運(yùn)用可變形環(huán)島提高交叉口通行能力的方法

鄒繼南

摘要：車(chē)輛按同一方向繞中心環(huán)島自行行駛的交叉口是一種不需要信號(hào)燈控制的平面環(huán)形交叉口形式，其優(yōu)勢(shì)為車(chē)輛安全性高、連續(xù)行駛、所需管理設(shè)施少，且環(huán)島中心多為綠化景觀，有助于美化城市環(huán)境。為此，本文主要對(duì)對(duì)稱(chēng)的圓形環(huán)形交叉口進(jìn)行分析，以期探索出可可適應(yīng)各進(jìn)口道流量變化，又能保障環(huán)形交叉口連續(xù)行車(chē)的方法，并從仿真和理論兩方面論證改進(jìn)方案。

關(guān)鍵詞：可變形環(huán)島；交叉路口；通行能力；提高方法

中圖分類(lèi)號(hào)：U491.23 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-3024（2016）22-0157-01

1環(huán)形交叉口通行能力理論計(jì)算分析

主要有兩種環(huán)形交叉口通行能力理論計(jì)算方法：1）根據(jù)穿插及合流的間隙接受理論建立模型，以進(jìn)口道能進(jìn)入環(huán)形交叉口的最大流量反映環(huán)形交叉口的通行能力；2）交織理論模型，以交織段能通過(guò)的最大交織流量反映環(huán)形交叉口的通行能力。下面運(yùn)用上述兩種方法探討不同環(huán)島半徑（即不同環(huán)行車(chē)道數(shù)）下的通行能力。

1.1間隙-接受理論模型

間隙

接受理論反映的是環(huán)道內(nèi)車(chē)輛車(chē)頭時(shí)距及其分布規(guī)律對(duì)進(jìn)口道最大流量的影響。當(dāng)環(huán)道內(nèi)車(chē)輛車(chē)頭時(shí)距大于某一臨界間隙tc/s時(shí)車(chē)輛才能進(jìn)入環(huán)道，否則必須等待直到大于tc的間隙出現(xiàn)。進(jìn)一步分析得出，潮汐主交通流方向進(jìn)口道和交織段的通行能力是制約環(huán)行交叉口通行能力增長(zhǎng)的主要原因。早晚高峰時(shí)段，主交通流進(jìn)口道方向流量較大而其他進(jìn)口道流量較小，主方向多為q小Ce大的情況，此時(shí)若提高交織段通行能力可使環(huán)形交叉口整體通行能力有更大提升空間。分析3車(chē)道環(huán)形交叉口可得到相同的結(jié)論。比較2車(chē)道和3車(chē)道環(huán)形交叉口交織段流量0可以明顯看出，隨著環(huán)道車(chē)道數(shù)從2條增至3條，環(huán)形交叉口通行能力增加，這進(jìn)一步證明增加車(chē)道數(shù)可提高環(huán)形交叉口通行能力。

1.2交織理論模型

對(duì)于常規(guī)環(huán)形交叉口，若交織段相對(duì)較長(zhǎng)，駕駛?cè)丝沙浞掷眠@段環(huán)道以交織方式完成車(chē)道變換，進(jìn)入或轉(zhuǎn)出交叉口。因此，交織段上的通行能力決定了環(huán)形交叉口的通行能力。假設(shè)環(huán)形交叉口總面積不變，每條車(chē)道寬度均為5m，以南京市中山北路一熱河路環(huán)形交叉口規(guī)模（3車(chē)道，環(huán)島半徑為30m）為參照，探討環(huán)島半徑以一個(gè)車(chē)道寬度遞減或遞增若干種情況下的通行能力。將環(huán)形交叉口的交織比P的實(shí)際觀測(cè)值以及通過(guò)幾何關(guān)系得出的不同環(huán)島半徑下的w，e，L作為已知條件進(jìn)行試算，取環(huán)島半徑為15-35m范圍內(nèi)的5種情況進(jìn)行討論。（Qm為交織段上的最大通行能力/（pcu·h^-1）；w為交織段寬度/m；e為進(jìn)口道寬度/m；P為交織段內(nèi)進(jìn)行交織的車(chē)輛與進(jìn)入交織段全部車(chē)輛的比值（交織比）；L為交織段長(zhǎng)度/m。）

當(dāng)環(huán)島半徑為15m時(shí)設(shè)置專(zhuān)用右轉(zhuǎn)車(chē)道，其上車(chē)輛不參與環(huán)道的交織，P取公式適用的最小值0.4；當(dāng)環(huán)島半徑為35m時(shí)，不設(shè)專(zhuān)用右轉(zhuǎn)車(chē)道，P取1.0，其余的P值由內(nèi)差法獲得。在面積一定的環(huán)形交叉口內(nèi)，其通行能力隨著環(huán)島半徑的增大而增大，到達(dá)某一值后，通行能力開(kāi)始降低，環(huán)島半徑為30m的3車(chē)道環(huán)形交叉口在半徑為20～25m時(shí)的理論通行能力最大。

