城市快速路進(jìn)口附近區(qū)域交通組織與控制方法

王立業(yè)

（中國(guó)人民公安大學(xué) 北京 100038）

自1980年以來(lái)，交通擁堵問(wèn)題在我國(guó)隨著交通需求量和機(jī)動(dòng)車數(shù)量的增加也日漸突出，特別是較大城市這一問(wèn)題尤為嚴(yán)重。作為城市路網(wǎng)的核心，快速路的設(shè)計(jì)初衷在于解決城市中長(zhǎng)距離交通問(wèn)題，有著安全、暢通、快速等特點(diǎn)。但如今，高效快捷的理念指導(dǎo)作用正在日趨減弱，機(jī)動(dòng)車高峰期，交通擁堵更為突出，對(duì)城市快速路系統(tǒng)所產(chǎn)生的道路交通擁擠問(wèn)題的研究已經(jīng)迫在眉睫。優(yōu)化城市快速路入口匝道處交通組織與控制，提高快速路使用效率，讓快速路能夠再次“快速”起來(lái)，成為了無(wú)數(shù)交通人不懈地追求。實(shí)踐證明，道路交通建設(shè)已經(jīng)難以改善城市交通擁擠狀況，只有優(yōu)化交通組織與控制，才能保證正常的交通運(yùn)行秩序。因此，加強(qiáng)快速路出入口附近區(qū)域的交通組織控制十分必要。同時(shí)，加強(qiáng)入口匝道感應(yīng)信號(hào)控制系統(tǒng)的建設(shè)，有利于利用當(dāng)前已有的道路資源，進(jìn)一步提升交通效率，保證城市道路安全暢通[1]。

鑒于城市快速路進(jìn)口附近區(qū)域交通組織與控制的重要作用，本文通過(guò)多方分析比較提出了相應(yīng)研究課題，以期得出一套適合絕大多數(shù)城市的快速路入口組織、優(yōu)化、控制方法，為應(yīng)對(duì)城市快速路系統(tǒng)所存在的道路交通擁擠難題提供參考。

一、問(wèn)題的提出

“城市快速路”是指在城市周邊區(qū)域修建的，具有單向雙車道或多車道的城市道路[2]。作為城市承載大運(yùn)力交通的主要設(shè)施，城市快速路服務(wù)于中長(zhǎng)距離的交通，多由城市的環(huán)路、貫穿城市的放射線組成?，F(xiàn)由于日益增長(zhǎng)的交通需求、交通合流沖突點(diǎn)事故頻發(fā)等原因，導(dǎo)致常發(fā)性交通擁堵。因此，預(yù)先誘導(dǎo)和實(shí)時(shí)控制快速環(huán)路已有的交通流[3]，完善交通組織與控制系統(tǒng)，對(duì)保障快速路安全有序運(yùn)行意義重大。城市快速路作為城市道路交通網(wǎng)的結(jié)構(gòu)核心，是城市內(nèi)部及城市對(duì)外進(jìn)行交通聯(lián)絡(luò)的關(guān)鍵點(diǎn)。從設(shè)計(jì)初衷來(lái)說(shuō)，城市快速路系統(tǒng)預(yù)設(shè)的核心功能有以下幾點(diǎn)：1.貫穿、環(huán)繞城市的快速路是連接城市內(nèi)較遠(yuǎn)距離的“高速橋梁”，能夠有效縮短交通出行時(shí)間，進(jìn)而提高城市交通便捷性，改善日常交通環(huán)境，達(dá)到“快速”的目的；2.提供高效、快捷的交通服務(wù)，用以連接為城市之中各部分功能分區(qū)。同時(shí)減少了交通沖突點(diǎn)的產(chǎn)生，形成了具有速度快、運(yùn)力強(qiáng)的城市交通橋梁，起到了屏障和疏導(dǎo)作用；3.在完善市內(nèi)交通和外界交通的銜接，加強(qiáng)與周邊城市的交通交流，增強(qiáng)便捷程度的同時(shí)，增大了城市影響力和吸引力；4.按照交通需求劃分為不同等級(jí)，實(shí)施分類管理，使城市路網(wǎng)得以充分利用，進(jìn)一步優(yōu)化道路資源配置；5.推動(dòng)城市結(jié)構(gòu)調(diào)整，打破現(xiàn)有城市用地不等價(jià)性，改善生活區(qū)、工作區(qū)分隔的現(xiàn)狀；6.將過(guò)境交通轉(zhuǎn)換為環(huán)流，緩解中心城交通壓力，進(jìn)而緩解城市中心地區(qū)擁堵，改善市區(qū)交通環(huán)境。

