2021年3月 第37卷第2期（总第214期 ）Mar.2021, V olume 37No.2 (Serial No.214)
收稿日期：2020-11-06
作者简介：杨永捷（1990-），男，汉族，广东广州人，学士，助理工程师，主要研究方向：交通规划及交通工程。
信号控制设计
杨永捷
（广州市市政工程设计研究总院有限公司，广州 510060）
摘 要：随着城市社会经济的快速发展，交通拥堵已成为大中型城市发展过程不可避免的难题，其中快速路合流段的拥堵问题越来越凸显，严重制约着城市路网的整体运行效率。为解决快速路合流段通行效率低下、交通秩序混乱等问题，提出在快速路匝道合流位置设置分车道信号控制的措施，针对路段内早晚高峰的流量特征，实行不同的信号控制方案，充分挖掘有限的道路空间，从而保证合流段整体的运行效率与交通秩序，并以广州市内环路增槎路放射线为例，介绍分车道信号控制作为快速路合流段拥堵的治理方法在实际应用过程中的实施条件、设计方案与实施效果。
关键词：分车道信号控制；城市快速路；合流段；匝道信号控制；交通拥堵
中图分类号：U491 文献标志码：A 文章编号：1671-3400(2021)02-0079-04
Design of Split-lane Signal Control for the Zengcha Radial Lane of Guangzhou Inner Ring Expressway
YANG Yongjie
(Guangzhou Municipal Engineering Design and Research Institute Ltd, Guangzhou 510060, China)
Abstract: With the rapid growth of economy and society, traffic congestion has become an inevitable problem during the development of large and medium-sized cities. The problem of traffic congestion at the on-ramp junction of city expressway is more and more prominent, which seriously restricts the overall operation of road network. In order to solve the problems like traffic inefficiency and disorder at the on-ramp junction of expressways, this paper puts forward the treatment measures of using split-lane signal control. According to the flow characteristics of morning and evening peak in the section, different signal control schemes are implemented to fully excavate the limited road space, so as to improve the overall operation efficiency and traffic safety at the junction. Taking the Zengcha R
adial Lane of Guangzhou Inner Ring Expressway as an example, this paper introduces the implementation conditions, design scheme and implementation effect of split-lane signal control as a traffic congestion treatment at the on-ramp junction of expressway.
Keyword: Split-lane signal control; City expressway; On-ramp junction; Ramp signal control; Traffic congestion
资金等条件限制，近5年广州市道路里程年均增长率仅为1.6%，供需矛盾持续扩大，交通拥堵问题日益突出。主干路跨线桥上桥位、快速路立交主线匝道合流区等交通汇流交织点的交通问题尤为突出，在高峰期间甚至出现汇流点排长队，形成路段交通的瓶颈点位，从而严重制约道路整体的通行效率。
汇流交织点秩序混乱、交通拥堵等问题，可通过在汇流交织点的上游增设分车道信号灯，对主线及匝道各个车道分别放行来避免车流冲突，从而保障汇流交织点的交织秩序和通行效率[1]。
0 引言
随着广州市城市经济、社会持续高速发展，机动车数量与机动化出行比例逐年增加，在2014—2020年期间，机动车数量从250万辆增加至288万辆，2020年上半年的增长率达到5.7%。与此同时，受土地资源、
