城市道路交織區(qū)優(yōu)化控制方法研究

重慶交通大學(xué) 交通運(yùn)輸學(xué)院 重慶 40074

摘要：近年來，隨著城區(qū)一體化建設(shè)，日益增多的城市道路交織路區(qū)嚴(yán)重影響著城市道路交通狀況。本文通過調(diào)查對城市道路短交織區(qū)車輛運(yùn)行特性進(jìn)行分析，從流量控制與信號控制兩方面提出城市道路交織區(qū)優(yōu)化控制方法，最后基于VISSM進(jìn)行仿真評價。

關(guān)鍵詞：城市道路；交織區(qū)；優(yōu)化控制；

交織區(qū)是城市道路的重要組成部分，其通暢性直接影響整個城市道路網(wǎng)絡(luò)，針對城市道路交織路段的研究，目前國內(nèi)外還沒有系統(tǒng)的理論研究方法，國內(nèi)目前對于交織段的研究主要集中在高速路和城市快速路[1]。隨著城市外環(huán)快速路的建設(shè)，城市交通的連通性增強(qiáng)，外環(huán)快速路與城市道路的連接造成了大量的交織路段，城市道路交織區(qū)具有合流車道多，變道次數(shù)多，交織區(qū)段短[2][3]（一般不超過200m）的特點。為了改善城市道路交織區(qū)車輛運(yùn)行狀況，本文借鑒快速路交織段車輛特性分析方法[3]，結(jié)合城市平面交叉口控制方法對交織區(qū)進(jìn)行控制。研究表明，分析交織區(qū)車流量，對交織區(qū)進(jìn)行適當(dāng)信號控制能有效提高交織區(qū)通行能力，對解決城市大部分交織區(qū)擁度問題有重要的意義。

1.交織區(qū)構(gòu)型

交織區(qū)中駕駛員需要緊張地變換車道，從而導(dǎo)致該區(qū)域內(nèi)的交通流紊亂程度超過了道路基本路段上正常出現(xiàn)的紊流，表現(xiàn)出交織區(qū)運(yùn)行的特殊性。交織區(qū)常常成為城市道路中的擁擠路段，對交織路段內(nèi)紊流進(jìn)行改善是城市道路研究的重點，交織區(qū)構(gòu)型圖如圖1所示。

圖1 交織區(qū)構(gòu)型圖

交織區(qū)：兩股或多股交通流在沒有交通控制設(shè)施的情況下，沿著相同的大方向在相當(dāng)長的路段中運(yùn)行，其中相交而過的交通流成為交織。則交通流所在的該段道路稱為交織區(qū)。

交織段：交織區(qū)內(nèi)合流點與分流點之間的距離，用L表示，如圖1所示。

合流點：不同來向車流相互匯合的點。

分流點：不同去向的車流分開的點。

交通流量：來向車流的交通量，用Qi表示。

優(yōu)先通行權(quán)：具有優(yōu)先通行權(quán)可以是指在相同條件下車道數(shù)較多、交通流量較大的道路被賦予更多的時空資源；在本研究中，即使車道與流量不占優(yōu)的來向，出于對區(qū)域路網(wǎng)通行效率的整體考慮，同樣需賦予優(yōu)先通行權(quán)。

通行能力：每條分流車道的實際通行能力與車道最大通行能力的比率，用C表示。

1.交織區(qū)的交通特性及類型劃分

鐘連德等（2006）[4]對北京、上海以及廣州三地環(huán)路進(jìn)行調(diào)查匯總，按交織區(qū)構(gòu)造，將我國快速路交織區(qū)劃分為3類，見圖2。

圖2 快速路交織區(qū)類型劃分

■Ⅰ型交織區(qū)中不管是從主道駛?cè)朐训肋€是從匝道駛?cè)胫骶€每輛交織車輛為了完成交織運(yùn)行，至少要進(jìn)行一次車道變換，如圖（a）所示。

■Ⅱ型的交織區(qū)是進(jìn)出口之間具有輔助車道相連的交織區(qū)。Ⅱ型交織區(qū)中一組交織車流無需進(jìn)行變道就可完成運(yùn)行要求，另外一組交織車流需要一次車道變換完成運(yùn)行，如圖（b）。Ⅱ型交織區(qū)構(gòu)造在早國內(nèi)不常見，當(dāng)交織流量比較大時，該構(gòu)造形式比較有效。

■Ⅲ型交織區(qū)是兩側(cè)均有進(jìn)出口的交織區(qū)，該型交織區(qū)中兩組交織車流均需兩次變道才能完成交織運(yùn)行，如圖（c）所示。

城市道路中交織區(qū)有別于城市快速路，城市道路交織區(qū)多與橋隧、立交連接，交織段距離短，交通流量大。從幾何構(gòu)型上講城市道路交織區(qū)更為復(fù)雜，交織段距離更短，多為多股車流同時河流或分流形成的交織區(qū)。本文研究的城市道路交織區(qū)為2路或多路合流后迅速分流，交織段極短，且車輛進(jìn)入交織段后必須立即變道的交織區(qū)，幾何構(gòu)型與Ⅰ型交織區(qū)相似。

