城市干道接入交通組織模式設計

易 超，楊曉芳

(上海理工大學 交通工程系，上海 200093)

城市干道接入交通組織模式設計

易 超，楊曉芳

(上海理工大學 交通工程系，上海 200093)

城市干道連接點是城市道路網的重要節(jié)點之一，易形成交通瓶頸。針對國內大部分城市干道接入交通運輸效率較低、延誤較大、沖突點過多，事故頻發(fā)等問題。綜合考慮國外一般分類，結合我國實際情況提出5種城市干道接入交通的組織模式，并進行分析?；赩ISSIM仿真對5種組織模式在不同交通量下的情況進行仿真對比，提出了每種模式在不同情況下的適用性。仿真結果表明，模式1適用于流量較小，左轉交通量不大；模式2適用于道路設計條件受限并且次干道左轉率較大；模式3適用于單向左轉率較高；模式4適用于雙向左轉率較高；模式5適用于流量較大的情況。

城市交通；接入交通管理；VISSIM仿真；城市干道；適用性

城市交通會因為交通節(jié)點的設計不當，降低運輸效率、增加交通沖突點，產生交通瓶頸，甚至造成交通事故[1]。因此如何設計管理好城市干道接入交通，對于整個城市網絡的安全性和效率有重要的意義。

John Lu，Kristine Williams[2-3]等人以交通事故數(shù)據(jù)調查為基礎，對比分析城市主要交通性道路直接左轉與采用右轉+調頭兩種設計的特點；Jillyn K，O’shea Randy B，Machemehl Tomas W，Rioux[4]等人通過仿真分析的方法，提出左轉交通組織策略和方法。Sunanda Dissanayake和John Lu[5]根據(jù)道路實測交通數(shù)據(jù)將有定向開口的中央分隔帶和無分隔帶對比研究。宋光華[6]、安琨[7]研究了出入口接入交通不同組織模式下對道路通行能力、延誤、平順性上都有較好的研究與結論。

目前研究主要集中在出入口接入交通，在我國由于道路環(huán)境與國外差異較大。因此本文結合文獻[1]與國內道路實際情況，提出符合國內道路條件的城市干道接入交通模式[8]，并基于仿真模型與交通流組織、沖突點分析，為國內接入交通設計提供了理論依據(jù)與實現(xiàn)途徑。

1 接入交通組織模式

以交通設計理論和接入交通管理理論為基礎，依據(jù)接入交通設計方法，文獻[1]針對國內外道路和交通流特征[9-11]，進一步歸納、提煉，形成如圖1所示的5種主要接入模式。目的是通過對道路類型和等級劃分，對接入交通組織模式特征的分析，形成接入交通設計概念體系，為深入研究奠定理論框架基礎。

圖1 城市干道接入交通組織圖

模式1優(yōu)先控制接入交通(讓行控制交叉口)。

此類型接入交通組織方式機動靈活，但由于無其他轉向控制導致各方向均可左轉，造成沖突點較多，交通流運行往往比較混亂，以至于造成交通阻塞。所以適用于交通量較小，左轉率較低，道路設計條件有局限的情況。

(1)沖突特征。機動車交通流沖突點分析如圖1所示，24個沖突點，8個分流點，8個合流點。兩股以上交通流直接交叉沖突形成的沖突點有24個，尤其是非掉頭沖突的8個沖突點相互影響很大，在交通流量較大條件下，容易形成沖突區(qū)域；

(2)交通運行特征分析。交通流的運行有3個主要特征：一是主干路交通優(yōu)先通行；二是道路設施具有較好的可達性，但對主要道路車流的通過性影響較大；三是主要道路左轉流量較大會占用直行道路資源。

模式2禁止左轉接入交通(封閉式中央隔離帶)。

用分隔帶把接入的次干道之間的路口全部封死，所有車輛均不能左轉，有效降低事故率。但這種方式并不合理，次干道流量會轉移到主干道以及下一個路口造成更大的影響。因此模式2適用于次干道流量過大，嚴重影響主干道車輛運行，并且道路設計條件受局限時。

(1) 沖突特征。在該模式中，共2個分流點，2個合流點，左轉交通與直行交通的合流點沖突程度得以降低；

(2)交通運行特征分析。主干道車流只能直行和右轉，次干道只能右轉，這種交通運行組織模式只能暫時緩解沖突問題。一旦左轉的交通流需求較大，長時間會造成路網壓力過大，其他節(jié)點沖突數(shù)將明顯增加。

模式3為左轉和U型轉彎設置的單向導向式中央分隔帶。

利用道路網滿足單向左轉流量需求，在一定程度上減少沖突，減少左轉車輛對直行交通的影響；次要流向車輛繞行距離增加，在一定程度上增加道路網的交通壓力。適用于某個單向主干道左轉交通流過大，同時減少左轉與直行的沖突點，提高交通安全性。

