潘兵宏，劉娟，柴虎，李翔，張冉陽

長安大學(xué)公路學(xué)院，陜西西安 710064

互通式立體交叉（以下簡稱立交）范圍內(nèi)的分合流端及交織區(qū)是交通事故的高發(fā)區(qū)［1-4］，同側(cè)相鄰出、入口匝道的組合形式與間距會(huì)對(duì)立交范圍內(nèi)車輛的運(yùn)行效率與安全產(chǎn)生一定影響，其中，“先入后出”式入出口的影響尤為顯著.為提高通行能力，可在主線外側(cè)增設(shè)集散車道，將交通紊亂部分有效轉(zhuǎn)移至集散車道，從而保證主線上直行車輛的通行效率與安全.

隨著對(duì)復(fù)雜型立交的深入研究，當(dāng)交通量較大、用地允許且工程造價(jià)可接受時(shí)，為苜蓿葉型立體交叉（以下簡稱苜蓿葉立交）設(shè)置集散車道的工程實(shí)例越來越多，如中國長春市前進(jìn)路苜蓿葉立交設(shè)置了2個(gè)集散車道，盡管通車后交通量較大，但交織區(qū)與主線分離后極大提高了主線的通行能力.然而，集散車道交織區(qū)內(nèi)情況復(fù)雜，存在交通沖突大、安全性低等問題，長度不合理的交織運(yùn)行使集散車道成為事故多發(fā)區(qū).《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D20—2017）［5］（以下簡稱《路線規(guī)范》）中對(duì)立交同側(cè)入口與下游出口（簡稱連續(xù)入出口）之間的間距無明確規(guī)定，而實(shí)際設(shè)計(jì)中經(jīng)常出現(xiàn)立交連續(xù)入出口距離過近的情況，直接導(dǎo)致通行能力降低，安全性下降.因此，在苜蓿葉立交主線設(shè)置集散車道的情況下，有必要根據(jù)交通流的運(yùn)行特性，分析其連續(xù)入出口的最小間距.

美國的《A policy on geometric design of highways and streets》（以下簡稱“綠皮書”）［6］中認(rèn)為，高速公路和集散道上入出口的最小間距分別為600 m 和480 m，但未根據(jù)不同設(shè)計(jì)速度做出具體規(guī)定.在此基礎(chǔ)上，《日本公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的解說與運(yùn)用》［7］根據(jù)主線不同的設(shè)計(jì)速度加以細(xì)化，但未規(guī)定集散車道上先入后出型匝道的最小間距.中國《路線規(guī)范》對(duì)高速公路主線上的相鄰出口、相鄰入口、出口至前方相鄰入口的最小間距做出規(guī)定，但尚未規(guī)定入出口最小間距.對(duì)于設(shè)置集散車道后連續(xù)入出口轉(zhuǎn)移到集散車道上的情況，我國其他相關(guān)規(guī)范和設(shè)計(jì)細(xì)則亦未給出具體規(guī)定.

國內(nèi)現(xiàn)有研究大多集中于主線連續(xù)出入口間距與主線交織區(qū)的通行能力方面，對(duì)主線連續(xù)出入口的研究多為連續(xù)入口、連續(xù)出口和連續(xù)出入口，較少涉及連續(xù)入出口.邵陽等［8］基于車輛變道模型、交通標(biāo)志識(shí)別規(guī)則及駕駛規(guī)律探討主線和匝道連續(xù)分合流時(shí)的間距問題，并與現(xiàn)行規(guī)范進(jìn)行對(duì)比；王靈利等［9］通過研究高速公路車頭時(shí)距的分布規(guī)律與換道模型特征，建立主線側(cè)連續(xù)出口最小間距模型，基于車道數(shù)和設(shè)計(jì)速度提出最小間距建議值；潘兵宏等［10］通過確定主線車輛和下游匝道匯入車輛間的安全視距模型，建立高速公路主線同側(cè)連續(xù)入口最小間距模型，并基于主線和匝道的設(shè)計(jì)速度、入口匝道車道數(shù)，提出最小間距指標(biāo)值；孫劍等［11］基于上海市60 處快速路典型交織區(qū)1 a 的交通數(shù)據(jù)，采用統(tǒng)計(jì)分析方法計(jì)算各交織區(qū)通行能力，提出城市快速路交織區(qū)通行能力的估計(jì)模型；孟祥燕［12］基于間隙接受理論和線形優(yōu)化模型得到苜蓿葉式或部分苜蓿葉式交織區(qū)通行能力模型，并通過TSIS 軟件對(duì)高等級(jí)道路交織區(qū)進(jìn)行微觀仿真分析.也有部分研究涉及集散車道設(shè)置條件與集散車道交織區(qū)，如丁華磊［13］利用交織區(qū)理論和分合流理論研究集散車道設(shè)置條件，并通過VisSim仿真驗(yàn)證設(shè)置條件的合理性和準(zhǔn)確性，但其在交織區(qū)長度計(jì)算時(shí)僅考慮直行車輛；李璨等［14］根據(jù)車輛運(yùn)行特點(diǎn)和交織區(qū)長度，提出對(duì)應(yīng)車道單元組合設(shè)計(jì)方案，經(jīng)安全評(píng)價(jià)后確定了集散車道交織區(qū)車道單元組合優(yōu)化方案；袁愈鋒［15］研究了苜蓿葉立交集散車道車輛運(yùn)行速度和技術(shù)指標(biāo)，并根據(jù)《Highway Capacity Manual》［16］中交織區(qū)的分析方法，基于交織區(qū)處于非約束狀態(tài)的假設(shè)，計(jì)算得到集散車道交織區(qū)長度.

