陳穎雪，吳 兵

（1.上海工程技術(shù)大學(xué)城市軌道交通學(xué)院，上海 201620;2.同濟(jì)大學(xué)道路與交通工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200092）

高架出口匝道區(qū)域工程措施實(shí)施邊界條件研究

陳穎雪1，吳 兵2

（1.上海工程技術(shù)大學(xué)城市軌道交通學(xué)院，上海 201620;2.同濟(jì)大學(xué)道路與交通工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200092）

針對(duì)目前上海市交通高峰期部分出口匝道擁擠嚴(yán)重而面臨可能采取工程措施的情況，利用VISSIM仿真軟件建模進(jìn)行出口匝道區(qū)域工程措施實(shí)施的邊界條件研究。以模型中出口匝道車(chē)輛排隊(duì)長(zhǎng)度不回溯至主線為條件，確定某個(gè)出口匝道的疏散能力（能離開(kāi)該出口匝道并通過(guò)前方交叉口疏散的最大交通量），為今后出口匝道的組織和控制奠定理論基礎(chǔ)，并結(jié)合現(xiàn)狀交通需求，定量確定實(shí)施工程措施的充分條件和必要條件，給上海乃至全國(guó)高架道路出口匝道區(qū)域工程措施實(shí)施與否提供理論依據(jù)。

高架道路出口匝道;工程措施邊界條件;VISSIM仿真;排隊(duì)長(zhǎng)度;疏散能力

在上海，早晚交通高峰期間，出口匝道出現(xiàn)擁擠排隊(duì)回溯至主線影響整個(gè)高架交通系統(tǒng)的現(xiàn)象非常普遍，而且愈演愈烈，有些僅靠交通組織、管理等手段已經(jīng)很難緩解，還需依靠工程措施，如“亞洲第一彎（延安路高架外灘下匝道）”由于“提前達(dá)到使用壽命變成外灘交通的瓶頸”而遭到拆除。但是拆除匝道或任何工程措施代價(jià)都比較大，因此有必要對(duì)出口匝道銜接段實(shí)施工程措施的條件進(jìn)行研究。

筆者認(rèn)為，工程措施實(shí)施與否的依據(jù)是出口匝道的疏散能力是否小于出口匝道交通需求而造成地面和高架道路擁擠，而疏散能力應(yīng)該是由匝道與主線交織區(qū)的通行能力、匝道通行能力、匝道與地面交織區(qū)的通行能力以及匝道落地點(diǎn)前方交叉口的進(jìn)口道通行能力所共同決定的，代表能離開(kāi)出口匝道并通過(guò)前方交叉口的最大交通量。當(dāng)交通需求等于出口匝道的疏散能力時(shí)，即達(dá)到了實(shí)施工程措施的邊界條件。

由于交織區(qū)交通流的復(fù)雜性，靠理論計(jì)算獲得出口匝道疏散能力非常困難［1］，而用仿真的方法來(lái)研究交通問(wèn)題已經(jīng)比較成熟，它可以模擬各種交通情況并給出對(duì)應(yīng)的交通流數(shù)據(jù)及評(píng)價(jià)結(jié)果［2］，這對(duì)于研究出口匝道區(qū)域復(fù)雜的交通流有很大幫助。經(jīng)證明VISSIM軟件能很好的模擬銜接段的交織區(qū)交通分析［3］，因此筆者利用VISSIM仿真模擬軟件對(duì)高架道路出口匝道區(qū)域的疏散能力以及工程措施邊界條件進(jìn)行了研究。

1 模型建立

1.1 出口匝道的選擇

出口匝道的選擇應(yīng)具有典型性，并利于模型的建立。出口匝道交通流與地面上游交通流在銜接段應(yīng)存在交織，交通運(yùn)行在高峰期間擁擠，平峰期間暢通。在出口匝道處埋有線圈，前方交叉口處也埋設(shè)有線圈。根據(jù)以上要求，選擇上海市近四平路與中山北二路交叉口的出口匝道為建模對(duì)象（圖1）。

