寧波工程學(xué)院 浙江 寧波 315031

正文：

0 引言

沿著相當(dāng)長(zhǎng)的路段行駛的兩股或多股基本平行的同向交通流，不借助于交通控制設(shè)施運(yùn)行，定義為交織。并且交織區(qū)交通流特性對(duì)于公路以及城市快速路合流以及分流區(qū)域的瓶頸消除有著至關(guān)重要的作用。其具體概念為當(dāng)?shù)缆酚珊狭鲄^(qū)入口、輔助車道、分流區(qū)出口緊密相接時(shí)，或者當(dāng)一條駛?cè)朐训?、一段輔助車道、一條駛出匝道緊密連接時(shí)，這兩種構(gòu)成形式就形成了交織區(qū)。

由于交織區(qū)較基本路段相比較復(fù)雜，影響其通行能力因素眾多，以1950年美國(guó)《通行能力手冊(cè)》的發(fā)布拉開(kāi)了學(xué)者們研究交織區(qū)的帷幕。HCM2000將交織區(qū)構(gòu)型分成A、B、C三類，給出了在交織區(qū)構(gòu)型、長(zhǎng)度、車道數(shù)和流量比在不同情況下組合時(shí)的通行能力值。Lertworawanich等利用線性規(guī)劃理論來(lái)求解交織區(qū)通行能力。我國(guó)交通部門(mén)將交織區(qū)分成Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類，通過(guò)各種因素對(duì)交織區(qū)運(yùn)行特性的影響分析，建立了其通行能力模型。任荔娜根據(jù)城市快速路車輛的動(dòng)態(tài)運(yùn)行規(guī)律，得到了交織區(qū)內(nèi)車輛的行為特征及交通流特性，并依據(jù)此特征建立了基于元胞自動(dòng)機(jī)的城市快速路交織區(qū)跟馳模型及換道模型。蔡雯娟通過(guò)定性和定量相結(jié)合的方法，分析交織區(qū)各個(gè)參數(shù)的分布規(guī)律并建立VISSIM模型，最終推算出設(shè)計(jì)車速為80km/h時(shí)的符合我國(guó)西安市駕駛員特征的城市快速路A類三車道交織區(qū)通行能力計(jì)算公式。

若直接采用實(shí)地調(diào)查的方式來(lái)建立模型，則需要大量的人力物力投入，且受到資金、技術(shù)等限制，而在模擬仿真中，交通流參數(shù)都是人為輸入設(shè)定，有時(shí)得出的結(jié)論與實(shí)際背道而馳。因而，本文利用VISSIM模型對(duì)交織路段進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，將理論模型所得出的數(shù)據(jù)與部分實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相結(jié)合，通過(guò)改變其輸入條件，將各種情況排列組合，得出在不同情況下的通行能力值，確立交織區(qū)通行能力模型，最后用寧波市區(qū)機(jī)場(chǎng)南路交織路段驗(yàn)證此模型的準(zhǔn)確性。

1 交織區(qū)通行能力影響因素

交織區(qū)在道路通行系統(tǒng)中占有重要地位，本文主要研究交織長(zhǎng)度，交織車道數(shù)，交織區(qū)構(gòu)型，交織流量比四個(gè)因素對(duì)通行能力的影響。

1.1 交織區(qū)長(zhǎng)度

主路與匝道車輛在行駛過(guò)程交匯并變換一次車道行駛的距離稱為交織區(qū)長(zhǎng)度。HCM2000認(rèn)為，高速公路一般交織區(qū)長(zhǎng)度應(yīng)該在750m以下，由于其車輛類型以及屬性、行車類型均不同，所有城市快速路限速和長(zhǎng)度一般低于高速公路。本文所研究的交織區(qū)長(zhǎng)度為500m，對(duì)大多數(shù)城市快速路交織區(qū)來(lái)說(shuō)，此長(zhǎng)度下的通行能力較有借鑒意義。

1.2 交織車道數(shù)