對(duì)入口匝道與地面銜接交叉口的協(xié)調(diào)控制研究起始于上世紀(jì)90年代[4]。交通協(xié)調(diào)控制，英文名稱“Traffic Coordinated Control”，簡(jiǎn)稱“TCC”，許多學(xué)者也稱之為“協(xié)同控制”或“整合控制”。這種操控方式是在交通流理論和交通管理概念基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了交通管理與控制子模塊的協(xié)同運(yùn)作，子模塊主要包括交通流疏導(dǎo)、交通信號(hào)控制、交通流動(dòng)態(tài)分析、匝道區(qū)域調(diào)節(jié)等。隨著道路交通信息、通信共享、應(yīng)用集成等技術(shù)的發(fā)展，道路交通協(xié)調(diào)控制趨于智能化、信息化[5]。研究發(fā)現(xiàn)，協(xié)調(diào)控制的實(shí)施基礎(chǔ)理念在于交通流動(dòng)態(tài)分布以及制定合乎實(shí)際控制情況的交通信號(hào)周期，兩者分別從空間概念上協(xié)調(diào)了交通流的分布，以及在時(shí)間上給予合理分配[6]。

1995年，Papageorgiou提出城市快速路與地面道路集合控制思想[7]。最初對(duì)集成控制策略開(kāi)展研究的是Turner-Fairbank公路研究中心。但是Turner-Fairbank公路研究中心并不是完全對(duì)快速路與地面道路整合控制的課題研究，其更側(cè)重于交通集成控制產(chǎn)品的推廣應(yīng)用。

ZongTian[8]利用微觀仿真模型工具對(duì)地面道路交叉口與入口匝道處菱形區(qū)域進(jìn)行仿真研究，發(fā)現(xiàn)了地面道路交叉口與入口匝道的集成控制對(duì)地面交叉口及城市快速路交通狀況的重要作用，對(duì)地面交叉口與入口匝道處有效集成控制可以極大改善城市快速路的交通運(yùn)行狀況。而后，自適應(yīng)性的控制概念被提出并廣泛運(yùn)用到集成控制的方法中。

我國(guó)城市快速路運(yùn)營(yíng)已有十幾年的歷史，但是部分城市快速路入口匝道與地面交叉口之間矛盾卻越發(fā)顯現(xiàn)，快速路入口匝道處交通擁擠甚至已成為常態(tài)，而且當(dāng)前我國(guó)對(duì)城市快速路入口匝道的協(xié)調(diào)控制缺乏系統(tǒng)性研究。對(duì)此，本文借鑒國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)城市快速路入口區(qū)域交通組織與控制方法進(jìn)行研究，以期得出一套適合絕大多數(shù)城市的快速路入口組織、優(yōu)化、控制方法，最終用以解決城市快速路系統(tǒng)所存在的交通擁擠問(wèn)題。

本文試在實(shí)際調(diào)查與分析的基礎(chǔ)上，采取文獻(xiàn)法、比較法等方法，同時(shí)借鑒管理學(xué)相關(guān)理論，對(duì)城市快速路進(jìn)口附近區(qū)域交通組織與控制方法進(jìn)行研究，基于城市快速路與普通道路的比較，并結(jié)合當(dāng)前交通狀況，對(duì)快速路進(jìn)口處多方交通流特性進(jìn)行分析，探索城市快速路進(jìn)口附近區(qū)域的組織協(xié)調(diào)控制方法，期望為緩解交通擁堵問(wèn)題提供了參考。

