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连续流交叉口研究综述马万经作者简介：马万经（1980-），男，内蒙古赤峰人，副教授。*通讯作者：，李莉，由效铭（同济大学 交通运输工程学院，上海 201804）摘要：通过在主交叉口之前设置一个路段预信号，连续流交叉口实现了将左转车流提前疏导到对向车流的左侧，从而消除主交叉口处左转车与对向直行车之间的冲突点，变四相位为两相位，进而提高交叉口通行能力。本文总结了从1987年提出至今，连续流交叉口在理论研究方面取得的理论研究与实践成果，包括连续流交叉口的基本概念、主要分类，信号配时方法、交通与道路设计模式、运行效果评价方法及其在实际中的应用案例。总体而言，连续流交叉口在一定程度上通过对左转车流通行方式的优化设计与控制，更充分地利用了交叉口的时空资源，并在墨西哥、美国等国家取得了良好的收效。然而，连续流交叉口的适应条件、通用的交通设计和信号配时方法、驾驶员适应性及其对交通安全的影响等方面尚待深入研究。关键词：交通工程；连续流交叉口；研究综述；信号配时；效果评价中图分类号：U491 文献标识码：AA Literature Review of the Continuous Flow IntersectionAbstract: By setting a midblock pre-signal several hundred feet before the main intersection, the CFI design accomplishes introducing the left traffic flow to a left-turn bay placed to the left of oncoming traffic in advance, removing the conflicts between left-turning vehicles and oncoming traffic, reducing the 4 phases to 2 phases, hence improving the capacity of the intersection. This paper summarizes the literatures both in the theory research and practical implementation of the CFI since its concept was put forward in 1987, including the basic concept, main categories, method of signal timing, traffic and road design methods, evaluation tools as well as experience of implementation in practice. In summary, the CFI makes a better use of the temporal and spatial resource of the intersection to some degree because of its optimized design and control of the left-turning traffic flow, and it has been implemented successfully in many countries including Mexico and the United States. However, the suitable conditions of the CFI, the universal traffic design and signal timing optimization method as well as the drivers adaptability and its impacts on the safety of the trafficstill need further study.Keywords: traffic engineering; the CFI; signal timingCLC number: U491 Document code: A1 引言城市机动化水平的提高带来了严重的交通拥堵问题，而交叉口作为城市道路交通的咽喉，是造成行车延误的主要因素。据统计，车辆在交叉口耽误的时间约占全程行程时间的31%。探寻提高交叉口通行能力的具体措施和有关实施条件，并对措施的实施效果进行量化比较，是提高城市道路网通行能力、缓解城市交通拥挤问题的有效方法。对于因左转车流量较大而引起拥堵的交叉口，传统的改进措施包括增加车道数、更改信号灯配时、禁左、修建立交等，但这些措施一方面在交通流进一步增大时可能将使交叉口重新面临拥堵问题，另一方面也可能存在对周边道路网的要求较高、修建费用昂贵，影响城市景观等问题。连续流交叉口，作为一种非常规的交叉口设计模式被提出，并在墨西哥、美国等有40余处的应用Cracknell J A. Mexico, Mexico City Metropolitan Area, Back to the Office Report on Mission of March R.Washington, DC: World Bank,1995.