朱先智

(深圳市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司,廣東深圳 518031)

港區(qū)道路出入口喉深長度設(shè)計(jì)方法仿真研究

朱先智

(深圳市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司,廣東深圳 518031)

港口是貨流集散中心,多為公路或者城市道路的起迄點(diǎn),并具有不同的交通特性。在港區(qū)道路出入口處由于銜接不暢容易產(chǎn)生交通安全、交通延誤問題。分析港區(qū)道路出入口交通特性,建立仿真模型;分析喉深長度與控制延誤時(shí)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系,確定港區(qū)道路設(shè)計(jì)合理喉深長度,確保行車安全、順暢。

港區(qū)道路;出入口;喉深長度;設(shè)計(jì)

0　引言

近年來,港口外貿(mào)額在國民經(jīng)濟(jì)所占份額日益提升。新港規(guī)劃設(shè)計(jì)、舊港改擴(kuò)建成為重點(diǎn)工程,但設(shè)計(jì)方法沿用城市道路理論,制約港區(qū)道路效益發(fā)揮,其中銜接港區(qū)設(shè)施內(nèi)部道路和港區(qū)道路的出入口處矛盾最為突出,易發(fā)生車輛排隊(duì)、阻塞延誤。合適的喉深長度起著聯(lián)系、過渡和流線轉(zhuǎn)換的作用,協(xié)調(diào)土地開發(fā)與交通需求的保證,是港區(qū)出入口設(shè)計(jì)主要技術(shù)指標(biāo),而對(duì)于港區(qū)道路喉深長度設(shè)計(jì)一直沿用城市道路研究成果,缺乏針對(duì)性研究。

1　港區(qū)道路出入口交通特性分析

對(duì)于港區(qū)內(nèi)的物流公司堆場和保稅區(qū)等設(shè)施區(qū)域,交通需求產(chǎn)生于貨物運(yùn)輸?shù)男枨?而非基于人的出行,港區(qū)道路的主要交通參與者是運(yùn)載貨物的卡車及少量的辦公車輛和工程車輛,幾乎沒有步行者和自行車。

2　港區(qū)道路出入口喉深長度建模

以接入碼頭大門為界,將外部抽象為一個(gè)T型交叉口并劃分為3個(gè)區(qū)域:T型交叉口區(qū)域、接入道路區(qū)域、接入單位內(nèi)部沖突區(qū)域,如圖1所示。假定車輛到達(dá)分布為泊松分布,車輛到達(dá)的時(shí)間間隔服從負(fù)指數(shù)分布,根據(jù)車輛的行駛路線繪制行駛軌跡,并按大小劃分元胞,利用一維元胞自動(dòng)機(jī)模型對(duì)該區(qū)域的交通流進(jìn)行描述。

圖1　仿真模型示意圖

2.1初始化模型［1］

(1)車輛類型

由于港區(qū)設(shè)施交通特性,進(jìn)出物流公司碼頭堆場和保稅區(qū)等區(qū)域的車輛都是大型集裝箱車,設(shè)定與路段3有關(guān)的車輛全部為大型集裝箱車。在主路直行車流中加入一定比例的小型車。

(2)駕駛員類型

本文將港區(qū)駕駛員分為3種類型:激進(jìn)型、一般型和保守型。區(qū)別主要體現(xiàn)在:車輛加減速度、臨界間隙、期望間距、隨機(jī)慢化概率、最大速度等幾個(gè)方面。

(3)行駛目的地

對(duì)于進(jìn)出接入單位的車輛需要賦予目的地屬性,用于確定車輛在路段3是否需要轉(zhuǎn)換車道。

2.2交通沖突模型［2］

(1)交通流優(yōu)先次序

在T型出入口處交通流分為3個(gè)優(yōu)先等級(jí),見圖2。等級(jí)1:流向1、2、4,即主路直行交通和主路右轉(zhuǎn)交通;等級(jí)2:流向3、6,即主路左轉(zhuǎn)交通和次路右轉(zhuǎn)交通;等級(jí)3:流向5,即次路左轉(zhuǎn)交通。等級(jí)低的車流要給等級(jí)高的車流讓路或讓行。