國外對(duì)于道路交織區(qū)的研究較早，但大多僅限于交織區(qū)和匝道分合流方面，較少涉及集散車道交織區(qū)，這與國內(nèi)研究現(xiàn)狀一致.在立交連續(xù)入出口的分合流區(qū)域研究方面，則通過基于大量交通數(shù)據(jù)建立數(shù)學(xué)模型，研究立交范圍內(nèi)交通特性及間距等，如BARED 等［17］從安全角度證明立交間距建議的合理性，通過采集加利福尼亞州3條高速公路的交通事故和高速公路特征數(shù)據(jù)，建立碰撞頻率與立交間距的回歸模型；AHAMMED等［18］通過采集加拿大渥太華市417公路上23個(gè)合流區(qū)的交通數(shù)據(jù)，建立安全性能模型，用于聯(lián)系碰撞總數(shù)與合流區(qū)域的特征；EL-BASHA 等［19］利用加拿大渥太華市 417 公路上13 個(gè)分流區(qū)的數(shù)據(jù)，研究駕駛員在高速公路分流區(qū)的行為特征，收集了交通數(shù)據(jù)，并用線形回歸分析方法對(duì)85%位速度和減速度進(jìn)行建模，得到8個(gè)預(yù)測(cè)分流區(qū)駕駛員行為的模型；KONDYLI等［20］通過采集分析車輛試驗(yàn)中駕駛員的合流行為數(shù)據(jù)，建立不同合流條件下的間隙接受模型和考慮不同駕駛員類型的駕駛員行為模型，提出評(píng)價(jià)車輛相互作用對(duì)交通流影響的Merging Turbulence模型.

由以上分析可見，已有研究多采用《Highway Capacity Manual》［16］中對(duì)交織區(qū)的分析方法，對(duì)苜蓿葉立交集散車道連續(xù)入出口的最小間距進(jìn)行研究，存在車輛組成考慮不善以及假設(shè)建立缺乏有效驗(yàn)證的不足.本研究基于苜蓿葉立交集散車道連續(xù)入出口路段的車輛運(yùn)行特性，確定連續(xù)入出口最小間距的計(jì)算模型.采用《公路通行能力手冊(cè)》［21］中的交織區(qū)分析方法（以下簡稱《通行能力手冊(cè)》），研究集散車道交織區(qū)長度，并檢驗(yàn)交織區(qū)長度和服務(wù)水平等級(jí)是否滿足要求，提出不同設(shè)計(jì)速度組合下苜蓿葉立交集散車道連續(xù)入出口最小間距推薦值.利用VisSim 和SSAM軟件仿真評(píng)價(jià)各組最小間距推薦值，驗(yàn)證其合理性，為我國苜蓿葉立交集散車道連續(xù)入出口的設(shè)計(jì)提供參考.

