公路平交路口左轉(zhuǎn)專用道設(shè)置閾值的仿真研究＊

秦雅琴 熊 堅 李海瓊

（昆明理工大學(xué)交通工程學(xué)院 昆明 650224）

0 引 言

左轉(zhuǎn)專用道是交叉口的重要組成部分.研究表明：在交通流中，車輛的潛在碰撞隨著車輛之間速度方差的增加而增大.由于左轉(zhuǎn)車輛的影響，交叉路口通行效率下降、延誤時間增長、廢氣排放加劇［1］.因此，如果合理設(shè)置左轉(zhuǎn)彎車道能夠有效地將左轉(zhuǎn)車輛從直行車流中分離出來，則會減小客車流速度方差，并降低追尾事故的發(fā)生［2］.當(dāng)前，國外有關(guān)無信號交叉口左轉(zhuǎn)車道設(shè)置的研究主要是基于Harmelik的研究，如J.David，P.E.De－Baie和Brian Park，Nicholas J Garber等均以圖表的形式對左轉(zhuǎn)車道的設(shè)置準(zhǔn)則給予了描述［3－4］.國內(nèi)主要有王京元運用交通流理論、概率論和排隊論對無信號交叉口左轉(zhuǎn)車道的設(shè)置依據(jù)進行了研究［5］，并建立相應(yīng)的設(shè)置準(zhǔn)則模型.但在實際應(yīng)用中，難以確定具體的閾值.本文以一個典型的二級公路3路相交的交叉口為實例，采用交通仿真技術(shù)分析確定左轉(zhuǎn)專用道設(shè)置閾值的過程，為左轉(zhuǎn)專用道的閾值設(shè)置提供具體的定量化方法.

1 交通仿真分析技術(shù)及指標(biāo)

1.1 交通仿真分析技術(shù)

交通仿真是復(fù)現(xiàn)交通流時間空間變化的技術(shù)，它通過建立交通系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型來分析復(fù)雜的交通現(xiàn)象.與傳統(tǒng)的交通分析技術(shù)相比，交通仿真分析技術(shù)具有非常明顯的優(yōu)勢：仿真模型對系統(tǒng)內(nèi)各基本要素的變化規(guī)律及相互作用的描述與系統(tǒng)的實際運行過程緊密對應(yīng)，有利于形成靈活的模型機制；建模的單元是交通系統(tǒng)中最基本的交通要素，如：車輛、車道、信號燈等，因此，交通仿真對實際交通行為的描述更加靈活和準(zhǔn)確；交通仿真分析技術(shù)可以直觀地描述路網(wǎng)動態(tài)交通狀態(tài)，具有準(zhǔn)確、直觀、靈活方便的特點，是研究復(fù)雜道路交通系統(tǒng)的一種有效手段.目前，交通仿真分析技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于交通管理系統(tǒng)設(shè)計方案、道路幾何設(shè)計方案的評價分析、交通工程理論研究、道路交通安全分析、新交通技術(shù)和新設(shè)想的測試等交通工程領(lǐng)域.在仿真工具的選擇上，德國PTV公司的VISSIM微觀交通仿真軟件在實際應(yīng)用中的有效性和精確性，以及在復(fù)雜交通條件下進行交通分析中良好的操作性和實用性［6－7］.本文采用了VISSIM進行交叉口運行性能指標(biāo)分析，來確定左轉(zhuǎn)專用道的設(shè)置閾值.

1.2 分析指標(biāo)確定

左轉(zhuǎn)車道的設(shè)置與否主要分析交叉口的運行效率和安全性，而影響運行效率和安全性的主要指標(biāo)體現(xiàn)為行程時間、延誤（整個交叉口各方向的延誤、停車延誤）、交通沖突（即停車次數(shù)）、各主要車道的平均車速、服務(wù)水平等參數(shù).

行程時間是車輛通過設(shè)定路段的時間，以此可得到該設(shè)定路段的平均車速.速度是描述交通流特性的重要參數(shù)，道路設(shè)計、交通規(guī)劃、交通控制與管理、交通設(shè)計及道路質(zhì)量評價等均以速度作為最基本的資料.

延誤是反映交通流運行效率的指標(biāo).通過對停車延誤數(shù)據(jù)的測定，進而分析服務(wù)水平，可以得出車輛在交叉口的運行效率.

交通沖突是指機動車與其他用路者雙方，若各按其原來的方向和速度行駛，則一定會發(fā)生碰撞事故.但由于其中一方采取了緊急避險措施：或制動，或轉(zhuǎn)向或加速行駛等避免事故發(fā)生的事件，交通沖突的發(fā)生量要比交通事故多得多.本文中采用停車次數(shù)作為反映交通沖突的參數(shù)，通過對比停車次數(shù)，評價交叉口的安全性能.