圖2　T型交叉口交通流等級(jí)示意圖

(2)臨界間隙和跟車時(shí)間

臨界間隙是主路交通流中可提供次路一輛車駛?cè)虢徊婵诘淖钚r(shí)間間隔,計(jì)算值根據(jù)實(shí)驗(yàn)觀測(cè)的最大拒絕間隙和最小接受間隙確定。美國臨界間隙計(jì)算方法:

式中:tc-x為交通流向x的臨界間隙,s;tc0為理想臨界間隙,s;te為修正參數(shù),當(dāng)車流為次路左轉(zhuǎn)時(shí),該值為1.7,其它情況為0。

當(dāng)次路車流為飽和流時(shí),即該車流行駛速度較低,車頭間距較小,速度趨于一致,次路中相鄰兩輛車使用主路同一間隙駛離交叉口的時(shí)間,稱作跟車時(shí)間。若高等級(jí)的流向沒有沖突車輛時(shí),跟車時(shí)間為該車道飽和流率的車頭時(shí)距。計(jì)算公式如下:

式中:tf-x為次路交通流向x的跟車時(shí)間,s;tf0為理想跟車時(shí)間,s。

2.3車輛運(yùn)行規(guī)則［3］

2.3.1最大速度

由于駕駛員及車流的不同,最大車速也不同。

2.3.2期望間距

車輛的跟馳行為主要受與前車間距大小的影響,當(dāng)車輛與前車的間距大于期望間距時(shí),車輛會(huì)加速,當(dāng)車輛與前車的間距小于期望間距時(shí),車輛會(huì)減速。公式如下:

式中:h為期望間距;L為前車的車身長;q為跟馳車駕駛員的敏感系數(shù),激進(jìn)型取0.9,一般型取1,保守型取1.1;vt為跟馳車的運(yùn)行速度;ut為前車的運(yùn)行速度;b為待定常數(shù)。

當(dāng)前車為重型卡車時(shí),用DL(Discomfort Level)來衡量跟馳車輛的不適度,期望間距的模型為:

式中:β為不適度的影響系數(shù),取值為8.15;DL的取值范圍為1～1.6。

車輛換道時(shí)還要考慮與目標(biāo)車道后方車輛的距離,其可用前車期望間距乘以調(diào)整系數(shù)λ估計(jì),即。

2.3.3直行車流的車輛加速度

式中:xt+δ為前車在時(shí)刻t+δ的位置;yt為跟馳車在時(shí)刻t的位置;q為駕駛員對(duì)前車的敏感度衡量因子。

前車為重型卡車時(shí),跟馳車輛的加速度為:

2.3.4轉(zhuǎn)彎車流的車輛加速度

加速度干擾值越大,駕駛員所采取的減速度也越大,兩者存在非線形的正相關(guān)關(guān)系。當(dāng)加速度干擾值超過0.7時(shí),應(yīng)考慮加速度干擾對(duì)駕駛員減速度的影響。根據(jù)車輛性能,加速度設(shè)置為:

式中:acure-car為前方車輛為小汽車時(shí)的車輛加速度; acure-truc為前方車輛為重型卡車時(shí)的車輛加速度;σ表示加速度干擾值。

2.3.5運(yùn)行規(guī)則

針對(duì)港區(qū)設(shè)施接入道路出入口仿真模型,建立車輛的運(yùn)行規(guī)則如下。

(1)跟馳規(guī)則:設(shè)置車輛加速度、隨機(jī)減速,限制最大最小車速。

(2)換道規(guī)則:根據(jù)車輛是否在目標(biāo)車道上行駛判斷車輛是否存在變換車道需求,并根據(jù)與目前車道前車、跟馳車的期望間距判斷是否存在變換車道的條件。

(3)避讓規(guī)則:在無信號(hào)出入口處,根據(jù)車流優(yōu)先次序確定優(yōu)先規(guī)則。

(4)信號(hào)交叉口規(guī)則:根據(jù)信號(hào)交叉口通行規(guī)則,設(shè)置車輛滿足安全、舒適條件下的運(yùn)行規(guī)則。

3　港區(qū)道路出入口喉深長度仿真實(shí)驗(yàn)