圖1 研究區(qū)域的幾何特征Fig.1 Geometric features of area studied

1.2 參數(shù)標(biāo)定

依據(jù)調(diào)查工作對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定:出口匝道區(qū)域及交叉口幾何參數(shù);出口匝道及地面交通流的交通特性，如:出口匝道區(qū)域的車(chē)速分布模型，交叉口飽和車(chē)頭時(shí)距、出口匝道交通量、轉(zhuǎn)向比例及交通組成，出口匝道落地點(diǎn)上游地面交通量、轉(zhuǎn)向比例及交通組成;交叉口信號(hào)控制參數(shù)等參數(shù)。

另外，論文對(duì)駕駛行為參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)標(biāo)定:采用wiedemann（1974）的生理-心理跟車(chē)模型。經(jīng)過(guò)反復(fù)的調(diào)試，本文中與駕駛行為有關(guān)的參數(shù)取值如表1。

表1 駕駛行為相關(guān)參數(shù)Tab.1 Relevant parameters of driving behavior

其余均可取系統(tǒng)默認(rèn)值。

本文在研究出口環(huán)境時(shí)充分考慮了非機(jī)動(dòng)車(chē)及行人對(duì)右轉(zhuǎn)無(wú)控機(jī)動(dòng)車(chē)流的干擾，體現(xiàn)在交口內(nèi)設(shè)置的機(jī)動(dòng)車(chē)行車(chē)減速帶。

2 模型的有效性檢驗(yàn)

在模型投入使用之前，必須對(duì)模型進(jìn)行有效性檢驗(yàn)［7］。論文通過(guò)調(diào)查獲得了高峰小時(shí)銜接段車(chē)速數(shù)據(jù)23個(gè)（左直右各8個(gè)數(shù)據(jù)，去掉特殊數(shù)據(jù)1個(gè)），并運(yùn)行軟件，采取與實(shí)際調(diào)查相同的方式采集數(shù)據(jù)，并通過(guò)改變隨機(jī)數(shù)，同樣獲得23個(gè)車(chē)速數(shù)據(jù)，對(duì)實(shí)際的和仿真的銜接段車(chē)速的兩組（Xn，Yn）進(jìn)行T 檢驗(yàn)［8］，過(guò)程如下:

由于Xn、Yn都是速度值，符合正態(tài)分布，因此Dn也服從正態(tài)分布。

建立原假設(shè)與備選假設(shè):H0:d0=0 H1:d0≠0

現(xiàn)將兩組數(shù)據(jù)散點(diǎn)圖附于圖2。

圖2 實(shí)測(cè)、仿真數(shù)據(jù)擬合Fig.2 Fitting chart of measured and simulation data

3 疏散能力計(jì)算

通過(guò)理論計(jì)算獲得出口匝道的疏散能力非常困難，而模型中出口匝道流量與出口匝道落地點(diǎn)的排隊(duì)長(zhǎng)度存在正相關(guān)關(guān)系，因此可以考慮以排隊(duì)長(zhǎng)度為限計(jì)算出口匝道的疏散能力?？紤]到上海市交通擁擠的實(shí)際情況，決定以出口匝道的排隊(duì)長(zhǎng)度不溢出出口匝道［9］，即不影響到主線車(chē)輛的運(yùn)行為約束條件來(lái)計(jì)算出口匝道的疏散能力。

在模型中，在匝道落地點(diǎn)處布設(shè)排隊(duì)長(zhǎng)度檢測(cè)器，以此計(jì)算軟件運(yùn)行中匝道上的排隊(duì)長(zhǎng)度。保持其他輸入不變，不斷變化出口匝道的流量值，獲得出口匝道流量與排隊(duì)長(zhǎng)度的關(guān)系，如表2?？梢钥闯?，在地面流量為實(shí)際流量949 veh/h時(shí)，出口匝道的疏散能力為1 188 veh/h（注:由于交通管控方面的改善不在本文的研究范圍內(nèi)，因此論文在下例中假設(shè)管控措施已經(jīng)達(dá)到最優(yōu)）。

