馬 健，湯家鎮(zhèn)，張麗巖，張 敏，文 媛

（蘇州科技大學(xué) 土木工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215011）

0 引言

國家城市化發(fā)展迅速，涌現(xiàn)出一批新一線城市。鑒于目前國內(nèi)新一線城市中產(chǎn)業(yè)集群現(xiàn)象以及由于核心產(chǎn)業(yè)集群所導(dǎo)致的區(qū)域房價居高不下現(xiàn)象，核心產(chǎn)業(yè)區(qū)的住職比日漸下降。大多務(wù)工人員處于居住在核心產(chǎn)業(yè)區(qū)外圍，而早高峰通勤前往核心產(chǎn)業(yè)區(qū)工作的狀態(tài)，此通勤車流也就導(dǎo)致了城市交通流的“潮汐現(xiàn)象”。新一線城市通勤交通流引發(fā)的潮汐現(xiàn)象已屬普遍現(xiàn)象，道路資源的不匹配現(xiàn)狀突出，道路擁堵問題嚴(yán)重。根據(jù)需求重新配置道路資源，為重交通流方向的道路提供額外的通行能力，從而達(dá)到道路資源的最優(yōu)化配置，緩解重交通流方向的交通擁堵現(xiàn)象。

目前，國內(nèi)外專家針對局部交通網(wǎng)路和交叉口潮汐車道的設(shè)置以及優(yōu)化方法進(jìn)行了廣泛而深入的研究。陳婷婷、賈順平為緩解早、晚高峰時期交通不平衡現(xiàn)象造成的交通擁堵和道路資源浪費，從網(wǎng)絡(luò)的角度出發(fā)，構(gòu)建雙層規(guī)劃模型來緩解路段交通流不平衡；文建斌等人從交通誘導(dǎo)角度出發(fā)，將交通誘導(dǎo)和實施潮汐車道控制相結(jié)合，避免設(shè)置潮汐車道導(dǎo)致的空間資源錯位帶來的負(fù)面影響。魏慶琦、肖偉等人從不同時間段出行需求動態(tài)調(diào)整角度出發(fā)，基于累積前景理論和退化路網(wǎng)來優(yōu)化潮汐車道。Kotagi等在城市中未劃分車道的交通網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置可變車道，并利用微觀仿真模型來評估可變車道的實施效果;為了評估設(shè)置左轉(zhuǎn)可變車道對交叉口運行性能的影響，Wu等設(shè)計了分析通行能力模型和延誤模型，提出了感應(yīng)式信號控制策略來提高實施左轉(zhuǎn)可變車道的信號交叉口的運行能力。

目前國內(nèi)外研究多局限在現(xiàn)狀交通網(wǎng)絡(luò)的研究，缺乏遠(yuǎn)景年交通網(wǎng)絡(luò)潮汐車道效用的研究。在既有研究的基礎(chǔ)上，搭建基于TransCAD的宏觀需求預(yù)測模型和基于VISSIM的微觀仿真模型，通過兩種模型的結(jié)合，從而實現(xiàn)對目前新一線城市由于潮汐現(xiàn)象而引發(fā)的各種交通問題的更優(yōu)化的解決。

1 潮汐車道設(shè)置的必要性、可行性、可持續(xù)性三維分析

1.1 潮汐車道設(shè)置的必要性

東太湖大道作為吳江區(qū)主干道，承載著吳江東西方向大量前往園區(qū)的通勤需求，建設(shè)為雙向6車道，部分交叉口展寬為雙向9車道，可謂是一條豪華道路。但是，由于潮汐現(xiàn)象的影響，導(dǎo)致東太湖大道道路資源分配不合理，運東大道和龐金路交叉口經(jīng)常溢出，成為了亟待解決的群眾出行難題。

對蘇州東太湖大道—龐金路口進(jìn)行現(xiàn)狀航拍。

圖1 蘇州東太湖大道—龐金路口區(qū)位圖

圖2 蘇州東太湖大道—龐金路口早高峰航拍圖

從現(xiàn)場航拍情況可以明顯看出，由于蘇州吳江區(qū)的大量通勤車輛早高峰需前往蘇州工業(yè)園區(qū)，從而導(dǎo)致東太湖大道—龐金路西進(jìn)口出現(xiàn)明顯的排隊過長以及延誤問題。而與之相對的晚高峰，由于大量通勤車輛需要從園區(qū)駛出，從而導(dǎo)致東進(jìn)口也會出現(xiàn)相應(yīng)的交通問題，這也就是典型的新一線城市產(chǎn)業(yè)集群地帶出現(xiàn)的潮汐現(xiàn)象。