1 集散車道連續(xù)入出口形式及車輛運(yùn)行特性

集散車道連續(xù)入出口指集散車道的外側(cè)先合流后分流的形式.《路線規(guī)范》規(guī)定集散車道宜為雙車道，但實(shí)際的苜蓿葉立交設(shè)計(jì)受到占地和工程造價(jià)等限制，除交織段為雙車道外，其他主體部分均為單車道，因此，本研究以單車道和雙車道兩種集散車道型式為對(duì)象.苜蓿葉立交集散車道連接的入口匝道和出口匝道均為單車道環(huán)形匝道.從入口匝道駛?cè)氲能囕v進(jìn)入集散車道后匯入主線，與集散車道上需要從出口匝道駛出的車輛產(chǎn)生交織.車輛在駛?cè)虢豢梾^(qū)時(shí)，要通過集散車道外側(cè)由加速和減速車道相連形成的附加車道，交織車輛離開集散車道駛?cè)胫骶€或從出口匝道駛出都要進(jìn)行車道變換.車輛在交織區(qū)內(nèi)彼此影響較大，存在交通沖突可能.

主線和集散車道連續(xù)入出口最小間距設(shè)計(jì)的不同之處在于速度和交通量.在主線外側(cè)設(shè)置集散車道的目的是轉(zhuǎn)移交織區(qū)，避免交織車輛干擾主線上的直行車輛，將交織車輛轉(zhuǎn)移至速度較低的集散車道，有利于行車安全和保障主線的通行能力.主線連續(xù)入出口路段同時(shí)存在轉(zhuǎn)彎車輛和直行車輛，主線設(shè)置集散車道后，只有主線上需要從匝道分流的車輛以及匝道上需要匯入主線的車輛會(huì)進(jìn)入集散車道，因此，集散車道連續(xù)入出口最小間距設(shè)計(jì)，只需要考慮轉(zhuǎn)彎車輛而不需要考慮直行車輛.

2 集散車道連續(xù)入出口最小間距計(jì)算模型

2.1 單車道集散車道型式

因合流和分流三角區(qū)設(shè)置了實(shí)線標(biāo)線，禁止車輛行駛，因此，本研究將集散車道連續(xù)入出口間距定義為入口匝道合流點(diǎn)與出口匝道分流點(diǎn)的距離（圖1）.入口匝道的車輛進(jìn)入集散車道是為了匯入主線，集散車道上已有車輛主要為需要從出口匝道駛出的車輛.車輛在合流三角區(qū)之后、交織區(qū)下游的分流三角區(qū)之前發(fā)生車道交換，因此，連續(xù)入出口間距即為交織區(qū)長度（LW）.

圖1 集散車道連續(xù)入出口間距示意圖Fig.1 Spacing diagram for continuous entrance and exit of collector-distributor road

2.1.1 交織區(qū)長度計(jì)算

交織區(qū)內(nèi)車輛的主要行為是車道變換，交織區(qū)長度不足會(huì)導(dǎo)致交織車輛無法完成車道變換.未能完成換道的車輛會(huì)降低車速并伺機(jī)等待可插入間隙，有的車輛可能停留原地，未完成交織的車輛會(huì)錯(cuò)過出口，部分駕駛員甚至?xí)诜至鞅嵌说管嚮驈?qiáng)行變換車道.

交織區(qū)長度與交織區(qū)構(gòu)造型式有關(guān).交織區(qū)的構(gòu)造型式根據(jù)交織車輛在通過交織路段時(shí)所需的車道變換次數(shù)分為同側(cè)和異側(cè)交織區(qū)兩種.其中，同側(cè)交織區(qū)是指出入口匝道位于主線同側(cè)，車輛完成交織需要的換道次數(shù)不多于2次的區(qū)域，又分為匝道交織區(qū)和主線交織區(qū)；異側(cè)交織區(qū)是指出入口匝道位于主線兩側(cè)，車輛至少需要3次換道行為才能完成交織的區(qū)域.

在集散車道交織區(qū)內(nèi)，車輛完成交織行為需要的換道次數(shù)不多于2 次，交織區(qū)內(nèi)只存在2 組轉(zhuǎn)彎車流構(gòu)成交織車流，不考慮通過集散車道再返回主線的誤行車輛，以及通過入口匝道駛?cè)朐儆沙隹谠训礼偝龅牡纛^車輛，即交織區(qū)不存在非交織車輛，因此，交織區(qū)構(gòu)型為同側(cè)匝道交織區(qū)，見圖2.其中，F(xiàn) 表示高速公路主線（freeway）；R 表示匝道（ramp）.