2.交織區(qū)優(yōu)化控制方法

根據(jù)交織區(qū)交通流特性，城市道路交織區(qū)擁堵問題的解決，必須從兩方面進(jìn)行考慮，即空間分離和時間分離，因此考慮用渠化或信號控制的方法對交織區(qū)進(jìn)行優(yōu)化控制。調(diào)查發(fā)現(xiàn)基于現(xiàn)有道路條件，很多道路不符合渠化條件。而在不同的道路優(yōu)先權(quán)和道路的通行能力組合下，交織區(qū)優(yōu)化控制方法不同，本文提出基于信號控制的方法對交織區(qū)進(jìn)行優(yōu)化控制，現(xiàn)分類闡述。

（1）交織區(qū)某合流進(jìn)口車道有/無優(yōu)先權(quán)，出口道路通行能力未達(dá)到飽和，遵循如下控制原則：

圖3通行能力未飽和控制圖

■假設(shè)出口道路c通行能力未達(dá)到飽和，即Qac+Qbc

■在合流點處設(shè)置停車線，對a-d、b-c流向車流進(jìn)行控制，由于出口道路c通行能力未達(dá)到飽和，b-c流向的車流可以與a-c流向車流同時放行，因此a-c流向車流不須信號控制，b-d流向車流不須信號控制，流向控制圖如圖3所示。

■對于有優(yōu)先權(quán)的流向，給予更多的車行綠燈時間。

■當(dāng)出口道路d通行能力未飽和，同理。

（2）交織區(qū)某合流進(jìn)口車道有/無優(yōu)先權(quán)，出口道路通行能力達(dá)到飽和，遵循如下控制原則：

圖4 通行能力飽和流向控制圖

■假設(shè)出口道路c通行能力達(dá)到飽和，即Qac+Qbc>Cc。

■在合流點處設(shè)置停車線，對a-d、b-c流向車流進(jìn)行控制，保證兩股車流不交織；由于c出口通行能力飽和，則控制a-c、b-c流向不同時放行。

■因此采用進(jìn)口a與進(jìn)口b循環(huán)放行，流向控制圖如圖4所示。

■對于有優(yōu)先權(quán)流向的，應(yīng)給予更多的車行綠燈時間。

■當(dāng)出口道路d通行能力飽和時，同理。

3.仿真評價及結(jié)論

以重慶市某地典型交織區(qū)為例，對該交織區(qū)采用信控方案與現(xiàn)有情況基于VISSIM進(jìn)行仿真對比。

仿真條件

■交織段長40m，兩來向為單車道交織，各來向輸入車流流量逐漸增大至飽和流量；

■根據(jù)來向流量配時：周期46s，相位1、2綠燈時間均為20s。對行程時間、通過車輛數(shù)指標(biāo)進(jìn)行評價分析。

圖5交織段流量逐漸增大行程時間對比圖

圖6交織段流量逐漸增大通過車輛數(shù)對比圖

仿真結(jié)論

■隨著輸入流量的增加，交織段各流向行程時間增加；當(dāng)輸入流量為飽和流量時，a-d、b-c兩個交織流向車流信控方案的行程時間較原情況明顯縮短；當(dāng)輸入流量達(dá)到1000puc/h后，行程時間基本保持穩(wěn)定。如圖5所示。

■隨著輸入的流量增加，交織段各流向通過的車輛數(shù)遞增；當(dāng)輸入流量為飽和流量時，a-d、b-c兩個交織流向車流信控方案通過的車輛數(shù)較原情況增大明顯；當(dāng)輸入流量達(dá)到1000puc/h后，通過車輛數(shù)不再增加。如圖6所示。

■對交織車流信號控制后，兩流向通過的車輛數(shù)較原未控制的驟增，輸入的流量越大，信控的改善效果越明顯。

4.總結(jié)

本文在充分了解現(xiàn)有城市道路交織區(qū)構(gòu)型的基礎(chǔ)上，根據(jù)城市道路交織區(qū)特性，結(jié)合現(xiàn)有快速路交織區(qū)理論方法，在不同的道路優(yōu)先權(quán)和道路的通行能力組合下提出城市道路優(yōu)化控制方法，研究表明該控制方法有效的縮短了車輛通行時間，提高了交織區(qū)道路通行能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]狄宣，張小寧，張紅軍.基于元胞自動機(jī)的快速路交織區(qū)建模仿真[J].交通與計算機(jī)，2008，26（2）.

[2]張碧琴，張強(qiáng)，馬亞坤，李志波.Vissim在新建快速路交織區(qū)長度研究中的應(yīng)用[J].道路與交通工程，2013，31（5）：32-35.

[3]任福田譯.美國道路通行能力手冊[C].人民交通出版社，2007.12.1.

[4]鐘連德，榮建，孫小端，任福田.快速路交織區(qū)運(yùn)行分析研究[J].北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2006，32（10）.