二、城市快速路的特點(diǎn)

（一）城市快速路與普通道路的區(qū)別

依據(jù)2006年出版的《城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范》，城市快速路的作用應(yīng)為城市長(zhǎng)距離、大運(yùn)量和快速交通服務(wù)[2]。由此，城市快速路作為道路交通的重要構(gòu)建，是有效應(yīng)對(duì)城市道路交通中長(zhǎng)距離快速運(yùn)輸?shù)闹匾侄?。正是不同的功能要求，城市快速路主要有以下特點(diǎn)：

1.快速路一般采用全程高架或地下通道，沒(méi)有機(jī)非沖突，只允許機(jī)動(dòng)車使用，實(shí)現(xiàn)其功能。

2.依照設(shè)計(jì)要求，在道路途中不設(shè)置交叉口，減少了橫向交通流沖突。采用立體交叉或者使用進(jìn)出口匝道和其他形式的交通設(shè)施相連。相比高速公路而言，匝道間距比較短。

3.有配套輔路系統(tǒng)。城市快速路一般分主路和輔路兩部門(mén)。在實(shí)際設(shè)計(jì)層面中，快速路為中長(zhǎng)距離的快速交通服務(wù)，這里的“快速路”一般指主路，而輔路設(shè)置目的不同，承擔(dān)的任務(wù)也不同?？焖俾份o路為解決快速路沿線區(qū)域交通、禁止進(jìn)入快速路的機(jī)動(dòng)車、非機(jī)動(dòng)車及行人的通行需求[9]，具體可分為集散職能、服務(wù)職能和通道職能，使快速路系統(tǒng)的使用功能更為完善。

4.城市快速路的道路性質(zhì)禁止摩托車、拖拉機(jī)等低速或安全系數(shù)低的車輛行駛，規(guī)定只能常規(guī)交通工具使用，防止降低道路通行能力，引發(fā)交通秩序混亂。

5.由于快速路需要較大的運(yùn)力，通常在快速路上行駛的交通流為連續(xù)流。

6.環(huán)境要求高。一般情況下，按照交通需求，城市快速路所經(jīng)過(guò)的區(qū)域?yàn)榻?jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)區(qū)域或城市中心區(qū)域，有著較高的發(fā)展程度和完善的配套設(shè)施。因此，在對(duì)城市快速路的規(guī)劃設(shè)計(jì)中，要充分考慮與周圍交通環(huán)境的配合。

（二）與地面交通銜接方式分類

由于城市快速路上全程不設(shè)交叉口，車輛通行不受信號(hào)控制和橫向交通沖突的影響，主線上交通流模式為擁有較快速度的連續(xù)交通流。城市快速路的出現(xiàn)，很大程度上解決了現(xiàn)行的交通需求。城市路網(wǎng)建設(shè)與地面道路建設(shè)相輔助、相配套。地面的配套道路建成后，出入口匝道成為連接快速路與地面交通設(shè)施之間主要連接方式。出入口的作用不僅保證快速路的原有交通通行順暢，滿足建設(shè)初期高速便捷的特點(diǎn)，而且還保證車輛快速安全駛?cè)耄鞲傻郎宪囕v正常運(yùn)行。因此，均衡快速路和地面道路交通流之間關(guān)系，緩解交通流沖突成為道路銜接區(qū)域合理規(guī)劃的首要任務(wù)。

