吳偉，林琴

（長沙理工大學(xué)交通運輸工程學(xué)院，湖南長沙 410004）

公路施工區(qū)通行效益仿真分析*

吳偉，林琴

（長沙理工大學(xué)交通運輸工程學(xué)院，湖南長沙 410004）

為了分析公路施工區(qū)對交通通行效益的影響，為施工區(qū)交通管理與控制措施制定提供定量依據(jù)，使用交通仿真軟件VISSIM，分別針對50、100、150、200、250、300 m施工區(qū)，采用60、90、120、150、180s控制周期，在交通流飽和度0.1～0.9范圍內(nèi)建立交通仿真模型，以車均延誤、平均停車次數(shù)、通過車輛數(shù)及最大排隊長度為評價指標，分析了公路施工區(qū)通行效益的變化趨勢。

公路交通；施工區(qū)；通行能力；交通仿真

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，道路交通需求飛速增長，公路的擴建或維護越來越多。在占道施工期間需盡可能維持正常交通，盡量避免加重施工期間交通供需矛盾。因此，制訂科學(xué)、合理的施工交通組織方案，保證施工區(qū)交通暢通運行具有重要應(yīng)用價值。公路的占道施工主要包括：施工占道范圍，主要分為橫向施工和縱向施工，橫向施工表現(xiàn)為所占道路寬度，縱向施工表現(xiàn)為所占道路長度；施工占道時間，施工時間越長對交通影響越大；施工占道位置，分為在道路的左側(cè)、右側(cè)、接近交叉口或遠離交叉口。

1 道路占道施工研究現(xiàn)狀

現(xiàn)階段對道路占道施工的研究成果如下：鄭松竺等以對數(shù)關(guān)系的流量-速度模型為基礎(chǔ)，結(jié)合交通工程學(xué)理論和通行能力修正系數(shù)，導(dǎo)出了道路實際通行能力計算模型，研究施工區(qū)通行能力；王子浜等通過采用TSIS仿真軟件模擬車道施工交通組織方案，根據(jù)不同交通組織方案分別計算了車輛途經(jīng)施工區(qū)產(chǎn)生的附加延誤及最優(yōu)分流比例；白玉鳳通過分析高速公路作業(yè)區(qū)的交通流特性，得到車速是影響交通安全的主要因素，繼而在交通流理論三參數(shù)關(guān)系的基礎(chǔ)上研究作業(yè)區(qū)車速與通行能力的關(guān)系；劉偉等根據(jù)占道施工影響區(qū)邊界節(jié)點OD分布，采用虛擬路徑簡化交叉口流向，構(gòu)建節(jié)點間路徑行程時間動態(tài)可靠度函數(shù)，并引入多元Logit概率分布模型，結(jié)合剩余通行能力敏感度建立車流均衡誘導(dǎo)模型，計算了占道施工影響區(qū)路網(wǎng)中各路徑的誘導(dǎo)交通量，以實現(xiàn)占道施工影響區(qū)路網(wǎng)車流的均衡誘導(dǎo)，重新均衡施工影響區(qū)的交通流；程爽通過分析交通組織方案，提出交通組織的方案差異性，探究高速公路擴建工程施工分段長度影響因素；范利強通過對施工區(qū)現(xiàn)狀交通的分析，給出了道路施工對道路交通能力的影響模型，提出了改善道路通行能力的措施；金起波等對公路改擴建施工區(qū)內(nèi)三類速度控制策略的效果進行了現(xiàn)場試驗分析評價；馬東方通過對瓶頸路段信號控制進行研究，通過建立模型確定最優(yōu)控制方案，利用VISSIM軟件評價了瓶頸控制方法的效果；石慧鈺選取道路施工引起的瓶頸路段作為研究對象，研究瓶頸路段駕駛員駕駛特性對交通流的影響，利用VISSIM仿真軟件對瓶頸路段的交通流進行模擬，對交通擁堵的形成、傳播和消散規(guī)律進行研究，并將模擬結(jié)果與調(diào)查結(jié)果進行對比分析；李磊等選擇車道縮減區(qū)緩沖區(qū)上游段和終止段下游區(qū)的平均車頭時距、平均車速為指標，研究了發(fā)生擁堵時車道縮減對道路通行能力的影響。

上述關(guān)于施工區(qū)通行效益的研究大都集中于施工區(qū)通行能力、交通流特性、周期信號優(yōu)化等方面，缺少對施工區(qū)長度、車輛延誤、停車次數(shù)、排隊長度等指標的研究。為此，該文使用VISSIM軟件建立公路施工區(qū)交通仿真模型，分析雙向兩車道公路施工區(qū)通行效益。

2 基于VISSIM仿真的公路施工區(qū)建模

在VISSIM軟件中分別建立施工區(qū)長度50、100、150、200、250、300m，分別在信號周期60、90、120、150、180s內(nèi)的仿真模型。信號控制方案中，綠燈時間分配采用等飽和度分配原則。

取仿真步長為0.1s，每次仿真連續(xù)運行4600s，統(tǒng)計后3600s的數(shù)據(jù)。每組仿真使用10個不同隨機數(shù)種子仿真，取結(jié)果的平均值。統(tǒng)計數(shù)據(jù)分別為延誤、平均停車次數(shù)、通過車輛數(shù)、最大排隊長度。

3 仿真結(jié)果分析

建立施工區(qū)仿真模型，獲得不同長度施工區(qū)在不同飽和度下的通過車輛數(shù)、延誤、平均停車次數(shù)及排隊長度變化趨勢，分析施工道路的通行效益。下面以周期60和90s為例，闡述公路施工區(qū)交通效益的變化趨勢。