2設(shè)計(jì)方案的改進(jìn)分析

早晚高峰時(shí)段，針對(duì)潮汐交通明顯的道路節(jié)點(diǎn)，為適應(yīng)主交通流方向流量的急劇增加，將環(huán)島向主交通流進(jìn)口道左側(cè)偏心移動(dòng)一條車(chē)道寬度，以提高整個(gè)環(huán)形交叉口的通行能力；平峰時(shí)段恢復(fù)原狀；

針對(duì)不同時(shí)段變化環(huán)島半徑，高峰時(shí)將半徑變小，平峰時(shí)恢復(fù)原有半徑，以適應(yīng)流量的變化。

為了更加直觀和量化兩種方案對(duì)通行能力的影響，采用交通仿真技術(shù)，對(duì)不同車(chē)道數(shù)的環(huán)形交叉口進(jìn)行交通流模擬，分析其交通適應(yīng)性。

3變化環(huán)島半徑的仿真驗(yàn)證

3.1仿真過(guò)程

建立基本假設(shè)中4種環(huán)形交叉口的仿真模型，通過(guò)在交織段設(shè)置仿真檢測(cè)器，并結(jié)合仿真輸出的評(píng)價(jià)文件，比較仿真和實(shí)測(cè)的交織段運(yùn)行狀況、交織車(chē)流比例、平均速度以及變道位置等交通流特性。通過(guò)反復(fù)地仿真試驗(yàn)對(duì)路徑設(shè)置、讓行規(guī)則、駕駛行為等參數(shù)進(jìn)行修正，最終認(rèn)為仿真模型與實(shí)際交通特性吻合，仿真誤差在允許范圍之內(nèi)。

對(duì)4個(gè)環(huán)形交叉口采用同樣的參數(shù)設(shè)置，分別進(jìn)行獨(dú)立仿真，逐次增加各進(jìn)口道流量，直至車(chē)輛無(wú)法進(jìn)入環(huán)形交叉口。每次仿真選取200-1100s的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，考慮到隨機(jī)數(shù)種子不同對(duì)仿真的結(jié)果影響較大，選取了多個(gè)隨機(jī)數(shù)種子，保證了仿真結(jié)果的穩(wěn)定性。

3.2結(jié)果分析

經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析對(duì)車(chē)輛在不同半徑、不同流量下的延誤及平均車(chē)速隨流量的變化趨勢(shì)曲線(xiàn)進(jìn)行繪制。其中，延誤指仿真過(guò)程中測(cè)得的車(chē)輛通過(guò)環(huán)形交叉口的平均延誤；平均速度指仿真過(guò)程中車(chē)輛在環(huán)道內(nèi)的平均行駛速度。平均延誤在車(chē)流量達(dá)到某一極限后隨車(chē)流量增加而急劇增大，其拐點(diǎn)約在4500pcu·h²附近，2車(chē)道環(huán)形交叉口的通行能力遠(yuǎn)不如其他環(huán)形交叉口。假設(shè)條件下的環(huán)形交叉口，若平峰時(shí)段流量為2000pcu·h²，高峰時(shí)段為4000pcu·h^-1，可采用平峰3車(chē)道、高峰4車(chē)道的改進(jìn)方案，在最內(nèi)側(cè)車(chē)道采用物理隔離或視覺(jué)誘導(dǎo)手段，并輔助車(chē)道動(dòng)態(tài)指示，實(shí)現(xiàn)車(chē)道變化。此方法可保證兩種交通狀態(tài)下車(chē)流運(yùn)行暢通，且有較好的適應(yīng)性。

4結(jié)語(yǔ)

總之，本文對(duì)影響環(huán)形交叉口通行能力的研究是基于理論和仿真兩個(gè)層面進(jìn)行的，分別分析了環(huán)島位置移動(dòng)和半徑大小對(duì)其能力的影響，并探討利用環(huán)島對(duì)交通流進(jìn)行控制和引導(dǎo)的兩種改進(jìn)方法，并在理論和仿真的基礎(chǔ)上驗(yàn)證了其可行性。方案經(jīng)反復(fù)校驗(yàn)，證明該改進(jìn)方法對(duì)提高通行能力、改善環(huán)形交叉口交通秩序、適應(yīng)交通流時(shí)空變化特點(diǎn)等方面有明顯優(yōu)勢(shì)。