混合流優(yōu)先控制T 型交叉口通行能力研究

陳吉發(fā)，李文權(quán)

（1.深圳市綜合交通設(shè)計(jì)研究院，廣東 深圳 518003；2.東南大學(xué)，江蘇 南京 210096）

道路通行能力是指在特定的道路條件、交通條件和人為的度量標(biāo)準(zhǔn)下，單位時(shí)間內(nèi)能夠通過(guò)的最大交通量。在城市道路網(wǎng)規(guī)劃與評(píng)價(jià)、交叉口規(guī)劃與設(shè)計(jì)以及道路工程研究等多項(xiàng)工作中，道路通行能力都是最基本的定量依據(jù)指標(biāo)。具體來(lái)說(shuō)，城市道路是由路段和交叉口組成，相對(duì)于路段而言，道路交叉口由于不同交通流的轉(zhuǎn)向而引發(fā)相互間的沖突、交匯、分流等運(yùn)行行為，交通特性較為復(fù)雜，尤其是在我國(guó)城市中占較大比例的無(wú)信號(hào)控制交叉口，由于缺乏嚴(yán)格的管理控制方式，往往成為城市道路網(wǎng)中通行能力的“隘路”和交通事故的“多發(fā)源”，其通行能力直接影響著整個(gè)城市道路網(wǎng)的通過(guò)能力。因此，城市無(wú)信號(hào)控制交叉口（以優(yōu)先控制交叉口為主）通行能力也一直是城市道路通行能力研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。

目前，國(guó)內(nèi)外研究無(wú)信號(hào)（優(yōu)先控制）交叉口的理論通行能力模型，基本可以分為兩類：基于回歸技術(shù)的實(shí)測(cè)模型和基于概率論的可接受間隙理論模型。由于實(shí)測(cè)模型的應(yīng)用局限性較大，難于推廣。近年來(lái)，可接受間隙理論模型的發(fā)展較快，許多學(xué) 者 如TROUTBECK（1986，1991）、COWAN（1987）、常玉林、王煒等，通過(guò)改進(jìn)主路交通流車頭時(shí)距的分布函數(shù)，進(jìn)而得到了許多不同的理論模型，但這些成果都是將支路車流假設(shè)為單一車型的理想車流，與我國(guó)實(shí)際情況相差較大。李文權(quán)、王煒等，針對(duì)我國(guó)城市道路的混合交通流特性，建立無(wú)信號(hào)交叉口多車型混合車流的通行能力模型，取得較大進(jìn)展。但仍需要指出的是，在我國(guó)大多數(shù)城市優(yōu)先控制交叉口，存在著大量的行人和非機(jī)動(dòng)車流，與車流運(yùn)行沖突，對(duì)交叉口通行能力產(chǎn)生顯著影響。因此，如何評(píng)估上述影響，建立適合我國(guó)混合流條件下的無(wú)信號(hào)（優(yōu)先控制方式，且行人及非機(jī)動(dòng)車流量較大）交叉口通行能力模型是十分緊迫的問(wèn)題。

1 混合流交通特性分析

城市優(yōu)先控制T 型交叉口是由兩條道路相交而成，其中流量較大的稱為主路或干路，而流量較小的（多為斷頭路）則稱為支路或次路。該類交叉口是無(wú)信號(hào)控制與有信號(hào)控制之間的一種過(guò)渡形式，通常在支路入口處設(shè)置讓行或停車標(biāo)志，遵循主路優(yōu)先通行的原則，支路車輛必須讓主路車輛先行。

混合交通流是我國(guó)城市道路交通的重要特性，在交叉口處，除機(jī)動(dòng)車流外，還存在大量的行人與非機(jī)動(dòng)車流，各類交通流相互干擾，對(duì)通行能力影響大。根據(jù)實(shí)地勘測(cè)，在城市優(yōu)先控制T 型交叉口處，行人及非機(jī)動(dòng)車流區(qū)別于機(jī)動(dòng)車流，具有速度慢、穩(wěn)定性差、集群性以及靈活性等特點(diǎn)，其中以集群性最為突出。若以道路某一橫斷面為參考面，非機(jī)動(dòng)車個(gè)體之間存在明顯的疊加現(xiàn)象。與此同時(shí)，行人流過(guò)街行進(jìn)過(guò)程中，一般也不嚴(yán)格按照有規(guī)律的縱向隊(duì)列前進(jìn)，而是在人行橫道范圍內(nèi)“隨意”行走，因而“成群前進(jìn)”現(xiàn)象較為普遍。

參考相關(guān)文獻(xiàn)成果，在研究行人及非機(jī)動(dòng)車流的到達(dá)特性時(shí)，通常以“群”為單位進(jìn)行分析。以非機(jī)動(dòng)車流為例來(lái)定義“群”，首先定義一個(gè)空隙的概念，以道路某一斷面為參考界面，在某段時(shí)間內(nèi)該斷面沒(méi)有非機(jī)動(dòng)車通過(guò)，將這段沒(méi)有非機(jī)動(dòng)車通過(guò)的時(shí)間段稱為非機(jī)動(dòng)車流中的一個(gè)空隙，如圖1所示。

圖1 非機(jī)動(dòng)車流中空隙示意

任意兩個(gè)相鄰空隙間的非機(jī)動(dòng)車定義為一群，本文假定當(dāng)?shù)竭_(dá)交叉口處的非機(jī)動(dòng)車前后時(shí)差不超過(guò)tpb（tpb為前后到達(dá)的非機(jī)動(dòng)車群的最小空隙值）時(shí)，則該部分非機(jī)動(dòng)車被算作同一群；如果單輛非機(jī)動(dòng)車到達(dá)交叉口處的時(shí)間差大于tpb，則單輛非機(jī)動(dòng)車也算一群。tpb取值大小與到達(dá)交叉口的非機(jī)動(dòng)車流量以及交叉口的實(shí)際運(yùn)行狀況密切相關(guān)。