圖2 交織區(qū)運(yùn)行示意圖Fig.2 Diagram of weaving operation

總交通量為交織交通量之和，即Q=QFR+QRF，其中，QFR為駛出集散車道的交通量；QRF為駛?cè)爰④嚨赖慕煌?集散車道交織車輛最小換道次數(shù)LCFR= 1，匝道交織車輛最小換道次數(shù)LCRF= 1，交織車道數(shù)NWL= 2.

《通行能力手冊(cè)》中采用2 個(gè)指標(biāo)確定交織區(qū)服務(wù)水平等級(jí)，其中，主要指標(biāo)為V/C，V是最大服務(wù)交通量，C是基本通行能力；次要指標(biāo)為小客車實(shí)際行駛速度與基準(zhǔn)自由流速度差.在一定速度差下，確定交織車輛速度，可算出交織區(qū)長度，然后驗(yàn)算是否滿足交織區(qū)最大長度，最后計(jì)算V/C，確定交織區(qū)服務(wù)水平等級(jí).在保證計(jì)算得出的服務(wù)水平等級(jí)不低于設(shè)計(jì)服務(wù)水平等級(jí)的前提下，計(jì)算出的長度即為交織區(qū)最小長度推薦值.

1）交織區(qū)車輛實(shí)際行駛速度v

《通行能力手冊(cè)》給出車輛實(shí)際行駛速度與基準(zhǔn)自由流速度差的不同取值范圍，采用不同的速差值得出的交織區(qū)長度也有差異，因此，本研究需對(duì)計(jì)算出的交織區(qū)長度進(jìn)行合理性判斷，從而確定速度差的最佳取值.若交織區(qū)長度很長，車輛的運(yùn)行狀況和基本路段一樣，合流和分流運(yùn)行分開，本研究規(guī)定交織長度不超過750 m［14］；若交織長度很短，車輛的車道變換行為類似于X型無信號(hào)控制交叉口，本研究規(guī)定交織區(qū)長度不小于90 m［21］.因此，以90～750 m作為參考，通過試算確定出能最大程度滿足該長度范圍的速度差為34 km/h，進(jìn)而可得不同基準(zhǔn)自由流速度下的交織區(qū)車輛實(shí)際行駛速度v.集散車道交織區(qū)內(nèi)只有交織車輛，故交織區(qū)車輛行駛速度與交織車輛速度相等，即

其中，vFF為集散車道實(shí)際自由流速度，單位為km/h；WI為交織區(qū)強(qiáng)度；vW為交織車輛速度.

2）交織區(qū)長度LW

集散車道交織區(qū)內(nèi)車輛換道次數(shù)LCALL等于交織車輛換道次數(shù)LCW，為

其中，LCMIN為交織區(qū)內(nèi)車流最小換道次數(shù)，LCMIN= LCFRQFR+ LCRFQRF；LW為交織區(qū)長度，單位為m；N為交織區(qū)內(nèi)車道數(shù)，單車道集散車道N= 2；ID 為立體交叉口密度，以交織區(qū)為中心，前后10 km 內(nèi)的立交個(gè)數(shù)除以10，計(jì)算時(shí)取ID = 1.

交織區(qū)強(qiáng)度WI為

根據(jù)式（1）WI可改寫為

將式（2）帶入式（3）即可求解出LW.

3）計(jì)算參數(shù)確定

集散車道的設(shè)計(jì)速度vC、基準(zhǔn)自由流速度vBFF、vFF及基準(zhǔn)通行能力C0對(duì)交織區(qū)長度有較大影響.vC一般應(yīng)低于高速公路主線的設(shè)計(jì)速度.《公路立體交叉設(shè)計(jì)細(xì)則》（JTGT D21—2014）［22］（以下簡稱《細(xì)則》）指出，集散車道可采用匝道設(shè)計(jì)速度及相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn).根據(jù)《日本高速公路設(shè)計(jì)要領(lǐng)》［23］，車輛與主線分流和合流所達(dá)到的速度一般為主線設(shè)計(jì)速度的70%，故本研究vC采用高速公路主線設(shè)計(jì)速度的70%，并通過四舍五入方式對(duì)其取整，如表1.該結(jié)果也滿足《細(xì)則》規(guī)定.