2 公路典型平交路口左轉(zhuǎn)彎車道設(shè)置閾值的仿真研究

如前所述，針對公路上的平交路口的主路左轉(zhuǎn)彎車道設(shè)置閾值的研究，可以從行程時間及速度、延誤及服務(wù)水平和沖突等方面來確定，但這些指標(biāo)都根源于交叉口各方向交通流量的多少.將閾值的量綱定義為交通量，從交通量這個最基本的交通因素入手，采用仿真的方法來進行研究確定.下面通過實例利用VISSIM仿真分析軟件對二級公路上典型3路相交平面交叉口的左轉(zhuǎn)專用道設(shè)置閾值的確定來說明研究分析過程.圖1為該平交口網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其中南北走向為主路，東西走向為支路，為一主路優(yōu)先、支路車輛讓行的無信號丁字型平面交叉口，為雙向2車道公路，車道寬為3.5m，但主路在交叉口處進行拓寬，增加一個車道（3.5m）左轉(zhuǎn)或直左混行，方便車流分合.該平交口是二級公路上常見的典型交叉口.

圖1 交叉口網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及交通組織

2.1 仿真建模參數(shù)設(shè)置及標(biāo)定

利用VISSIM對圖1所示路網(wǎng)進行建模.將線型設(shè)計CAD圖導(dǎo)入仿真軟件VISSIM中，并在此基礎(chǔ)上建立平交口直左混行和設(shè)置左轉(zhuǎn)專用道的兩個路網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，坡度、路線長度及平曲線半徑與設(shè)計文件吻合.其它參數(shù)如交通量、運行車速等均以二級公路參數(shù)為例以反映交叉口的典型性.

影響左轉(zhuǎn)彎車道設(shè)置的因素主要包括左轉(zhuǎn)交通量Q左1、本向直行Q直1、對向直行Q直2、支路左轉(zhuǎn)Q左2、車道數(shù)等.其中關(guān)鍵的因素是左轉(zhuǎn)交通量、對向交通量、運行車速和對向車道數(shù).綜合考慮在此路段，根據(jù)二級公路的設(shè)計通行能力可以將交通量Q主＝Q左1＋Q直1，分別設(shè)置為：300～1 200veh／h區(qū)間的交通量，每次仿真的交通量間隔為100veh／h.由于在二級公路上重型車比重較大，當(dāng)重型車比重增大時，設(shè)置左轉(zhuǎn)專用道的閾值會降低，所以交通組成設(shè)置為重型車與小客車的比例為1∶1，相應(yīng)設(shè)置重型車、小客車的速度變化范圍（為30～80km／h）.主道入口處，直行、左轉(zhuǎn)車道的交通分配比例為Q左1∶Q直1＝2∶3，另外對向直行車道及支路的交通量假設(shè)為不變，考慮到二級公路的設(shè)計通行能力，分別設(shè)置為Q直2＝500veh／h及Q左2＝300veh／h的交通流，各入口重型車和小客車交通組成占比均為50%.其交通組織如圖1中箭頭所示.在交通沖突區(qū)域，采用優(yōu)先讓行規(guī)則進行設(shè)置，主路和支路左轉(zhuǎn)車的臨界間隙采用5.0s［8］，且支路讓行主路左轉(zhuǎn).

2.2 仿真數(shù)據(jù)采集

由于要考慮左轉(zhuǎn)專用車道設(shè)置前后的安全及服務(wù)水平情況，仿真實驗選取了行程時間、延誤、服務(wù)水平和沖突（停車次數(shù)）這4個參數(shù)進行分析，其中行程時間、延誤及沖突（停車次數(shù)）可從仿真實驗直接進行采集，而服務(wù)水平則通過延誤得到.

行程時間檢測區(qū)段為2個，其一是主路上左轉(zhuǎn)專用區(qū)段，其二是主路直行方向，以獲取通過該區(qū)段的平均車速.

而延誤及沖突的檢測則綜合考慮整個交叉口的數(shù)據(jù)，將整個交叉口設(shè)置為一個節(jié)點，檢測該節(jié)點內(nèi)的延誤和沖突，節(jié)點代碼為1（設(shè)置左轉(zhuǎn)專用車道的交叉口）、2（僅有直左混行車道的交叉口）.