交織車道數(shù)，即交織區(qū)段內(nèi)的車道數(shù)，是供車輛完成交織行為的附加車道，一般用N表示。A類交織區(qū)中能被交織車輛使用的最大車道數(shù)是受限制的，每輛車最多使用車道數(shù)約為1.4個(gè)車道。我們一般都用車道數(shù)來(lái)衡量一條道路的通行能力，通常在其他影響因素都適宜的條件下，車道數(shù)越多代表通行能力越強(qiáng)，所以交織車道數(shù)可以作為影響交織區(qū)通行能力的一個(gè)重要影響因素。

1.3 交織區(qū)構(gòu)型

交織區(qū)構(gòu)型主要有A、B、C三類，A類交織區(qū)中兩個(gè)交織方向的所有車輛均進(jìn)行一次變換車道行為;B類交織區(qū)是最主要的交織構(gòu)型，可以有效承載較大交織交通量；C類交織區(qū)與B類較為相似，僅較于B類多一條直通車道。本文主要討論了A類交織區(qū)構(gòu)型的通行能力。

1.4 交織流量比

交織流量比為交織流量與總交通量的比值。車輛在交織區(qū)中運(yùn)行過(guò)程中存在交織行為，導(dǎo)致交織區(qū)內(nèi)交通流車頭時(shí)距增加，導(dǎo)致交織區(qū)通行能力會(huì)比一般路段的通行能力小。因此，交織流量比是影響交織區(qū)通行能力的重要因素，有著舉足輕重的地位。

2 確定交織區(qū)通行能力模型

2.1 確定模型

由于城市快速路交織區(qū)長(zhǎng)度大多均為500m，為了得出交織流量比與交織通行能力的關(guān)系，根據(jù)通行能力與交織區(qū)流量比的關(guān)系，采用當(dāng)交織流量比為0.2、0.25、0.3、0.35、0.4時(shí)500米A類交織通行能力，并做出如下假設(shè)模型：

其中：C-----交織區(qū)通行能力

r-----交織流量比

a，b，d-----標(biāo)定參數(shù)

3.利用VISSIM仿真

本節(jié)利用基于Vissim搭建的仿真平臺(tái)，構(gòu)建通用A型交織區(qū)仿真路網(wǎng)進(jìn)行仿真；在城市快速路交織區(qū)通行特性的基礎(chǔ)上標(biāo)定仿真參數(shù)；基于以上兩點(diǎn)來(lái)得出仿真結(jié)果再由matlab進(jìn)行數(shù)據(jù)趨勢(shì)擬合，與理論的模型進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證理論模型的正確性。

3.1 仿真背景介紹

選取A類快速路交織區(qū)一般典型路段作為仿真實(shí)驗(yàn)路段，該路段有一個(gè)交織區(qū)，由一個(gè)入口匝道和一個(gè)出口匝道構(gòu)成，如圖3-1所示。該實(shí)驗(yàn)路段交織區(qū)設(shè)定車道數(shù)為變量，主入進(jìn)口車道數(shù)從兩車道開(kāi)始變化，入口匝道與出口匝道數(shù)從單車道開(kāi)始變化，實(shí)驗(yàn)交織區(qū)長(zhǎng)度作為變量將設(shè)置200米到500米作為變化范圍。

圖3-1 A類交織區(qū)仿真路網(wǎng)

圖3-2 交織區(qū)路段示意圖

3.2 仿真軟件參數(shù)標(biāo)定

1.仿真參數(shù)設(shè)置：本次仿真時(shí)間設(shè)置為1h，所以將VISSIM中仿真參數(shù)設(shè)置為3600仿真秒，考慮實(shí)際條件，將仿真精度設(shè)置為5，根據(jù)仿真經(jīng)驗(yàn)將隨機(jī)種子設(shè)置為42。