以上的結(jié)果是在取隨機(jī)數(shù)為42的情況下得出，取隨機(jī)數(shù)分別為60、78、86計(jì)算出口匝道疏散能力，計(jì)算結(jié)果列于表3。

由表3可以看出，雖然隨機(jī)數(shù)的改變可能會(huì)影響輸出的結(jié)果，但是影響程度較小，下面為減小工作量，都只取隨機(jī)數(shù)為42進(jìn)行軟件的模擬運(yùn)行。

表2 地面流量為949時(shí)匝道上車(chē)輛排隊(duì)長(zhǎng)度Tab.2 Vehicle queue length of outramp when ground traffic flow is 949 vehicles/h

表3 各隨機(jī)數(shù)下出口匝道疏散能力Tab.3 Evacuation capability of the outramp of random number in VISSIM

4 工程措施邊界條件

4.1 充分條件

工程措施充分條件是在疏散能力基礎(chǔ)上獲得的，當(dāng)出口匝道交通需求大于對(duì)應(yīng)地面交通量下的出口匝道疏散能力時(shí)，排隊(duì)回溯至主線，地面交通與高架交通均發(fā)生擁堵，此時(shí)需要實(shí)施工程措施。

運(yùn)行軟件，不同地面上游流量下的匝道疏散能力匯總于表4。

表4 各地面流量下的匝道疏散能力Tab.4 Evacuation capability of the outramp under every ground traffic flow

判斷是否需要實(shí)施工程措施的依據(jù)是以出口匝道流量為縱坐標(biāo)，地面上游流量為橫坐標(biāo)標(biāo)點(diǎn)于圖3上，當(dāng)此點(diǎn)落于圖中折線上方時(shí)，需要實(shí)施工程措施。相反，當(dāng)點(diǎn)落于圖中線條下方時(shí)，可以不實(shí)施工程措施。

對(duì)圖4進(jìn)行分析可以看出，地面上游交通量和匝道交通量數(shù)值越相近，即交織越嚴(yán)重時(shí)，出口匝道區(qū)域可以通過(guò)的匝道流量和地面流量總和越小。當(dāng)交織嚴(yán)重時(shí)可以考慮將出口匝道與地面道路有交織的銜接形式改為無(wú)交織的銜接形式。

圖3 匝道疏散能力與地面上游流量的關(guān)系（工程措施邊界條件線）Fig.3 Relationship between evacuation capability of the outramp and ground traffic flow（engineering boundary line）

圖4 匝道/地面流量比與匝道和地面流量總和的關(guān)系Fig.4 Relationship of ratio and total of outramp and ground traffic flow

4.2 必要條件

實(shí)施工程措施的必要條件是實(shí)施后交通運(yùn)行改善效果明顯，實(shí)施工程措施的“優(yōu)勢(shì)”大于“劣勢(shì)”。通過(guò)VISSIM仿真出工程措施實(shí)施后的交通運(yùn)行情況，對(duì)比實(shí)施前確定改善程度，并定量衡量改善程度與實(shí)施工程措施付出的代價(jià)，進(jìn)而決定是否實(shí)施工程措施。而對(duì)于客流不成熟或者客流將發(fā)生大變化的區(qū)域，一般不建議進(jìn)行工程措施，而應(yīng)等客流穩(wěn)定后再分析。

對(duì)于文中提到的銜接區(qū)交織嚴(yán)重的情況，將銜接段形式分析改為無(wú)交織銜接形式時(shí)，可以采取的工程措施是在出口匝道落地點(diǎn)的左側(cè)拓寬出一條車(chē)道，地面上游車(chē)流在匝道落地點(diǎn)的上游提前分流，左轉(zhuǎn)車(chē)進(jìn)入該拓寬車(chē)道，這也是上海已經(jīng)普遍使用的銜接形式［10］，經(jīng)證明，可以提高出口匝道疏散能力至少20%。

