重慶交通大學 交通運輸學院 重慶 40074

摘要：近年來，隨著城區(qū)一體化建設，日益增多的城市道路交織路區(qū)嚴重影響著城市道路交通狀況。本文通過調查對城市道路短交織區(qū)車輛運行特性進行分析，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進行仿真評價。

關鍵詞：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，針對城市道路交織路段的研究，目前國內外還沒有系統(tǒng)的理論研究方法，國內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，城市交通的連通性增強，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)車輛運行狀況，本文借鑒快速路交織段車輛特性分析方法[3]，結合城市平面交叉口控制方法對交織區(qū)進行控制。研究表明，分析交織區(qū)車流量，對交織區(qū)進行適當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)構型

交織區(qū)中駕駛員需要緊張地變換車道，從而導致該區(qū)域內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，對交織路段內紊流進行改善是城市道路研究的重點，交織區(qū)構型圖如圖1所示。

圖1 交織區(qū)構型圖

交織區(qū)：兩股或多股交通流在沒有交通控制設施的情況下，沿著相同的大方向在相當長的路段中運行，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：具有優(yōu)先通行權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。

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)路進行調查匯總，按交織區(qū)構造，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)中不管是從主道駛入匝道還是從匝道駛入主線每輛交織車輛為了完成交織運行，至少要進行一次車道變換，如圖（a）所示。

■Ⅱ型的交織區(qū)是進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行變道就可完成運行要求，另外一組交織車流需要一次車道變換完成運行，如圖（b）。Ⅱ型交織區(qū)構造在早國內不常見，當交織流量比較大時，該構造形式比較有效。

■Ⅲ型交織區(qū)是兩側均有進出口的交織區(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。從幾何構型上講城市道路交織區(qū)更為復雜，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，且車輛進入交織段后必須立即變道的交織區(qū)，幾何構型與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)進行優(yōu)化控制。調查發(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)進行優(yōu)化控制，現(xiàn)分類闡述。

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

圖3通行能力未飽和控制圖

■假設出口道路c通行能力未達到飽和，即Qac+Qbc

■在合流點處設置停車線，對a-d、b-c流向車流進行控制，由于出口道路c通行能力未達到飽和，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)先權的流向，給予更多的車行綠燈時間。

■當出口道路d通行能力未飽和，同理。

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

圖4 通行能力飽和流向控制圖

■假設出口道路c通行能力達到飽和，即Qac+Qbc>Cc。

■在合流點處設置停車線，對a-d、b-c流向車流進行控制，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。

■因此采用進口a與進口b循環(huán)放行，流向控制圖如圖4所示。

■對于有優(yōu)先權流向的，應給予更多的車行綠燈時間。

■當出口道路d通行能力飽和時，同理。

3.仿真評價及結論

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)指標進行評價分析。

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

仿真結論

■隨著輸入流量的增加，交織段各流向行程時間增加；當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；當輸入流量達到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；當輸入流量達到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

本文在充分了解現(xiàn)有城市道路交織區(qū)構型的基礎上，根據(jù)城市道路交織區(qū)特性，結合現(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：

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

[2]張碧琴，張強，馬亞坤，李志波.Vissim在新建快速路交織區(qū)長度研究中的應用[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)運行分析研究[J].北京工業(yè)大學學報，2006，32（10）.