并取得了良好的效果。本文从连续流交叉口的概念入手，对连续流交叉口发展历程、信号控制方法、几何设计方法、效果评价等多方面的研究进行全方位的总结分析，以期为连续流交叉口的后续研究和实践应用提供参考与借鉴。2 基本概念与发展历程2.1 连续流交叉口概念连续流交叉口（CFI, Continuous Flow Intersection）又称左转换位转向交叉口（XDL, Crossover Displaced Left-Turn Intersection）。通过在主交叉口之前一段距离设置一个路段预信号，连续流交叉口将左转车流提前在预信号交叉口疏导到对向车流左侧，从而消除了主交叉口处左转车流与对向直行车流的冲突点，进而将常规的四相位变为两相位 Wikipedia.Continuous-flow intersection OL, (2005-9-22) 2012-5-23. /wiki/Continuous-flow_intersection。下图1所示为一四向控制连续流交叉口的示意图。从每一个设置了路段预信号的进口道驶来的左转车均会在进入主交叉口前相继遇到左转第一停车线与左转第二停车线，若其对应的出口道设置了路段预信号，则该左转车将遇到左转第三停车线。图1 四向控制连续流交叉口示意图Fig.1 Geometry for a full CFI2.2 连续流交叉口发展历程连续流交叉口最早于1987年由Francisco D, Mier在美国申请专利并于1991年9月17日被授予专利权 FRANCISCO D M, BELISARIO H R. Continuous Flow Intersection P.United States: 5,049,000, Sep.17, 1991.。该连续流交叉口东西向通过立交将左转车流提前疏导到对向车流左侧，南北向则直接在地面上进行左转车流的疏导，从而实现了四个方向左转车流空间上的分离，达到了左转车流的连续通行。为节约成本，该设计之后经过修改变为了无立交的纯地面式交叉口。连续流交叉口概念提出至今，已经历了25年的历史。25年间，连续流交叉口在理论与实际应用方面均取得了较为长足的进步。其应用的发展历程如下表1所示。表1连续流交叉口在美国的发展历程Table 1 Development history of CFI in the US年份事件1987年Francisco Mier首次提出连续流交叉口的概念并申请专利1991年Francisco Mier为Brooklyn设计了一处连续流交叉口，将原本3000万美元的隧道项目缩减为600万1995年纽约的道林大学在其航空技术中心的入口与William Floyd路相交的“T”形交叉口处建立了连续流交叉口的原型2001年马里兰运输部在距华盛顿以南15英里的228及210州高速公路上投入使用了第一个真正意义上的单向控制“T”形连续流交叉口2006年第一个双向控制“十”字形连续流交叉口在巴顿鲁治开通2007年另外两个双向控制“十”字形连续流交叉口相继在犹他州的3500 South公路和Bangerter高速公路交叉口及Fenton，MO的30高速公路和Summit Drive交叉口建成2009年盐湖城宣布要在Bangerter高速公路和Redwood公路上再建五个连续流交叉口2010年另一个单向控制连续流交叉口于密西西比州建成，路易斯安那州的拉斐特与科罗拉多州的拉夫兰市的两个连续流交叉口相继建成2012年犹他州奥瑞姆城的I-15 CORE项目中University主干道和Sandhill道路的连续流交叉口预计建成2.3 连续流交叉口分类为评价连续流交叉口的运行效果，RamanujanJagannathan和Joe G. Bared JAGANNATHAN R, BARED J G. Design and Operational Performance of Crossover Displaced Left-Turn Intersections J. Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, 2004, 1881: 110.将连续流交叉口分为三类，并给出了每一类交叉口的具体尺寸和配时方案，如图2所示。而AmitDhatrak, Praveen Edara DHATRAK A, EDARA P, BARED J G. Performance Analysis of Parallel Flow Intersection and Displaced Left-Turn Intersection Designs J. Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, 2010, 2171: 3343.等则只考虑其中的“十”字形交叉口，并将其分为两类：四向控制与双向控制。目前所有已建连续流交叉口均为单向“T”形交叉口或双向“十”字形交叉口。“十”字形四向控制连续流交叉口 “十”字形四向控制连续流交叉口 “T”字形单向控制连续流交叉口图2 三种连续流交叉口示意图4Fig.2 Overall geometry for three types of CFI3 连续流交叉口设计与控制方法连续流交叉口控制方法主要从三个方面展开研究，包括信号控制方法，交叉口渠化设计方法和交通标志标线设计方法等。