2.3 仿真結(jié)果對比評價

2.3.1 行程時間及平均車速 對節(jié)點1和2設(shè)置行程時間的檢測區(qū)域，分別以區(qū)段1，2，3，4表示，其中區(qū)段1，2分別是有無設(shè)置左轉(zhuǎn)專用車道的左轉(zhuǎn)區(qū)段；區(qū)段3，4是相應(yīng)的主路直行區(qū)段.通過行程時間的檢測，可到各區(qū)段的平均速度.圖2為各區(qū)段在不同交通量情況下的速度對比圖.

圖2 各區(qū)段交通量－速度對比圖

從圖2可以看出，隨著交通量的增加，各狀態(tài)區(qū)段的速度總體處于下降的趨勢.其中，處于低流量狀態(tài)（＜600veh／h）時，有左轉(zhuǎn)專用道的速度低于直左混行；當(dāng)交通量處于中等流量（600～800 veh／h）時，設(shè)置左轉(zhuǎn)專用道與否的速度相當(dāng)；但當(dāng)交通流處于近飽和流量時，設(shè)置左轉(zhuǎn)專用道的速度明顯高于直左混行道.

2.3.2 延誤及服務(wù)水平 延誤的檢測包含車均停車延誤及車均延誤，都可用來體現(xiàn)交叉口的通行效率.從圖3可以看出，隨著交通量的增加，節(jié)點1，2的車均延誤及車均停車延誤均呈上升趨勢.當(dāng)交通量小于600veh／h時，二者差別不大，但當(dāng)交通量大于600veh／h時，設(shè)置了左轉(zhuǎn)專用道的交叉口車均停車延誤及車均延誤都大大小于直左混行交叉口.反映了此時，設(shè)置了左轉(zhuǎn)專用道的交叉口的通行效率較好.

結(jié)合圖3b）及表1［9］，可知直左混行交叉口在交通量大于600veh／h，服務(wù)水平從C級達到E級，而設(shè)置左轉(zhuǎn)專用道的交叉口則從B級到達D級，設(shè)置左轉(zhuǎn)專用道的服務(wù)水平由于直左混行交叉口.但也可以看出，當(dāng)交通量超過1 000veh／h時，服務(wù)水平急劇降低.說明當(dāng)交通流處于近飽和流量時，設(shè)置一個左轉(zhuǎn)專用道亦無法滿足交叉口的流量要求.

表1 交叉口服務(wù)水平劃分標(biāo)準(zhǔn)

圖3 節(jié)點1，2的交通量－延誤對比圖

2.3.3 沖突點 采用車均停車次數(shù)，即車輛的制動行為來反映交叉口的沖突情況.通過圖4看出，車均停車次數(shù)隨交通量的增加而增多，當(dāng)交通量小于600veh／h時，設(shè)置左轉(zhuǎn)專用車道與否的沖突次數(shù)相差不大.但當(dāng)交通量大于600veh／h時，設(shè)置了左轉(zhuǎn)專用道的車均沖突次數(shù)大大小于直左混行交叉口.沖突次數(shù)越多，表明交叉口存在不安全的隱患越大.同時當(dāng)交通量大于1 000veh／h時，設(shè)置左轉(zhuǎn)專用道交叉口的沖突急劇增加，反映此時應(yīng)該采取其他交通設(shè)計措施來改善該交叉口的安全狀況，如增設(shè)信號控制、拓寬出口車道等.

圖4 節(jié)點1，2的交通量－車均停車次數(shù)對比

3 結(jié)束語

利用VISSIM軟件仿真針對二級公路典型平面交叉口設(shè)置左轉(zhuǎn)專用車道的流量閾值進行了仿真研究.分別從行程時間、行駛延誤、服務(wù)水平和沖突等四個方面進行了仿真分析評價，研究表明左轉(zhuǎn)專用道的設(shè)置與進口道的交通量相關(guān)，并得出該交叉口的流量閾值為600veh／h和1 000 veh／h（該流量閾值采用車輛折算系數(shù)［10］折算后分別為900pcu／h和1 500pcu／h），當(dāng)交通量小于600veh／h時，設(shè)置左轉(zhuǎn)專用車道與直左混行的各評價參數(shù)差別不大，此時可不設(shè)置左轉(zhuǎn)專用車道；當(dāng)交通量大于1 000veh／h時，設(shè)置一個左轉(zhuǎn)專用車道也無法滿足交叉口的通行要求，此時可采用其他交通手段，如增設(shè)信號控制、拓寬各入口車道等方式來解決.結(jié)果表明，運用仿真分析技術(shù)針對左轉(zhuǎn)彎車道設(shè)置的閾值研究能夠為平面交叉口是否設(shè)置左轉(zhuǎn)專用車道，在什么情況下設(shè)置左轉(zhuǎn)專用道提供一種交通分析方法，做到具體情況具體分析，而不拘泥于某一準(zhǔn)則，更符合實際.

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