依據(jù)臨近的兩個(gè)出入口功能形式的不同，快速路匝道的設(shè)置距離可分為以下四種模式：入口-出口（設(shè)置入口匝道后再設(shè)置出口匝道）、入口-入口（入口匝道后依舊設(shè)置入口匝道）、出口-入口（先設(shè)置快速路出口，再設(shè)置入口）、出口-出口（設(shè)置出口后依舊設(shè)置出口）。在城市快速路系統(tǒng)中，快速路主干道交通不僅受單個(gè)進(jìn)口匝道匯入車流影響，而且受整個(gè)線路的協(xié)同作用，因此，我們需要完善進(jìn)出口設(shè)置的系統(tǒng)優(yōu)化模式，以便保證主線車流的穩(wěn)定性。

三、快速路主干道和入口匝道處交通流特征

一般來(lái)說(shuō)，地面車輛進(jìn)入快速路主干道，會(huì)在入口匝道處產(chǎn)生一個(gè)合流沖突點(diǎn)。而主線上原有的車輛速度因?yàn)楹狭餍?yīng)受到影響。當(dāng)車流較多時(shí)，在合流點(diǎn)附近車輛交織不能平順進(jìn)行，可能產(chǎn)生較為嚴(yán)重的交通沖突?？焖俾访總€(gè)車道交通流是不同的，這主要是取決于車輛的行駛速度、車道的交通組成、進(jìn)口數(shù)量和位置，以及交通環(huán)境和駕駛員習(xí)慣等[4]。

（一）城市快速路主線交通流特性

城市快速路主線上交通流的分布并非一成不變，有著潮汐性和地區(qū)性。當(dāng)交通流從匝道匯入主干道時(shí)，主干道原有車流和新匯入交通流將產(chǎn)生沖突，沖突流如下圖1所示：

圖1 城市快速路進(jìn)口匝道合流沖突點(diǎn)

1.快速路進(jìn)口匝道上游的主線上交通量分布。在快速路主線上的交通流內(nèi)側(cè)車道交通量高于外側(cè)車道交通量。因?yàn)楦删€上游的車輛駕駛?cè)俗⒁獾角胺皆训廊肟诤?，處于趨利避害的本能而提前向?nèi)側(cè)車道變換，以免因匝道車輛沖突帶來(lái)延誤。

2.快速路進(jìn)口匝道下游的主線上交通量分布。通常情況下，快速路入口匝道下游的主線上交通量的分布時(shí)間動(dòng)態(tài)特征明顯。白天內(nèi)側(cè)道路交通量一般低于外側(cè)車道，而夜間則相反，內(nèi)側(cè)車道的交通量又高于外側(cè)。這是由于白天整體路網(wǎng)交通量大于夜晚，入口匝道匯入快速路主干道的車輛相對(duì)較多，下游外側(cè)車道占用車輛較多造成的。

（二）入口匝道處交通量特性

1.在入口上游，主線最外側(cè)車道交通量明顯小于內(nèi)側(cè)車道。

2.在入口處，外來(lái)車輛的匯入將會(huì)明顯干擾原有交通流的正常行駛，合流處沖突會(huì)導(dǎo)致車流行駛速度降低。

3.在入口下游，隨著車流的繼續(xù)行駛干線車流趨于平穩(wěn)。

四、組織協(xié)調(diào)控制的方法

由上文中快速路主干道和入口匝道處交通流呈現(xiàn)的特點(diǎn)分析，交通流在主干道上的分布有顯著的區(qū)域性差別，對(duì)外側(cè)車道的交通需求在時(shí)間上具體不均衡性。因此，快速路匝道附近交通擁擠具有區(qū)域上的不確定性和時(shí)間上的潮汐性。在分析問(wèn)題基礎(chǔ)上，我們需要遵循網(wǎng)絡(luò)分流原則、通行能力匹配和明確區(qū)分道路功能等道路交通需求基本原則，提出以下解決問(wèn)題的方法。