2 混合流優(yōu)先控制T 型交叉口通行能力研究

2.1 混合交通流運(yùn)行優(yōu)先等級(jí)劃分

依據(jù)《HCM2000》中對(duì)不同交通流運(yùn)行優(yōu)先等級(jí)的劃分規(guī)則，并結(jié)合大量的實(shí)地調(diào)研觀測(cè)，本文將該類交叉口到達(dá)的行人及非機(jī)動(dòng)車流（按照“群”為單位統(tǒng)計(jì)）看作獨(dú)立的沖突流，對(duì)交叉口混合交通流的運(yùn)行優(yōu)先等級(jí)詳細(xì)劃分，共包括“Ⅰ－Ⅴ”5級(jí)，其中Ⅰ級(jí)交通流運(yùn)行優(yōu)先等級(jí)最高，通過(guò)交叉口時(shí)具有絕對(duì)優(yōu)先權(quán)，不需讓行其他交通流；“Ⅱ－Ⅴ”級(jí)交通流等級(jí)依次降低，在通過(guò)交叉口時(shí)需讓行等級(jí)較高的交通流，具體見(jiàn)表1。

表1 交叉口內(nèi)不同交通流運(yùn)行優(yōu)先等級(jí)劃分

2.2 次級(jí)交通流通行能力模型

根據(jù)相關(guān)研究文獻(xiàn)，在穿越交叉口主路多重優(yōu)先獨(dú)立沖突流的情形下，支路次級(jí)交通流k的通行能力計(jì)算模型

結(jié)合實(shí)地調(diào)研發(fā)現(xiàn)，對(duì)應(yīng)不同的優(yōu)先沖突交通流，次級(jí)交通流選擇穿越的臨界間隙及隨車時(shí)距值發(fā)生變化。例如，對(duì)支路次級(jí)交通流而言，相較于距離較遠(yuǎn)的主路機(jī)動(dòng)車流，其選擇穿越較近的行人及非機(jī)動(dòng)車流的臨界間隙值明顯偏小。因此，為提高通行能力計(jì)算的實(shí)用性和準(zhǔn)確性，應(yīng)基于上述計(jì)算模型，進(jìn)一步細(xì)分行人及非機(jī)動(dòng)車流、機(jī)動(dòng)車流，設(shè)置相應(yīng)的臨界間隙和隨車時(shí)距值。

考慮我國(guó)城市優(yōu)先控制交叉口主路機(jī)動(dòng)車流車頭時(shí)距主要服從移位負(fù)指數(shù)和M3分布，同時(shí)將交叉口內(nèi)行人及非機(jī)動(dòng)車流看作獨(dú)立的優(yōu)先沖突流，其到達(dá)時(shí)距驗(yàn)證主要服從移位負(fù)指數(shù)分布。

1）主路優(yōu)先沖突流車頭時(shí)距均服從移位負(fù)指數(shù)分布，次級(jí)交通流通行能力算式

上述通行能力計(jì)算模型可轉(zhuǎn)化為

其中，R（t）車頭時(shí)距分布的殘存函數(shù)（survivor function）；tc，i，tf，i為臨界間隙和隨車時(shí)距，s；θ＝，tp，i為最小空隙值。

2）當(dāng)主路優(yōu)先沖突流車頭時(shí)距服從不同分布時(shí)，即機(jī)動(dòng)車流服從M3分布，而行人與非機(jī)動(dòng)車群到達(dá)空隙服從移位負(fù)指數(shù)分布，則次級(jí)交通流通行能力算式

其中，qj為主路車道j的交通流率（pcu／h）；φi是指組成過(guò)程i中自由流的概率；而γi＝qi×φi／（1－qiΔi），對(duì)應(yīng)過(guò)程i的衰減常量；其他參數(shù)意義同上。

2.3 通行能力模型驗(yàn)證

選取調(diào)研的T2×2型（橫過(guò)支路行人流400 人／h，主路直行非機(jī)動(dòng)車439輛／h）、T2×4型（橫過(guò)支路行人流126人／h，主路直行非機(jī)動(dòng)車653輛／h）交叉口的支路次級(jí)交通流通行能力對(duì)上述模型進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果如表2和表3所示。

表2 T2×2型交叉口次級(jí)交通流通行能力

表3 T2×4型交叉口次級(jí)交通流通行能力

比較結(jié)果可得，本文修正模型是較經(jīng)典的間隙接受理論模型，誤差相對(duì)較小，更切合于我國(guó)優(yōu)先控制交叉口的實(shí)際情況。

3 結(jié)束語(yǔ)

在開(kāi)展大量實(shí)地調(diào)查的基礎(chǔ)上，分析交叉口混合交通流特性，借鑒經(jīng)典的間隙接受理論模型，將主路到達(dá)的行人及非機(jī)動(dòng)車流看作是獨(dú)立的優(yōu)先沖突流，并對(duì)交叉口內(nèi)混合交通流的運(yùn)行優(yōu)先等級(jí)進(jìn)行劃分，對(duì)各級(jí)交通流間的沖突特性進(jìn)行分析，最終建立適應(yīng)我國(guó)混合流下優(yōu)先控制T 型交叉口的通行能力計(jì)算模型，最后通過(guò)算例對(duì)模型的準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證。

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