以下分别对相关研究进行综述分析。3.1 信号配时方法信号配时问题是连续流交叉口首要需解决的问题。信号配时方案直接影响着交叉口的通行能力、车辆延误和停车次数。Tanwanichkul, Pitaksringkarn TANWANICHKUL L, PITAKSRINGKARN J, BOONCHAWEE S. Determining the Optimum Distance of Continuous Flow Intersection Using Traffic Micro-simulation J. Journal of the Eastern Asia Society for Transportation Studies, 2011(9): 1670-1683.等及Tarko, Azam TARKO A, AZAM M S, INEROWICZ M. Operational Performance of Alternative Types of Intersections-A Systematic Comparison for Indiana Conditions C / The 4th International Symposium on Highway Geometric Design Valencia, Spain, 5-9 June, 2010.等对连续流交叉口进行研究时，直接用Synchro对其进行信号配时，未详细研究具体的控制方法。Esawey及Sayed ESAWEY M E, SAYED T. Comparison of Two Unconventional Intersection Schemes Crossover Displaced Left-Turn and Upstream Signalized Crossover Intersections J. Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, 2007, 2023: 1019.认为连续流交叉口的信号灯组由六个相位组成，分别如图3所示。他们考虑了各进出口道车流量平衡及车流量不平衡两种情况，并均使用Synchro软件进行信号配时优化。在Synchro模型中，他们忽略所有的右转车流并将左转车流作为右转车流进行配时。而路段交叉口则作为零流量的路段加以考虑。 图3 连续流交叉口相位相序示意图8Fig.3 Signal phasing scheme for CFIJagannathan和Bared4提出了预信号交叉口信号配时的6个考虑要素，包括：左转第一停车线处左转车辆延误减少；左转第二停车线处左转车辆延误减小；左转第三停车线处左转车辆延误减小；直行车辆延误减小；车辆停车次数减小；行人绿灯时间最小。基于这些约束， Bared等提出了信号配时方案并利用运筹学求解器WinQSB进行了求解。需要指出，以上各约束并不完全相互独立，且研究指出行人过街会严重影响交叉口的运行效果，但并没有给出具体的解决方法。Dhatrak等5分三种情况对连续流交叉口进行讨论，分别为：各向流量平衡的四向控制连续流交叉口、各向流量不平衡的四向控制连续流交叉口、各向流量不平衡的双向控制连续流交叉口。他们给出了四向控制连续流交叉口与双向控制连续流交叉口的相位相序图，同时基于G.Bared等的研究成果，Amit等通过在55-80s之间遍历周期时长，以试算获得最优周期长。结果表明，在给定流量下，60s的周期时长在三种情况下均为最优的周期时长，但不同情况下的具体配时方案各不相同。Hughes, Jagannathan HUGHES W, JAGANNATHAN R. Alternative Intersections/Interchanges: Informational Report R. Washington: US Department of Transportation Federal Highway Administration, 2010.等针对四向控制连续流交叉口绘制了5处信号灯的位置图。他们指出该交叉口可采用5个独立的信号控制机或采用单个信号控制机，并给出了这两种控制方法的相位相序图。具体的信号优化模型Warren等参考了上述Ramanujan等提出的六个约束条件。综上，现有的研究多集中于通过信号配时软件来确定连续流交叉口信号配时方案，缺乏对连续流交叉口的特殊考虑。目前仅有的关于连续流交叉口的信号优化模型是由Ramanujan等提出的，但其仅提出了6个定性的约束条件，未将其量化为具体的约束式，缺乏精确、系统的信号优化模型。3.2 车道划分与车道长度设定Tanwanichkul等6基于最短要求长度、实际车道长度及交叉口的服务水平来确定泰国的主交叉口与路段交叉口之间最优的车道长度（此处研究目标是右转车辆）。当车道的实际长度大于或等于最短要求长度且交叉口满足服务水平要求时，该实际长度即为最优的车道长度。其中最短要求长度通过仿真得到。Tanwanichkul等的研究对象为一左/直/右车道比为1/3/2的“十”字形交叉口，所取的实际车道长度取值从30m到240m不等，间隔为30m。