對東太湖大道路段進(jìn)行數(shù)據(jù)的清洗、篩選，再使用方向不均勻系數(shù)K進(jìn)行量化，其計算公式如下：

式（1）中：K為Q的方向不均勻系數(shù)；Q為道路某一方向橫斷main車流量；Q為道路另一方向段main車流量。

早晚高峰時段該路段的潮汐特性分析如表1所示，蘇州吳江區(qū)前往園區(qū)的通勤車流在東太湖大道路段具有明顯的潮汐性，重交通方向的通勤車流與重方向道路所能提供的通行能力不匹配，出現(xiàn)重交通方向道路通行能力無法滿足早高峰的通勤車流需求，而輕交通方向道路通行能力明顯浪費的現(xiàn)象。

表1 早高峰（7:30～9:00）東太湖大道路段潮汐特性分析

1.2 潮汐車道設(shè)置的可行性

1.2.1 車道條件。東太湖大道—龐金路西進(jìn)口原為左轉(zhuǎn)1車道、直行2車道和右車1車道，機(jī)非分離，滿足潮汐車道設(shè)置要求中的車道數(shù)要求?，F(xiàn)狀道路橫斷面如圖3所示，潮汐車道交通組織方案設(shè)計的道路橫斷面如圖4所示。

圖3 原有車道布置情況

圖4 重新劃分車道后布置情況

1.2.2 流向條件。根據(jù)表1，重交通流的方向不均勻系數(shù)大于三分之二，滿足流向條件。

1.2.3 通行能力條件。根據(jù)潮汐車道交通組織設(shè)計方案所設(shè)計的道路橫斷面圖以及表1中早高峰輕交通方向的交通量數(shù)據(jù)所示，重交通流方向使用潮汐車道的同時輕交通方向交通流也滿足。

1.2.4 道路條件。道路上不存在不可移動的隔離設(shè)施且對向車道之間無中央分隔帶或路面電車軌道等，可進(jìn)行潮汐車道的設(shè)置。

1.3 潮汐車道設(shè)置的可持續(xù)性

在傳統(tǒng)的必要性和可行性研究的前提上，本項目增加了潮汐車道可持續(xù)性發(fā)展研究?；赥ransCAD宏觀仿真軟件構(gòu)建該路段的交通需求預(yù)測模型，來進(jìn)行墅浦路遠(yuǎn)景年道路潮汐特性分析。

在假定目標(biāo)路段交通不均勻系數(shù)和交通量分配系數(shù)不變的情況下，根據(jù)基準(zhǔn)年份的全方式居民出行矩陣和目標(biāo)年份的出行產(chǎn)生和吸引量，采用增長系數(shù)法預(yù)測目標(biāo)年份和居民出行分布矩陣，運用TransCAD軟件得到遠(yuǎn)景年出行的期望圖。根據(jù)各交通小區(qū)的生成量量化目標(biāo)路段上遠(yuǎn)景年重交通量，其計算公式如下：

式（2）中：T為路網(wǎng)中某路段的遠(yuǎn)景年交通量預(yù)測值；（∑OD+OD+OD+…）為路網(wǎng)中各交通小區(qū)遠(yuǎn)景年累計交通量預(yù)測值；β為現(xiàn)狀路段交通量分配系數(shù)（現(xiàn)狀路段早高峰路段交通量/周邊交通小區(qū)總交通生成量）；γ為現(xiàn)狀路段重交通方向不均勻系數(shù)。

表2 吳江區(qū)2021～2027年吳江東太湖大道路段交通流量預(yù)測匯總

在保證東太湖大道能提供輕交通方向交通流所需要的通行能力的基礎(chǔ)上，考量東太湖大道重交通方向所能承受的最大通行車流。通過觀察東太湖大道遠(yuǎn)景年交通流量期望圖，2025～2026年東太湖大道所設(shè)置的潮汐車道也將無法滿足高峰時段的通勤車流，此時潮汐車道的可持續(xù)性被破壞。

2 基于馬路機(jī)器人的潮汐車道設(shè)計方案

2.1 馬路機(jī)器人介紹

標(biāo)準(zhǔn)款馬路機(jī)器人外形尺寸：38*40*98。

圖5 馬路機(jī)器人外形圖

圖6 產(chǎn)品組合圖

在原先道路條件下，基于馬路機(jī)器人的潮汐車道無需增設(shè)中央分隔欄來保障道路安全，且馬路機(jī)器人自帶太陽能板，節(jié)能環(huán)保。

2.2 機(jī)器人安全保障

機(jī)器人通過運行過程中的聲光警告、機(jī)器人及護(hù)欄本身反光膜警示、端頭機(jī)器人的爆閃警示及標(biāo)牌指引、受撞擊后的自動全線停止以及機(jī)器人與護(hù)欄的柔性高強(qiáng)度聯(lián)接（每條線為一整體，保證不會二次傷害）。