3.1公路施工區(qū)車輛延誤分析

不同施工區(qū)長度、不同信號周期下施工區(qū)車輛延誤仿真分析結(jié)果見圖1、圖2。

圖1　不同施工區(qū)長度下周期60s時的車輛延誤

圖2　不同施工區(qū)長度下周期90s時的車輛延誤

由圖1和圖2可知：在不同方案中，延誤在飽和度為0.1～0.5時都保持較低的水平，而在飽和度大于0.5后，延誤急劇增加。對比不同周期時長，在飽和度較大時，隨著周期時長的增大，延誤反而減小，這是因為隨著周期的增大，可利用綠燈時長增長。對比不同施工區(qū)長度，100 m施工區(qū)長度時車均延誤最小，施工區(qū)長度為300 m時延誤最大。

3.2施工區(qū)內(nèi)的平均停車次數(shù)分析

不同施工區(qū)長度、不同信號周期下施工區(qū)平均停車次數(shù)仿真分析結(jié)果見圖3、圖4。

圖3　不同施工區(qū)長度下周期60s時的平均停車次數(shù)

圖4　不同施工區(qū)長度下周期90s時的平均停車次數(shù)

由圖3和圖4可知：平均停車次數(shù)變化趨勢與延誤基本相同。飽和度小于0.5時，平均停車次數(shù)趨于零；飽和度大于0.5時，平均停車次數(shù)急劇增加。周期增大時，平均停車次數(shù)反而減小。對比不同施工區(qū)長度，300 m施工區(qū)長度下停車次數(shù)最大。

3.3施工區(qū)內(nèi)通過車輛數(shù)分析

不同施工區(qū)長度、不同信號周期下施工區(qū)通過車輛數(shù)仿真分析結(jié)果見圖5、圖6。

圖5　不同施工區(qū)長度下周期60s時通過車輛數(shù)

圖6　不同施工區(qū)長度下周期90s時通過車輛數(shù)

由圖5和圖6可知：在周期為60s、施工區(qū)長度為100 m時，通過的車輛數(shù)最大；周期為90s時，通過車輛數(shù)最大對應(yīng)的施工區(qū)長度為200 m。隨著周期的增大，通過的車輛數(shù)也增大。當(dāng)施工區(qū)長度為300 m時，通過的車輛數(shù)最少。

3.4施工區(qū)內(nèi)最大排隊長度分析

不同施工區(qū)長度、不同信號周期下施工區(qū)最大排隊長度仿真分析結(jié)果見圖7、圖8。

圖7　不同施工區(qū)長度下周期60s時的最大排隊長度

圖8　不同施工區(qū)長度下周期90s時的最大排隊長度

由圖7和圖8可知：當(dāng)飽和度小于0.5時，最大排隊長度隨飽和度的增大緩慢增大；當(dāng)飽和度大于0.5時，最大排隊長度急劇增大。最大排隊長度在較大飽和度時趨于穩(wěn)定，這是因為仿真路網(wǎng)設(shè)置為2 000 m，影響了數(shù)據(jù)的采集。周期為90s時，不同施工區(qū)長度下最大排隊長度隨飽和度變化的趨勢基本相同。

4 結(jié)論

該文針對在不同施工區(qū)長度，在不同周期條件下運用VISSIM仿真軟件模擬公路施工區(qū)的運行，獲取了延誤、平均停車次數(shù)、通過車輛數(shù)、最大排隊長度等評價指標，通過分析，得到如下主要結(jié)論：

（1）施工區(qū)交通流飽和度不宜大于0.5，飽和度小于0.5時，施工區(qū)交通流運行較暢通；飽和度大于0.5后，延誤、停車次數(shù)等主要評價指標急劇增大。

（2）施工區(qū)雙向放行時，采用較大的周期對于提高施工區(qū)通行能力效果較好。

（3）公路施工區(qū)不宜設(shè)置過長，推薦設(shè)置為100～150m。

［1］ 鄭松竺，徐雅琳，李夢思.基于交通流理論的道路實際通行能力模型［J］.中國傳媒大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2014，21（4）.

［2］ 王子浜，李嘉，蔡曉萌，等.道路施工區(qū)車輛延誤分析與交通仿真研究［J］.公路，2009（7）.

［3］ 白玉鳳.基于通行能力的高速公路作業(yè)區(qū)限速研究［J］.北方交通，2015（4）.

［4］ 劉偉，高顯鵬，肖文彬.占道施工影響區(qū)車流均衡誘導(dǎo)模型的建立與應(yīng)用［J］.中國科技論文，2015，10（1）.

［5］ 程爽.基于交通特性的高速公路改擴建工程合理分段方法研究［D］.武漢：武漢理工大學(xué)，2013.

［6］ 范利強.道路施工對通行能力的影響分析［J］.廊坊師范學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版，2013，13（6）.

［7］ 金起波，趙源.改擴建公路施工區(qū)速度控制策略有效性評價研究［J］.公路與汽運，2013（6）.

［8］ 馬東方.面向瓶頸路段的城市交通信號控制動態(tài)優(yōu)化方法［D］.長春：吉林大學(xué)，2012.

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［10］ 李磊，肖向良，梁睿.城市道路車道縮減區(qū)通行能力研究［J］.公路與汽運，2013（2）.

［11］ 劉偉，王立亮，林穎，等.城市道路施工影響區(qū)交通逐層分流疏導(dǎo)研究［J］.重慶交通大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2014，33（6）.

U491.2

A

1671-2668（2016）05-0025-03

國家自然科學(xué)基金資助項目（51408065）；湖南省教育廳科學(xué)研究項目（14B003）

2016-06-13