表1 集散車道設(shè)計(jì)速度、基準(zhǔn)自由流速度、基準(zhǔn)通行能力及對(duì)應(yīng)的匝道設(shè)計(jì)速度Table 1 Design speed,reference free flow speed,reference capacity and corresponding ramp design speed of collectordistributor road

根據(jù)高速公路基本路段設(shè)計(jì)速度與基準(zhǔn)自由流速度對(duì)應(yīng)關(guān)系（可掃描論文末頁右下角二維碼查看表S1，參考《通行能力手冊(cè)》），得出vBFF見表1.

一般認(rèn)為vFF與vBFF相同，而C0與vBFF有關(guān)，參考《通行能力手冊(cè)》，不同vBFF所對(duì)應(yīng)集散車道基本路段中1條車道的基準(zhǔn)通行能力值見表1.

匝道的設(shè)計(jì)速度vB對(duì)交織區(qū)長度具有一定影響，考慮到入口和出口匝道均為環(huán)形匝道，故設(shè)計(jì)速度為35～50 km/h.不同集散車道設(shè)計(jì)速度所對(duì)應(yīng)的匝道設(shè)計(jì)速度見表1.

本研究假設(shè)匝道交通量為其設(shè)計(jì)通行能力.根據(jù)《細(xì)則》，匝道的設(shè)計(jì)通行能力見表2.

表2 匝道的設(shè)計(jì)通行能力及交織區(qū)交通量Table 2 Design capacity of ramp and traffic volume of weaving area

4）交織區(qū)最大交織長度Lmax

Lmax計(jì)算為

其中，QR 為總交織流量與總流量之比，由于不存在非交織車輛，因此，QR= 1. 當(dāng)LW≤Lmax時(shí)，才可按照交織區(qū)分析確定該路段的通行能力.

5）交織區(qū)飽和度V/C與服務(wù)水平

交織區(qū)通行能力CW為

其中，CIWL為交織區(qū)內(nèi)1 條車道的基準(zhǔn)通行能力（pcu·h-1·ln-1）；DR為匯出流量比，DR=QFR/Q.

馮玉榮等［24］認(rèn)為《通行能力手冊(cè)》中交織區(qū)通行能力的計(jì)算方法低估了流量比對(duì)通行能力的影響，因此，根據(jù)主交通流具有優(yōu)先權(quán)的規(guī)則，改進(jìn)通行能力模型，即將式（7）中的DR替換為較大的交織流量與總交織流量之比，亦即匯入流量比與匯出流量比較大者（WR），則交織區(qū)通行能力改進(jìn)模型為

交織區(qū)飽和度為

根據(jù)《細(xì)則》要求，單車道環(huán)形匝道所能容納的交通量為900～1 200 pcu/h，故交織區(qū)的總交通量Q為1 800～2 400 pcu/h.對(duì)應(yīng)于不同的匝道設(shè)計(jì)速度，交織區(qū)所能容納的最大交通量Q如表2.

《路線規(guī)范》中將公路立體交叉范圍內(nèi)的服務(wù)水平分為6 級(jí)（表3），高速公路主線的最低設(shè)計(jì)服務(wù)水平為3級(jí)，集散車道的設(shè)計(jì)服務(wù)水平可比主線低1 級(jí)，但不應(yīng)低于4 級(jí).故本研究計(jì)算得出的服務(wù)水平等級(jí)應(yīng)最低滿足4級(jí)標(biāo)準(zhǔn).

表3 交織區(qū)服務(wù)水平分級(jí)Table 3 Service level classification of weaving area

2.1.2 計(jì)算結(jié)果及分析

計(jì)算得到集散車道交織區(qū)長度見表4. 由式（5）可得Lmax= 4 339 m，可見，不同匝道設(shè)計(jì)速度下得出的所有交織區(qū)長度均小于Lmax.由V/C值可知，交織區(qū)處于3 級(jí)服務(wù)水平和4 級(jí)服務(wù)水平，滿足集散車道交織區(qū)服務(wù)水平最低等級(jí)要求.

