及左转车与直行车发生事故的危险性增大，也容易引发左右转车与横过人行道的步行者之间的事故。

二、解决方法及对策

1 单点交叉口信号配时研究的基本概念

单点交叉口（图 1）是指将某一交叉口与其他交叉口隔离开来，在研究分析时只针对这一路口的情况进行研究，不考虑与其相邻的路口交通情况对该交叉口的影响。因此，单点交叉口信号配时的优化模型是最简单、最基本的优化模型。

在单点交叉口配时的优化研究中，相位（图 2）是一个非常重要的概念，指在一个信号周期内同时获取通行权的一组交通流。一个相位既可以表示机动车的通行权也可以表示行人的通行权，且这两个通行权是一致的。

单点交叉口配时优化研究主要通过建立非线性模型的方法，在一定的约束条件下找到最优的信号控制策略。下文将具体介绍这一领域的研究情况。

1.2 单点交叉口信号配时的常用优化模型

在分时段定周期信号控制的控制方案中都要确定以下参数：周期时长、绿信比。自从信号控制这种交通管理组织方式产生以来，各国学者都在不停地研究对

其控制参数的优化，期望可以达到提高通行能力、降低能源消耗、减轻环境污染的目的。在国外的方法中，以F.Webster提出的理论最为经典，其后的许多研究都是在其基础上进行修正、改进。我国的相关交通研究人员也根据我国的实际情况对F.Webster理论进行运用以及修正并取得了一定的成果。F.Webster经典理论将交叉口的总延误时间作为唯一的优化目标，然而在实际运行中，设计人员的出发点是力图降低运营费用（时间、燃油消耗、车辆轮胎以及机械磨损等）以及环境污染，降低驾驶员和乘客的不舒适程度，同时又确保交叉口的行车安全，而这一系列的目的都和停车次数、车辆排队等因素有关。为了可以实现这一系列目的，澳大利亚学者R.Akcelik引入了“停车补偿系数”。

目前，国内关于单点交叉口信号配时的优化模型以非线性规划模型为主，通过选择不同的目标函数及决策变量，设计不同的限制条件来求解最优性条件。总结起来，单点交叉口的信号配时优化模型主要有以下几类，如表1所示。

从表1的结果分析，各研究中关于单点交叉口配时优化的模型非常类似，以最小化车辆延误及车辆排队数量为目标函数，以各相位有效绿灯时间和周期长度为决策变量建立非线性数学规划模型。不同学者在实际研究中对目标函数以及决策变量进行补充和修正，获得各种适应不同情况的优化模型。从各个研究的仿真结果来看，这种配时优化模型简单、明确，而且能得到比较满意的结果，因此是解决简单单点交叉口交通流问题的有效方法。

1.3 基于公交优先的单点交叉口配时优化模型

在上文介绍的配时优化模型中，将公交车与其他车辆等同考虑。但由于公交车单车载客量明显大于其他车辆，将公交车与其他车辆等同看待具有一定的不合理性。因此，在进行配时优化研究时，有学者充分考虑了公交车的特殊性，提出

以人均总延误最小为信号配时优化模型的优化目标，以相位乘客流量比和相位饱和度确定绿信比的方法[12]。这种方法提高了公交车的权重，虽然车均延误较上文介绍的优化模型略大，但从人均延误的角度却有了很大程度的改善和提高。

1.4 基于状态划分的单点交叉口配时优化模型

城市道路交通流随时间的波动性明显显著，在上下班高峰的时间段、周末时间段，道路交通流密度非常高，而在其他时间段，道路交通流的密度相对较低。不同交通流密度下，道路交通的情况是有很大差异的，如果使用相同的模型进行分析得到的结果可能具有一定的偏差性。因此，一些学者提出了基于状态划分的单点交叉口配时优化模型。在这类优化模型中，城市交通根据交通流密度被划分为4种状态，分别为闲散状态、顺畅状态、繁忙状态和拥堵状态。针对交通流不同状态的特点，建立不同的优化模型，具体见表2所示。

2 城市多点交叉口信号配时的优化模型

单点交叉口信号配时优化的模型建模简单，可以根据不同目的来调整目标函数和决策变量。但单点交叉口信号配时优化模型最大的缺陷在于，将研究的交叉口与其他交叉口分割开来独立分析。但是，城市的道路交通就像一个巨大的网络，而交叉口是网络中的节点，相邻或相近的节点不可能是独立的。例如当某一路口交通流量达到饱和、发生拥堵情况时，如果上游路口依然按照使本路口流量最大来设置绿信比和周期，那么就会导致下游这一交叉口的拥堵更加严重。

针对单点交叉口信号配时优化模型的这一缺陷，交通领域的学者们提出了多点交叉口信号配时的优化模型。在各个交叉口的地下都装有线圈，用来采集经过

各个路口的流量信息。根据采集的交通流信息数据，通过神经网络可以预测下一时段各个路口各方向的车流量。基于这些数据，对各个路口的信号周期、绿信比和相位等进行优化模型的建立[14]。

多点交叉口信号配时的优化模型综合考虑了邻近交叉口的交通情况，优化模型求得的结果更加符合实际交通情况，因此该方法将在未来交通流的优化研究中占重要地位。

3 从优化理论看待城市道路交通问题

3.1 单点交叉口和多点交叉口配时的优化思想

单点交叉口和多点交叉口的配时优化模型都是通过数学规划的方法，在一定约束条件下找到最优点的位置。但从优化理论的角度出发，两种方法具有本质的差别。单点交叉口配时优化方法是在寻求一个局部最优点，其将各个交叉口作为独立的点进行分析，得到的结果能够使某一个路口的交通流情况达到最优，但这种最优性方案没有考虑其他路口的影响，也就无法使道路交通的整体情况达到最优；另一方面，多点交叉口配时优化方法是在寻求一个全局最优点，其将交通系统看作一个神经网络，考虑到网络中各个节点的彼此相关性，期望通过数学规划的方法找到一个能够使交通网络整体绩效达到最优的解决方案。目前，单点交叉口配时优化模型的研究已经相对成熟，而多点交叉口配时优化的研究还相对较少，需要设计出更符合实际、更高效的优化模型。

优化理论并不仅仅是构建精确的数学模型来求解，更重要的是要能够时刻具有优化的思想和全面的系统观，从更高的角度思考问题，这才是优化理论真正的魅力所在。城市道路交通拥堵是直接关系人们生活水平，同时又非常复杂的系统问题。从狭义角度来看，优化理论可以构建交叉口交通流控制的数学规划模型；从广义的角度来看，优化理论为彻底解决城市交通拥堵提供了思想上的指导，即从交通系统的构成元素出发，分别考虑解决方案。

随着社会和城市化的进一步发展，交通需求将日益增加。作为道路咽喉的交叉口出的安全问题也必将引起越来越多人的关注。交叉口安全改善，应根据交叉口及周边道路、建筑等的现状，交通量的大小和流向，行人情况等多方面的因素，客观、定性、定量地分析当前存在的问题，并在此基础上提出相应的改善方案，合理解决个方向交通流的相互干扰和冲突问题，以保障交叉口的交通安全和畅通。