5 結(jié)論

解決出口匝道交通擁堵，應(yīng)該先從交通管控方面入手，特別是協(xié)調(diào)好與出口匝道銜接的地面交通。只有在管控手段已經(jīng)無(wú)法緩解擁堵，并且相關(guān)工程措施確實(shí)可以明顯改善交通運(yùn)行的情況下再考慮工程措施。論文利用VISSIM建模，首先研究現(xiàn)有出口匝道在現(xiàn)狀地面交通情況下的疏散能力，給出口匝道組織和控制奠定理論基礎(chǔ)，并在此基礎(chǔ)之上，定量的給出工程措施實(shí)施的邊界條件，以期給上海乃至全國(guó)的高架道路出口匝道工程措施的實(shí)施與否提供理論依據(jù)。

［1］ 孟祥燕.高等級(jí)道路交織區(qū)通行能力研究［D］.南京:東南大學(xué)，2006.

［2］ 鄒智軍，楊東援.道路交通仿真研究綜述［J］.交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào)，2001，1（2）:88-91.

［3］ 陳小鴻，肖海峰.交織區(qū)交通特性的微觀仿真研究［J］.中國(guó)公路學(xué)報(bào)，2001（z1）:88-91.

［4］ 鐘連德，榮建，孫小端，等.仿真求解快速路交織區(qū)通行能力［J］.公路交通科技，2006，23（4）:88-93.

［5］ Taehyung K.Limitations of Previous Models on Car-Following Behavior and Research Needs［C］//In Proceedings of the 82th TRB Annual Meeting，washington D.C，2003.

［6］ Hesham Rakha，Brent Crowther.A Comparison of the Greenshields，Pipes，and Van Aerde Car-Following and Traffic Stream Models［C］//.Transportation Research Board of the National A-cademies:Transportation Research Record:Journal of the Transportation Research Board，2002，1802:248-262.

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［8］ 劉麗莎，王亞.基于VISSIM的交通微觀仿真［J］.交通科技，2006（4）:79-81.

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Boundary Conditions of Engineering Implementation at Zone of Exit Ramp of Elevated Road

CHEN Ying-xue1，WU Bing2
（1.School of Urban Railway Transportation，Shanghai University of Engineering ＆ Science，Shanghai 201620，China;
2.Key Laboratory for Road ＆ Traffic Engineering of Education Ministry，Tongji University，Shanghai 200092，China）

Currently，some exit ramps of elevated roads in Shanghai are so crowd at peak time that they face to be taken of engineering measures.Boundary conditions of engineering implementation at zone of exit ramp of road are studied by using VISSIM software to model.Firstly，the evacuation capability of the exit（the largest traffic volume to leave the ramp and to get through the intersection ahead）is determined on the condition that the queue length of vehicle at the zone of exit ramp does not go back to the main line，which establishes theoretical foundation for the control and organization of exit ramp.Then，with the combination of existing traffic demand，the sufficient conditions and necessary conditions of engineering implementation are determined quantitatively，which can provide a theoretical basis for the engineering implementation at zone of exit ramp of elevated roads in Shanghai or other cities in China.

exit ramp of elevated road;boundary conditions of engineering implementation;VISSIM simulation;queue length;evacuation capability

U121

A

1674-0696（2010）01-0103-03

2009-08-25

上海市教育委員會(huì)重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目（J51401）;上海市高校選拔培養(yǎng)優(yōu)秀青年教師專(zhuān)項(xiàng)基金項(xiàng)目（gid09024）

陳穎雪（1983-），女，江蘇連云港人，碩士研究生，研究方向?yàn)榻煌ㄒ?guī)劃與管理。E-mail:chenyingxue04@163.com。