车流量每500PCU/h递增，直至超过交叉口的通行能力，其中左/直/右的流量比则又分为10/65/25，10/60/30，10/55/35三种。图4给出了不同交通流情况下主交叉口与路段交叉口之间最合适的距离及对应的车均延误。图4 交通流与主交叉口与路段交叉口之间距离关系图6Fig.4 Distance between the main section and sub-section of CFI in different traffic conditions可以看到，现有的针对连续流交叉口的车道划分与车道长度的研究非常有限。信号控制方面研究的空缺直接导致了排队长度计算的困难，使其只能依赖仿真得出结果。而排队长度作为确定车道长度的标准，其数值直接影响到车道长度的准确性。3.3标识标线的设计连续流交叉口作为一种新形式的交叉口，要求左转车辆在路段交叉口预先转弯进入对向车道左侧，因此其标识标线的设计有别于常规交叉口。只有能正确引导驾驶员操作的标识标线才能最大程度上保证连续流交叉口的安全并提高其运行效率。标识标线按功能可分为转向标识、停车标识、车道线、人行横道线等，按空间位置又可分为地面、地上及空中三类。目前，连续流交叉口的标识标线设计尚未标准化。为研究连续流交叉口标识标线的设计方法， Inman INMAN V W. Evaluation of Signs and Markings for Partial Continuous Flow Intersection C /Annual Meeting of Transportation Research Board, 2009.利用驾驶模拟器针对双向控制连续流交叉口进行实验，分别探究了其中主路和次路的标识标线设计方法。针对主路（即实行了变向交通控制的车流量较大的路段），Vaughan设计了如图5所示的三种标识标线方案，针对次路，Vaughan同样设计了三种方案：高、中、低，其中“高”方案如图6所示。三种方案的不同之处在于标志标线的数量，高方案中的标识标线最为完备，而中、低方案则相应地去除其中一些标识。实验结果表明：在通视良好、交通量不过大的交叉口，主路上廉价的地上标识与相对昂贵的空中标识具有同样的指示作用，而车道前方的左转指示标识能有效地引导驾驶员及时进入左转车道；次路上不同的停车指示标识具有等效性。图5 主路上的三种标识标线方案10Fig.5 The three sign treatment on the major road approach图6 次路上标识标线“高”方案示意图10Fig.6 High treatment on minor street approachWarren Hughes等9给出了四向控制连续流交叉口其中两个进出口道的标识标线位置示意图。同时还详细绘制了巴顿鲁治的已建连续流交叉口的标识标线示意图，如图7所示。图7 巴顿鲁治的已建连续流交叉口的地上标识标线示意图9Fig.7 Ground-mounted signing and marking as used at CFI in Baton Rouge, LA目前连续流交叉口标识标线设计尚未规范化，相关研究也较少。已建的连续流交叉口的标识标线设计方案多未经过大量的实验验证，为设计者按常规交叉口标识标线设计的经验衍化而来。综上，对于连续流交叉口控制方法研究的两个方面信号控制、车道划分及车道长度确定，目前的研究成果较少，特别是对于车道划分、车道长度与信号控制之间所存在的前后承接关系，缺乏系统的优化模型。而连续流交叉口控制方法研究的第三个方面标志标线的设计及其可能对交通安全、运行效率等方面的影响也有待进一步研究以形成规范。4 评价方法与效果分析连续流交叉口按评价对象可分为针对已建交叉口的实际效果评价及针对虚拟交叉口的仿真效果评价，按评价内容又可分为车均延误、通行能力、平均停车次数、排队长度、事故率、油耗、尾气排放量、服务水平、土地利用率、建设费用及针对新形式交叉口的驾驶员适应性评价等。本文按评价对象分类，分别综述了已建交叉口及仿真交叉口各方面的效果评价。4.1实际效果评价自连续流交叉口概念提出以来，已在墨西哥、美国、英国、泰国等部分国家得到实际应用，收效良好。车均延误方面，2006年于巴顿鲁治建成的连续流交叉口使下午高峰时期车辆的平均延误由4min减为30s MICHAEL G.BRUCE, P.E., PAUL W.GRUNER, P.E., P.S. Continuous Flow Intersection- Gaining speed in the United States N. CE News, 2006-01-26.；2007年于犹他州3500 South公路和Bangerter高速公路建成的连续流交叉口通车后，车辆的平均等待时间降低了50%。通行能力方面，犹他州3500 South公路和Bangerter高速公路建成的连续流交叉口使直行交通流通行能力提高了31%。事故率方面，巴顿鲁治的连续流交叉口建成后两年内（2006-2008）每年的事故率相对于建成前四年内（2002-2005）每年的事故率减少了24%，其中严重的伤亡事故减少了19%9。