本文以广州市内环路增槎路放射线为例，通过排队长度、平均车速、交通量、饱和度与服务水平，评价在实施分车道信号灯前后合流段的交通运行状况[2]。
1 广州市内环路概述
1.1 内环路交通概况
广州市内环路作为环绕市中心区的一条连续的城市快速路，全长26.7 km，共设有22对平行匝道并通过7条放射线与环城高速公路相接，沿线路段建设于市区主要交通干道上方的高架，设计时速60 km/h，匝道为30～40 km/h[3]。其中内环路增槎路放射线为内环路西北端连接金沙洲与广清高速的重要通道。
1.2 内环路运行状况
随着广州市经济发展及城市扩张，内环路交通流特性较建设初期发生较大变化，主要体现在以下方面：内环路各路段交通流量逐年增长；路段平均车速下降，高峰拥堵时段拉长；放射线潮汐现象逐年明显。
1.3 内环路拥堵成因
1.3.1 交通需求持续快速增长
内环路交通拥堵的主要原因是交通供需不平衡引起的通行能力不足、饱和度过高。建设初期，内环路主要位于当时广州市中心城区靠近边缘的位置，地块开发尚未完善，交通流以城市外围交通为主，内环路作为城市环路，分流作用显著，运行效果良好。
随着城市不断发展与扩张，广州市中心城区范围不断扩大，内环路周边用地愈发成熟，交通量逐年增大，更多的市内交通进入内环路内，市内交通与外围交通冲突现象愈发严重。
1.3.2 建设条件限制，道路供给能力有限
由于广州市内环路建设在老城区中，受地形、城市建筑及工程拆迁所限，桥梁车道数、线形受到限制，道路自身存在诸如主线小半径弯道、局部路段视距不足、匝道车道数不足、左侧匝道出入口导致交织干扰严重、匝道分流合流段长度不足引起严重交织、合流段上下游主线车道数不匹配等问题，高峰时段易造成路段拥堵或道路资源空置[3]。
2 分车道信号灯应用案例分析
实施分车道信号灯控制的主要目的在于平衡交通流量在时空上的不均衡现象，在有限的条件下充分挖掘道路空间的潜力，提升拥堵路段的交通秩序，从而缓解拥堵[4]。目前分车道信号灯在重庆、青岛等多个城市均有应用。2.1 重庆渝中区黄花园大桥桥头路段
从2016年9月起，重庆市交管局对交通流量基本饱和的5个合流点实施了分车道信号控制，对每个车道安装专属信号灯，车道变成实线不可变道，从而减少车辆交织。据介绍，实施分车道信号控制后，黄花园大桥—江州立交一线拥堵时长缩短2 h；行车秩序改善，每日10 :00—14 :00，当地车速由原来的20 km/h提升至30 km/h。
2.2 青岛流亭立交桥西北入口合流段
该立交位于青岛城阳区，是青岛北大门的重要交通枢纽，入境流量较大，高峰段基本饱和，无信控的情况下合流段冲突点较多，交织严重。城阳区交警通过调研后重新优化该路口交通组织，通过重新渠化路口、压缩车道宽度、设置诱导标志牌以及在下游增设4组分车道信号灯，合理分离去往市区与去往机场的车流，从而优化交通秩序，提高运行效率，消除安全隐患。
线形诱导标志3 实施前条件分析
3.1 一般实施条件
3.1.1规范要求
根据《道路交通信号灯设置与安装规范》（GB14886—2016）[5]，城市快速路、高等级公路等道路可根据交通状况，当车辆通过入口匝道汇入主路，对主路行驶车流产生严重冲突或造成下游拥堵的，可
在匝道设置信号灯。3.1.2 车道数条件
分车道信号灯主要应用于上下游车道数不匹配的路段，一般适用于道路合流段。设A为道路合流点上游主线路段的车道总数；B为合流点上游匝道路段的车道总数；C为合流点下游合流路段的车道总数。
当A + B ≤ C时，上下游车道数匹配，无交通瓶颈。
当A + B > C时，道路存在上下游车道数不匹配的问题，容易产生交通瓶颈，影响行车效率，产生安全隐患。
3.2 具体实施条件分析
3.2.1 交通组织
内环路增槎路放射线位于广州市白云区罗冲围，是增槎路片区、广清高速以及金沙洲片区进入中心城区的快速通道。
现状增槎路放射线北往南合流段为Y型高架合流段，由增槎路放射线北往南高架（北入口）与金沙洲大桥西往东高架匝道（西入口）汇合而成。北入口为主线，单向3车道；西入口为匝道，单向2车道，入口处合流为1车道汇合至合流段（往西场）（见图1）。
3.2.2 交通运行情况
根据2019年8
月现状交通调查，研究路段平峰时
图1 实施前交通组织平面图
段为9 : 30—17 : 30，期间西入口平均车速为22 km/h ，北入口为24 km/h ，合流段为20 km/h 。
早高峰时段为7 : 30—9 : 30，期间西入口缓慢路段较长，平均车速较低，路段属于过饱和状态，服务等级F 级；北入口道路空间富裕，服务水平B 级；合流段较
为拥堵，服务水平E 级。
晚高峰时段为17 : 30—19 : 30，期间西入口道路空间富裕，服务水平B 级；北入口缓慢路段长度较长，平均车速较低，道路属于轻度拥堵，服务等级D 级；合流段较为拥堵，服务水平E 级（见表1）。
西入口作为金沙洲片区的主要进城通道，居民出
行集中在早高峰，期间西入口交通量占该路段总量的57%，而其余时段出行较少；北入口作为广清高速和增槎路的主要进城通道，早高峰流量较少，早高峰后逐渐增长，在晚高峰期间达到峰值，晚高峰期间北入口交通量占该路段总量的77%。综上所述，该路段早晚高峰不同方向的交通需求不一致，存在一定潮汐现象。3.2.3 道路与交通安全