表4 單車道集散車道交織區(qū)長度計(jì)算結(jié)果及連續(xù)入出口最小間距推薦值Table 4 Calculation results of weaving length of single lane collector-distributor road and recommended minimum spacing of continuous entrance and exit

2.1.3 最小間距推薦值

因此，根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，對(duì)集散車道交織區(qū)長度取整5 m，作為連續(xù)入出口最小間距推薦值.由表4可見，最小間距值隨集散車道設(shè)計(jì)速度的減小而減?。划?dāng)集散車道設(shè)計(jì)速度相同時(shí)，最小間距值隨匝道設(shè)計(jì)速度的減小而減小.同一集散車道設(shè)計(jì)速度下，改變?cè)训涝O(shè)計(jì)速度，最小間距值的變化較小，差值最大僅為105 m，且集散車道設(shè)計(jì)速度越小，對(duì)應(yīng)不同匝道設(shè)計(jì)速度的最小間距值差異越??；但在匝道設(shè)計(jì)速度相同時(shí)，對(duì)應(yīng)集散車道設(shè)計(jì)速度不同，最小間距值差異很大，如匝道設(shè)計(jì)速度50 km/h 時(shí)，集散車道設(shè)計(jì)速度80 km/h 和70 km/h的最小間距值分別為655 m 和310 m，二者相差345 m.可見，集散車道設(shè)計(jì)速度與匝道設(shè)計(jì)速度對(duì)連續(xù)入出口最小間距的影響程度不同，集散車道設(shè)計(jì)速度的影響更大.

2.2 雙車道集散車道型式

雙車道集散車道連續(xù)入出口最小間距的計(jì)算方法與單車道集散車道相同，主要區(qū)別在于雙車道集散車道N= 3.雙車道集散車道交織區(qū)長度見表5.可見，雙車道集散車道型式下的7組交織區(qū)長度LW均小于Lmax，且交織區(qū)處于2級(jí)服務(wù)水平和3級(jí)服務(wù)水平下，滿足集散車道交織區(qū)服務(wù)水平最低等級(jí)要求.

表5 雙車道集散車道交織區(qū)長度計(jì)算結(jié)果及連續(xù)入出口最小間距推薦值Table 5 Calculation results of weaving length of two-lane collector-distributor road and recommended minimum spacing of continuous entrance and exit

對(duì)表5 中的交織區(qū)長度取整5 m，得到雙車道集散車道連續(xù)入出口最小間距推薦值.與單車道集散車道的結(jié)論相同，雙車道集散車道連續(xù)入出口最小間距與集散車道及匝道設(shè)計(jì)速度均呈正相關(guān)關(guān)系，且集散車道設(shè)計(jì)速度對(duì)連續(xù)入出口最小間距的影響更大.

由表4 和表5 可見，雙車道集散車道連續(xù)入出口最小間距的推薦值大于單車道推薦值.雙車道集散車道內(nèi)側(cè)車道上的車輛需要變換兩次車道才能從出口匝道駛出，而單車道集散車道上的車輛不變換車道就能從出口匝道駛出，因此，車輛完成交織需要的長度更大.

3 基于VisSim 和SSAM軟件的連續(xù)入出口最小間距的仿真

運(yùn)用VisSim 仿真軟件和交通沖突評(píng)價(jià)模型SSAM 對(duì)連續(xù)入出口最小間距進(jìn)行仿真分析，以驗(yàn)證上文給出推薦值的合理性.

利用VisSim軟件構(gòu)建單車道和雙車道集散車道型式下的連續(xù)入出口路段仿真模型（圖3），模型建立前根據(jù)《路線規(guī)范》確定了集散車道和匝道的設(shè)計(jì)參數(shù)（表6）.為確保模型的準(zhǔn)確性和仿真結(jié)果的真實(shí)性，模型調(diào)整了車輛期望速度、車輛組成、交通量、仿真時(shí)間及駕駛行為等參數(shù).集散車道設(shè)計(jì)速度分別為80、70 及60 km/h，仿真期望速度輸入值分別為75～90、65～80 及55～70 km/h；匝道設(shè)計(jì)速度分別為50、40 及35 km/h，仿真期望速度輸入值為45～60、35～50 及30～45 km/h.研究車型為小汽車和貨車，比例為4∶1［25］.仿真交通量按匝道的設(shè)計(jì)通行能力確定，匝道設(shè)計(jì)速度為50、40 及35 km/h 時(shí)，交織區(qū)交通量分別為2 400、2 000及1 800 pcu/h.為保證車流穩(wěn)定，仿真時(shí)間設(shè)置為200～600 s，對(duì)每組間距推薦值仿真運(yùn)行10 次，將10次數(shù)據(jù)的平均值作為最終結(jié)果.根據(jù)駕駛員的實(shí)際心理特征與駕駛行為，將車道變換行為參數(shù)中的最大減速度、-1 m/s2距離、可接受的減速度、安全折減系數(shù)及協(xié)調(diào)剎車最大減速度分別調(diào)整為-4 m/s2、50 m、-2 m/s2、0.5和-4 m/s2.