2.駕駛行為參數(shù)設(shè)置：①由于快速路交織區(qū)比其他路段更易發(fā)生交通問(wèn)題，交通沖突較其他路段更多，所以應(yīng)該將駕駛?cè)说淖畲笄耙暰嚯x設(shè)置應(yīng)由原本的250米增加到257米。②由于快速路交織區(qū)的車道變換相比于其他路段更加復(fù)雜，在VISSIM軟件內(nèi)不加設(shè)置會(huì)導(dǎo)致車輛集中堵在下半段區(qū)域，所以需要對(duì)車輛車道變換模型進(jìn)行修正，具體設(shè)置結(jié)果如圖3-3所示。

圖3-3 車道變換模型修正

3.變道位置設(shè)置：在輸入車輛后，經(jīng)過(guò)多次仿真，發(fā)現(xiàn)未經(jīng)設(shè)置時(shí)的車輛變道常發(fā)生在交織區(qū)下半部分（如圖3-4所示），與實(shí)際不符，實(shí)際調(diào)查中車輛變換應(yīng)該大都發(fā)生在交織區(qū)前半段所以應(yīng)該對(duì)車道變換距離進(jìn)行更改。本次仿真將交織區(qū)下游的路段連接器的車道變換距離均修改為250m，緊急停車距離修改為10m。

圖3-4 初始仿真交織區(qū)變道位置圖

經(jīng)過(guò)以上參數(shù)標(biāo)定后，雖然無(wú)法做到與實(shí)際完全等同，但是比之前更加接近與實(shí)際情況，更加真實(shí)，使得車輛變道更合理有序。

3.3 仿真數(shù)據(jù)標(biāo)定系數(shù)

在2、3、4車道情況下分別進(jìn)行五組不同交織流量比的仿真，并得出相應(yīng)的15組通行能力數(shù)據(jù)（如表3-1所示），將數(shù)據(jù)用于模型的系數(shù)標(biāo)定，得出相應(yīng)的系數(shù)。將上表數(shù)據(jù)引入模型，并標(biāo)定系數(shù)：

表3-1不同交織流量比對(duì)應(yīng)通行能力數(shù)據(jù)

其中：C —— 交織區(qū)通行能力

r —— 交織流量比

3.4 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)檢驗(yàn)

根據(jù)寧波市機(jī)場(chǎng)路夏禹路立交北側(cè)的快速路交織區(qū)來(lái)驗(yàn)證模型的適用性，其長(zhǎng)度約500m，交織流量比2.5：7.5，車道數(shù)為3，并將這些參數(shù)輸入通行能力計(jì)算模型，可得通行能力計(jì)算結(jié)果為3993pcu/h，實(shí)際觀測(cè)值與模型得出的通行能力相差不超過(guò)5%，因此此通行能力計(jì)算模型是有適用性的。

4.結(jié)論

本文以典型A類快速路交織區(qū)為例，基于假定模型，運(yùn)用Vissim軟件進(jìn)行快速路交織區(qū)的仿真模擬，得到快速路交織區(qū)的通行能力并進(jìn)行分析，得到如下結(jié)論：

(1)通過(guò)假設(shè)交織區(qū)通行能力模型，通過(guò)VISSIM仿真進(jìn)行參數(shù)標(biāo)定，分別得到2、3、4車道數(shù)下的三種通行能力模型，該模型能更好的模擬實(shí)際的交通狀況。

(2)對(duì)A類交織區(qū)進(jìn)行VISSIM仿真模擬，在不同車道數(shù)下VR對(duì)該類交織區(qū)通行能力的影響進(jìn)行分析。利用Matlab分別對(duì)車道數(shù)為2、3、4，交織長(zhǎng)度為500m的情況進(jìn)行擬合，獲得不同情況下的城市快速路交織區(qū)通行能力模型度。

(3)通過(guò)VISSIM仿真模擬，可以反映交織區(qū)的通行特性，通過(guò)仿真數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)相比較，認(rèn)為該模型是具有一定的可行性與適用性的，擁有良好的實(shí)用價(jià)值。