（一）網(wǎng)絡(luò)分流

宏觀上，通過(guò)組織快速路主干道上交通流的流向，使快速路網(wǎng)內(nèi)的交通趨于流量平衡；其次，對(duì)于不通過(guò)類型的車輛區(qū)別對(duì)待，限制大型貨運(yùn)車輛進(jìn)入快速路、進(jìn)入市中心（如模仿北京禁止大貨車在流量較高的時(shí)間段進(jìn)入市區(qū)）。同時(shí)，合理規(guī)劃組織地面交通系統(tǒng)，提供多種出行方式，使駕駛?cè)瞬痪窒抻诔鞘锌焖俾返倪x擇。微觀上，我們可以通優(yōu)化快速路車道分布的渠化和管理、強(qiáng)化路網(wǎng)交通組織、加強(qiáng)合流區(qū)域交通控制和快速路進(jìn)口匝道管理等手段來(lái)解決交通擁堵問(wèn)題。

（二）優(yōu)化匝道布局設(shè)施

城市快速路交通需求具體變化快的特點(diǎn)，因此，在匝道規(guī)劃布局時(shí)，要全面考慮，通過(guò)對(duì)交通擁堵?tīng)顟B(tài)、路網(wǎng)承受能力、交通出行等特點(diǎn)和趨勢(shì)綜合分析，不斷完善局部匝道規(guī)劃[10]。

（三）改善與匝道相鄰的地面交叉口

與匝道相鄰的地面交叉口直接影響了快速路進(jìn)出口附近的交通狀況。對(duì)于地面交叉口的協(xié)調(diào)優(yōu)化，可采取分離橫向交通、交叉口流向限制、交叉口渠化設(shè)計(jì)及信號(hào)控制優(yōu)化等措施，提高路網(wǎng)整體通行能力，實(shí)現(xiàn)交通流的快速疏散。

（四）完善監(jiān)控系統(tǒng)，加強(qiáng)實(shí)時(shí)調(diào)整

完善交通監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)交叉口的調(diào)節(jié)意義重大。將交通控制和調(diào)節(jié)與快速路進(jìn)口系統(tǒng)相匹配，實(shí)現(xiàn)對(duì)整體路網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制。近年來(lái)，部分城市不斷完善交通管理監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)快速路交通狀況實(shí)時(shí)調(diào)度指揮，有效避免了入口附近常發(fā)性交通事故帶來(lái)的負(fù)面影響。

五、結(jié)論與展望

隨著改革的全面深入，城市化進(jìn)程的不斷加快，機(jī)動(dòng)車數(shù)量仍會(huì)急劇增加，對(duì)城市道路交通需求也會(huì)越來(lái)越高。加快城市快速路建設(shè)已成為緩解路網(wǎng)交通壓力的重要手段。當(dāng)前，城市快速路入口匝道處擁堵問(wèn)題凸顯，對(duì)城市快速路入口匝道區(qū)域進(jìn)行有效的交通組織和協(xié)調(diào)控制，已成為解決城市快速路擁擠問(wèn)題最直接的方法之一。對(duì)此，本文首先對(duì)城市快速路特點(diǎn)進(jìn)行了闡述，對(duì)快速路主干道及入口匝道處交通流特性進(jìn)行了論述，最后對(duì)速路入口匝道和地面銜接交叉口交通控制的方法進(jìn)行了重點(diǎn)研究，為區(qū)域內(nèi)協(xié)調(diào)控制思路的形成、問(wèn)題解決策略的提出提供借鑒參考，以期達(dá)到提高城市道路交通效率，提升快速路通行能力，緩解路網(wǎng)交通擁堵的目的。

本文從車道布局、匝道控制管理、交通誘導(dǎo)、交通流疏導(dǎo)、匝道相鄰地面交叉口組織優(yōu)化和加強(qiáng)實(shí)時(shí)調(diào)整等多個(gè)方面進(jìn)行了分析，對(duì)城市快速路入口匝道與銜接交叉口協(xié)調(diào)控制方法進(jìn)行了研究。但交通狀態(tài)瞬息萬(wàn)變，實(shí)施方案還需要與實(shí)踐相結(jié)合。因此，對(duì)協(xié)調(diào)控制方法的研究還需要在實(shí)際應(yīng)用中不斷修正和完善。