圖3 單車道和雙車道集散車道連續(xù)入出口仿真模型Fig.3 (Color online)Simulation models of continuous entrance and exit of single lane and two-lane collector-distributor road

表6 集散車道及匝道設(shè)計(jì)參數(shù)Table 6 Design parameters of collector-distributor road and ramp

交通沖突技術(shù)具有周期短、可信度高及定量評(píng)價(jià)的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于交通安全評(píng)價(jià).基于Vis-Sim 的交通沖突是指行駛車輛與前車的跟車距離比期望的車頭時(shí)距小，此時(shí)可判定車輛處于交通沖突狀態(tài).交通沖突率為

其中，f為沖突率，單位為次/（pcu·km）-1；TC 為交通沖突次數(shù)；L為行駛車輛與前車的間距，采用最小間距推薦值.

本研究選取沖突率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，根據(jù)許源［26］的研究結(jié)果，采用表7的指標(biāo)確定安全等級(jí).基于VisSim仿真得到14組車輛軌跡文件，通過SSAM分析車輛軌跡文件，得到不同間距下的沖突次數(shù)，采用式（10）計(jì)算沖突率.仿真評(píng)價(jià)結(jié)果見表8.

表7 安全水平分級(jí)［26］Table 7 Safety level classification 次·pcu-1·km-1

由表8 可見，集散車道設(shè)計(jì)速度為80 km/h 和70 km/h 時(shí)，基于最小間距推薦值的仿真評(píng)價(jià)結(jié)果等級(jí)均為安全；集散車道設(shè)計(jì)速度為60 km/h、匝道設(shè)計(jì)速度為40 km/h時(shí)，間距推薦值為105 m，評(píng)價(jià)結(jié)果為較安全；集散車道設(shè)計(jì)速度為60 km/h、匝道設(shè)計(jì)速度為35 km/h 時(shí)，間距推薦值為95 m，評(píng)價(jià)結(jié)果為臨界安全.因此，設(shè)計(jì)速度越高的集散車道，連續(xù)入出口最小間距推薦值越大，其安全等級(jí)越高.以上結(jié)果表明，基于沖突率的苜蓿葉立交集散車道連續(xù)入出口最小間距推薦值均滿足安全要求，仿真結(jié)果驗(yàn)證了間距推薦值的合理性.

表8 集散車道連續(xù)入出口最小間距推薦值仿真評(píng)價(jià)結(jié)果Table 8 Simulation evaluation results of minimum spacing recommended value for continuous entrance and exit of collector-distributor road

結(jié) 語

本研究基于苜蓿葉立交集散車道連續(xù)入出口型式下的車輛運(yùn)行特性分析，建立連續(xù)入出口最小間距計(jì)算模型，將連續(xù)入出口間距轉(zhuǎn)化為交織區(qū)長度考慮.通過計(jì)算交織區(qū)車輛速度和交織強(qiáng)度等參數(shù)，得到不同集散車道和匝道設(shè)計(jì)速度組合下的交織區(qū)長度最小值，提出集散車道連續(xù)入出口最小間距推薦值，并應(yīng)用VisSim和SSAM軟件對(duì)14組最小間距推薦值進(jìn)行仿真評(píng)價(jià).研究結(jié)果表明，①苜蓿葉立交集散車道連續(xù)入出口最小間距與集散車道及匝道的設(shè)計(jì)速度有關(guān)，集散車道設(shè)計(jì)速度越大，所需的間距越大.同一集散車道速度下，匝道設(shè)計(jì)速度越大，所需的間距越大；②建議的連續(xù)入出口最小間距安全水平為安全、較安全和臨界安全，故間距推薦值合理；③本研究提出的間距推薦值對(duì)苜蓿葉立交集散車道的設(shè)計(jì)具有一定的參考意義.后續(xù)研究可通過增加實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來驗(yàn)證間距推薦值的合理性，并增加出入口匝道車道數(shù)以完善連續(xù)入出口間距的廣泛性.