建设费用方面，1991年Francisco Mier为Brooklyn设计了一处连续流交叉口，将原本3000万美元的隧道项目缩减为600万 BERKOWITZ C, BRAGDON C, MIER F. Continuous flow intersection: A public private partnership C / Vehicle Navigation and Information Systems Conference, 1996. ;相对于道路拓宽项目或高架建设项目，连续流交叉口的耗费要少得多（有时可减少80%）。已建的连续流交叉口中，巴顿鲁治的交叉口总耗费为440万美元 ELSEVIER R. Louisiana Receives Award for Continuous Flow Intersection Design J. Construction News, 2008, 75(1): 36.。Warren Hughes认为，当车流量大或需要建设立交时，连续流交叉口因建设费用方面的优势可成为替代的最优方案 GOLDBLATT R, MIER F, FRIEDMAN J. Continuous Flow Intersections J. Institute of Transportation Engineers Journal, 1994 , 64 (7): 3542.。驾驶员适应性方面，通过对已建的犹他州3500 South公路和Bangerter高速公路连续流交叉口及巴顿鲁治的连续流交叉口采集的视频进行分析，Sangjun Park及HeshamRakha PARK S, RAKHA H. Continuous Flow Intersection: A Safety and Environmental Perspective C / in Intelligent Transportation Systems Conference, 2010, ITSC 2010. IEEE.发现连续流交叉口开通初期驾驶员由于对该类交叉口的不熟悉会产生一些操作失误，如不恰当的换道、闯红灯等，而一年后类似的失误能减少50%。因此，Sangjun等认为相当一部分操作失误只是时间问题，能够随着驾驶员对连续流交叉口熟悉程度的加深而得以解决；其余部分则应通过更合理的标识标线设计加以规避。4.2仿真效果评价自连续流交叉口提出以来，针对其的效果评价主要集中于仿真评价。Carl Berkowitz, Clifford Bragdon等12利用TRAF-NETSIM进行仿真，发现连续流交叉口相对于常规交叉口能在很大程度上降低车均延误、能源消耗及尾气排放。其中，延误降低了大约80%，平均速度提高了1倍，能源消耗及尾气排放则减少了66%以上。Ramanujan等4针对三类连续流交叉口进行VISSIM仿真，如图2所示。仿真结果表明：在给定的交通流条件下，相对于常规交叉口，这三类连续流交叉口的车均延误分别能减少50%左右；排队长度分别能减少60%以上；通行能力分别能增加20%左右。此外，在非饱和的交通流情况下，连续流交叉口平均停车次数能减少15%-30%，而在饱和流条件下则能减少85%-95%。Mohamed等8利用VISSIM仿真软件对比了平衡流及不平衡流条件下连续流交叉口与常规交叉口的运行效果。结果表明，在任何平衡流或非平衡流情况下，连续流交叉口的延误均低于常规交叉口，且其通行能力能提高90%。Minseok Kim, Xiaorong Lai等 KIM M, LAI X R, CHANG G L, RAHWANJI S. Unconventional Arterial Intersection Design Initiatives C / in Intelligent Transportation Systems Conference, 2007, ITSC 2007. IEEE.对一“T”字形单向连续流交叉口进行CORSIM仿真研究，仿真结果表明：对实行了变向控制的进出口道，连续流交叉口相对于常规交叉口车均延误能减少55%-70%。Thomas E. Hildebrand HILDEBRAND T E. Unconventional Intersection Designs for Improving Through Traffic Along the Arterial Road D. Florida: Florida State University, 2007.所有作者信息：马万经博士，副教授，硕士研究生导师，同济大学交通运输工程学院，E-mail: , 手机通信地址：上海市嘉定区曹安公路4800号同济大学交通运输工程学院交通工程系 506室，邮编：201804李莉本科生，同济大学交通运输工程学院，E-mail: , 电话通信地址：上海市嘉定区曹安公路4800号同济大学学生公寓10号楼511寝，邮编：201804由效铭本科生，同济大学交通运输工程学院，E-mail: , 电话通信地址：上海市嘉定区曹安公路4800号同济大学学生公寓6号楼606寝，邮编：201804应用Synchro Studio 7及SimTraffic对常规交叉口（此处指增加直行车道的交叉口）及双向控制连续流交叉口进行仿真，比较了主进出口道在流量分别为1000vph, 2000vph, 3000vph情况下两类交叉口东向主进出口道的服务水平，平均车速及车均延误。实验结果表明：随着主交叉口的流量增大，连续流交