根据现场交通调查，由于早高峰期间北入口通行能力较西入口高，但车流量仅为西入口的74.3%，而
西入口流量大，通行能力较低，交通拥堵严重，大量车辆选择在合流点违章变道汇入主线，严重影响路段交通安全。
4 分车道信号灯控制设计
4.1 交通组织设计
为解决早高峰期间金沙洲进城困难，合理调节合流段高峰期间的供需平衡，拟对汇入路段进行交通组织优化，通过分车道信号灯，早晚高峰期间分别对北入口和西入口进行分车道信号控制[6-7]。分车道信控方案为：
早高峰（7 ： 00—9 ： 30）为北入口2车道放行，西入口2车道放行；其余时段（含晚高峰）为北入口3车道放行，西入口1车道放行[8]。4.2 交通设施设计
（1）信号灯系统。为实现这种分车道放行的控制方式，需要在进口道每条车道上一一对应设置1组信号灯控制[5]。在北入口和西入口合流点下游20 m 处设置分车道信号灯门架，并安装5组全屏机动车灯具。同时，设置2组CCTV 交通监控，用于管理部门随时监测交通运行状况。
（2）标志标线设计。将原西入口2车道汇入1车道的导流带标线改为2车道汇入标线。同时，为车道及信号灯加上对应编号，北入口从左到右为1/2/3车道，西入口从左到右为4/5车道，并设置相应的停止线。
（3）可变信息屏。在北入口上游200 m 以及西入口上游100 m 处设置可变信息屏，提示车辆前方分车道放行。
（4）其余设施。增加消能桶及反光道钉等交通安全设施，警示车辆按照车道行驶，减少车辆违章变道，保障交通安全(见图2）。
图
2 交通组织设计
表1 增槎路放射线北往南合流段实施前缓慢路段长度、平均车速以及交通量
方向进口道实际通行车道数
早高峰
晚高峰缓慢路段长度/m 平均车速/（km/h ）交通量/（pcu/h ）缓慢路段长度/m 平均车速/（km/h ）交通量/（pcu/h ）西入口（金沙洲） 1.518613.06 2 3405010.94 1 040北入口（增槎路） 3.05014.52 1 74015212.98 3 200南出口（往西场）
4.0
—
13.00
4 080
—
12.32
4 040
注：西入口治理前为1车道汇入，高峰时大量车辆违章驶入主线，实际通行能力按1.5车道计算。
4.3 信号控制方案设计
通过对北入口及西入口进行分车道信号控制，减少
汇流点交通交织[9]。
早高峰期间，西入口交通量较大，故匝道4号与5
号车道常绿；北入口交通量较小，道路空间充足，故主线1号车道常绿，2号与3号车道交替放行。
晚高峰期间，北入口交通量较大，故主线1号、2号、3号车道常绿；西入口交通量较小，故匝道4号与5号车道交替放行。具体相位设置（见图3）。
5 实施后效果分析
2020年10月，金沙洲—增槎路放射线北往南合流段可变车道正式投入使用，运行效果明显。
早高峰期间，西入口缓慢路段从实施前186 m减少至92 m，下降50.5%；北入口从50 m上升至62 m，增加24%。晚高峰期间，西入口从实施前50 m减少至44 m，下降12%；北入口从152 m减少至120 m，下降21.1%。
早高峰期间，西入口平均车速从实施前13.06 km/h 上升至15.25 km/h，增加16.7%；北入口从14.52 km/h 略微上升至15.79 km/h，增加8.8%。晚高峰期间，西入口从实施前10.94 km/h上升至12.70 km/h，增加13.9%；北入口从13.2 km/h下降至12.98 km/h，基本维持不变。
早高峰期间，整体交通量维持不变，西入口饱和度下降至0.84，服务水平提升2级至D级；北入口提升至0.74，服务水平下降1级至C级；晚高峰期间，路段整体交通量、饱和度以及服务水平基本维持不变（见表2）。
表2 早晚高峰实施前后对比表
方向指标
对比
进口道通行
车道数
缓慢路段
长度/m
平均车速/
（km/h）
交通量/
（pcu/h）
饱和度服务水平早晚早晚早晚早晚早晚早晚
西入口（金沙洲）实施前111865013.0610.94 2 340 1 040 1.070.52F B 实施后21924415.2512.70 2 1249480.840.49D B
北入口（增槎路）实施前335015214.5213.20 1 740 3 2000.470.84B D 实施后236212015.7912.98 1 878 3 1420.740.82C D
南出口（往西场）实施前44———— 4 080 4 0400.890.88E E 实施后44———— 4 002 4 0900.870.89E E
6 结语
在实施分车道信号灯后，金沙洲—增槎路放射线北往南合流段早高峰行车环境得到显著改善，西入口行车效率得到明显提升，北入口仍保持良好，晚高峰行车状况基本维持不变；在交通秩序方面，车辆压线变道、跨越多车道变道的情况减少，驾驶环境也变得更安全[2]。
综上所述，分车道信号控制在解决汇流点的交织冲突问题上有较好的效果，同时结合早晚高峰流量特征，动态信号控制方案，可较好地在有限的道路空间解决合流路段供需不平衡引起的拥堵问题。
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图3 信号控制方案设计
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