3.1無信號(hào)交叉口仿真實(shí)驗(yàn)［3］

在仿真區(qū)域內(nèi),按照前述沖突模型建立優(yōu)先行駛規(guī)則,喉深長度由50 m變化到150 m,仿真時(shí)長選取10 000 s,仿真不同流量組合條件對(duì)應(yīng)的控制延誤時(shí)間。

觀察圖3,可得到如下結(jié)論。

圖3　不同流量組合條件下喉深長度與控制延誤時(shí)間關(guān)系

(1)當(dāng)主路與接入道路交通流量都達(dá)到飽和時(shí),即流量組合為(1 200，700)時(shí),控制延誤時(shí)間一直都保持在一個(gè)較高水平,與喉深長度關(guān)系不大,說明在這種情況下加長喉深長度不能有效提高接入道路的通行能力和服務(wù)水平,需要考慮其它組織方式,如禁止車輛左轉(zhuǎn)或加設(shè)信號(hào)燈控制等。

(2)在既定的流量組合條件下,控制延誤時(shí)間與喉深長度成反比,即喉深長度越長,則控制延誤時(shí)間越小;喉深長度越短,則控制延誤越大。

(3)當(dāng)流量較小時(shí),喉深長度對(duì)控制延誤有較大的影響,如交通流量組合(1 200，500)情況下,喉深長度為100 m時(shí)趨于緩和。

3.2信號(hào)交叉口仿真實(shí)驗(yàn)［3］

在仿真區(qū)域內(nèi),設(shè)置信號(hào)周期時(shí)長為90 s,每個(gè)相位時(shí)間為30 s,設(shè)置喉深長度由50 m變化到150 m,得到不同流量組合條件對(duì)應(yīng)的控制延誤時(shí)間。

觀察圖4可以得出如下結(jié)論。

圖4　不同信號(hào)周期喉深長度與控制延誤時(shí)間關(guān)系

(1)從整體趨勢(shì)上來看,同無信號(hào)交叉口的結(jié)論是相同的,即喉深長度越長,控制延誤時(shí)間越短,并且在降低到一定數(shù)值時(shí)趨于平緩,說明喉深長度的增加可以降低控制延誤時(shí)間,但是超過到一定值時(shí),效果明顯降低,應(yīng)該考慮其它措施,如改變信號(hào)周期,禁止左轉(zhuǎn)等交通組織方式。

(2)主路流量一定時(shí),接入道路流量越小,車輛控制延誤時(shí)間越短。

考慮信號(hào)周期對(duì)控制延誤時(shí)間的影響,選取90 s,60 s,30 s三種信號(hào)周期,確定主路與接入道路的流量組合為(1 200、700),分別進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn),得到喉深長度與控制延誤時(shí)間的關(guān)系如圖5所示。

觀察圖5知,當(dāng)信號(hào)周期增加時(shí),控制延誤時(shí)間減少,即信號(hào)控制交叉口處信號(hào)周期不宜設(shè)置過短,會(huì)導(dǎo)致車輛的延誤。

4　結(jié)語

本文針對(duì)不同信控條件,采用仿真模型對(duì)不同主路、接入道路流量組合條件下描述控制延誤時(shí)間與喉深長度的關(guān)系,得到:(1)喉深長度不適合飽和交通流;(2)非飽和交通流條件下,控制延誤時(shí)間與喉深長度成反比;(3)喉深長度存在適度值,超過適度值時(shí)對(duì)降低出入口控制延誤時(shí)間效果不明顯。

圖5　不同信號(hào)周期條件下喉深長度與控制延誤時(shí)間關(guān)系

「1] 周驪巍，白子建.港區(qū)道路交通行車安全分析「J].城市道橋與防洪，2010，(12):15-17.

「2] 賈斌.基于元胞自動(dòng)機(jī)的交通系統(tǒng)建模與模擬「M].北京:科學(xué)出版社，2007.

「3] 康迪.港區(qū)道路出入口設(shè)計(jì)的仿真研究「D].天津:天津大學(xué)，2012.

U412.37

A

1009-7716(2015)12-0009-03

2015-06-06

朱先智( 1962-) ,男,貴州興仁人,副總工程師,高級(jí)工程師,現(xiàn)從事市政交通規(guī)劃設(shè)計(jì)工作。