2.3 馬路機(jī)器人的應(yīng)用

相對于傳統(tǒng)的劃線、手動拉鏈移動隔離墩等方式，馬路機(jī)器人可通過實時的數(shù)據(jù)接受進(jìn)行智能化的自動車道規(guī)劃，更為靈活、安全以及智能化。

圖7 東太湖大道機(jī)器人工作狀態(tài)

圖8 東太湖大道標(biāo)線改造

圖9 潮汐車道標(biāo)線詳圖

圖10 基于馬路機(jī)器人的潮汐車道現(xiàn)場運行圖

3 基于VISSIM的量化分析

3.1 量化分析指標(biāo)設(shè)定

服務(wù)水平—對于城市道路來說，衡量交通服務(wù)水平的最主要指標(biāo)為路段的飽和度（v/c即是:路段實際交通量/設(shè)計通行能力）。

平均排隊長度—一個交叉口信號周期下，某一交通方向等待通行的車輛的平均長度。

通行延誤時間—5分鐘粒度下，某一通道車輛實際行程時間與自由流行程時間之差的均值。

3.2 搭建墅浦路周邊路網(wǎng)微觀模型，觀察路網(wǎng)關(guān)鍵節(jié)點的參數(shù)變化

利用PTV-VISSIM搭建主要路口、重要節(jié)點、交叉口、主次干道連接線的中微觀模型，將實時仿真平臺生成的路段和交叉口交通狀況參數(shù)反饋至指揮系統(tǒng)，并作為參考指標(biāo)，深度解析潮汐車道設(shè)置前后的道路交通狀況的差異化。

3.3 搭建可視化展示平臺，直觀呈現(xiàn)仿真結(jié)果

建立關(guān)鍵路段周邊路網(wǎng)的微觀仿真模型，將其與精度達(dá)5cm的三維航拍地圖相關(guān)聯(lián)，建立墅浦路周邊路網(wǎng)的交通仿真可視化展示平臺。平臺能靈活切換仿真路網(wǎng)現(xiàn)狀以及潮汐車道設(shè)置方案的預(yù)演，以仿真模型的動態(tài)演示與可視化圖表直觀清晰地呈現(xiàn)交通仿真結(jié)果與結(jié)論，實現(xiàn)對路網(wǎng)中關(guān)鍵路段的服務(wù)水平、排隊長度、通行延誤時間等時變化參數(shù)的動態(tài)觀察與分析。

3.4 仿真驗證

圖11 仿真結(jié)果效果比較圖

仿真數(shù)據(jù)如表3所示，東太湖大道在設(shè)置潮汐車道后，早晚高峰的通行能力得到一定程度上的提高，延誤水平也得到有效緩解。與此同時，平均排隊長度大幅度下降，新方案優(yōu)化后的墅浦路在現(xiàn)有信號配時方案管控下，可以基本釋放掉早晚高峰路段內(nèi)的排隊車輛。雖然輕交通方向的通行能力下降，延誤時間以及平均排隊長度都會有所增長，但是仍滿足基本通行需求，使得墅浦路在早高峰時間段的道路資源分配更加的合理，也為道路使用者爭取到了最大的利益。

表3 仿真分析結(jié)果統(tǒng)計表

4 結(jié)束語

實施潮汐車道控制是解決道路交通潮汐現(xiàn)象的有效方法，并從必要性、可行性、可持續(xù)性三個維度對潮汐車道的設(shè)置進(jìn)行論證研究，增強(qiáng)其理論支撐。

仿真數(shù)據(jù)顯著的展示了馬路機(jī)器人與潮汐車道的高效結(jié)合，使得車道更加的智能化，成效也更加的顯著。因此在解決現(xiàn)今新一線城市面臨的道路潮汐擁堵問題，基于馬路機(jī)器人的潮汐車道相比其他方式更加智能化，并且其經(jīng)濟(jì)性更高。另外，數(shù)字化交通是“十四五”規(guī)劃重點，進(jìn)一步將車道與數(shù)字化科技的結(jié)合，需要政府加快構(gòu)建數(shù)字化交通控制系統(tǒng)做到實時道路數(shù)據(jù)的分析與反饋。