(1)沖突特征。該模式的沖突點分析如圖1所示，共有8個，2個直接沖突點，3個分流點，3個合流點。主要沖突集中于主要道路左轉交通與對向直行交通之間；

(2)交通運行特征分析。在主要道路利用中央分隔設置左轉蓄車區(qū)，為主要道路左轉車輛提供停車待行空間，同時，禁止接入道路左轉交通。

模式4為左轉和U型轉彎設置的雙向導向式。

最大程度地滿足了主干道的交通流，主要道路通過能力較大，次干道禁止直行，在一定程度上增加主干道路網流量和路網壓力。該模式適用于主干道兩個方向都有較大的左轉交通流需求，并且有較寬的中央分隔帶。

(1)沖突特征。該模式的沖突點如圖1(d)所示，共有14個，4個直接沖突點，6個分流點，6個合流點。主要沖突集中于主要道路左轉交通與對向直行交通之間。雖然接入道路左轉交通對該節(jié)點影響得益最大程度減少，但其實質是將該部分交通流轉移到路網的其它節(jié)點，因此，該模式是對單節(jié)點的優(yōu)化；

(2)交通流運行特征分析。為右轉和U型轉彎設置的導向式中央分隔帶開口限制流向，只可以進行特定的轉向，從物理設計上限制或阻止其他轉向。

模式5右轉掉頭代替直接左轉。

較大程度上減少了不同流向交通流之間的沖突，對改善交通安全性具有重要意義，但左轉車輛繞行距離增加，掉頭也使主要道路交織增加，增加了道路壓力。該模式適用于主干道流量較大，次干道流量較小或者交叉口有固定障礙的情況。

(1)沖突特征。共有8個沖突區(qū)域，在連接交通節(jié)點處僅有兩個直接沖突點，而且沖突程度較低，這對改善交通安全性具有重要意義；

(2)交通流運行特征分析。通過中央分隔禁止直接左轉，代之以右轉加掉頭，間接實現(xiàn)左轉，掉頭的設計可根據(jù)具體道路條件設計，既可以設置在路段，也可以利用交叉口左轉，但都要滿足車輛交織要求。

2 仿真模型構建

路口形式確定:主干道與接入道路相交的路口假定為十字型路口，國內研究T字型較多，十字型較少。故本文主要研究十字型交叉口模型仿真，以尋找規(guī)律。

2.1 道路條件

典型環(huán)境假定為：主干道雙向4車道，車道寬度為3.75 m，直左車道和直右車道，中央分隔帶寬度為5～6 m的寬中央分隔帶[12]；支路為雙向2車道，無中央分隔帶。

設計車速這一指標是作為一個主要的仿真輸入條件，在VISSIM仿真中只能用一個設定速度的范圍來界定，因為擁擠會造成速度降低。以此來衡量在不同的設計車速下，不同支路左轉方式的優(yōu)劣。具體確定主路和支路的設計車速，考慮到遠引掉頭多用于主路與支路平交的路口，城市主干道的車速是60 km/h，而支路的設計車速約為30 km/h[12]。

2.2 交通流量

吃晚飯時，我認識了吳國棟，他長得粗壯，看起來有力氣。半鍋飯和半鍋菜都是他的。他吃得飛快，也不怕燙，也不怕噎著。李大頭同他說了句話，話語中流露出讓他走的意思，他反問李大頭，怎么，沒活干了？沒活干，那大伙都得撤呀。李大頭說，很快就有活了。他說，那李老板為何要我走呢？莫非飯都供不起？李大頭露出一絲冷笑，他自然不能說供不起一個打工仔的飯菜，那樣顯得他沒實力，他找來的這些力工都得跑。李大頭說，你隨便吃，隨便喝，大活馬上下來了。在這兒干一天，夠你吃一年的。

影響左轉交通組織實施效果的流量，可以細分為以下幾個：主路直行通過的車流量，主路左轉進入支路的車流量，支路左轉(直接或者間接)進入主路的車流量，支路右轉而并不在下游掉頭的車流量。共建立了3種車輛類型，分別為小汽車、公交車和卡車。機動車道的交通組成均設置為85%的小汽車，15%的大型車。對于各個流量做如下分析和假設[13]：

(1)主路直行通過的車流量。具體范圍的限定由相關研究成果確定其下界，由道路通行能力界定其上界；為了研究在流量較大造成堵車的極端情況下每種模式的車流運行的情況，故將3 000 veh/h定為其上界。因此在該范圍內選取3個水平值，單向小時流量依次為1 000 veh/h，2 000 veh/h，3 000 veh/h；

(2)支路駛出的車流量。由于路口為十字型路口。支路駛出的車輛分為3部分：一為需要左轉的車輛，通過直接左轉或者遠引掉頭實現(xiàn)左轉；一部分是直行的車輛，另一部分為僅是右轉匯入主路而無需掉頭的車輛。由于支路右轉后直行的車輛對主路的運行效率也有一定的影響，為簡化仿真試驗，不妨假設需要左轉和僅右轉的車流量相同，根據(jù)雙向2車道的支路一般交通量狀況，在4個水平下進行仿真試驗：100 veh /h，300 veh /h，500 veh /h；

(3)主路左轉進入支路的車流量。如上文所述，主路左轉進入支路的車輛，允許其直接左轉；雖然在非信控路口為主路優(yōu)先的行駛規(guī)則，然而左轉車輛的存在，依然會給主路直行車輛增加額外的延誤。但考慮這一因素并沒有直接影響遠引掉頭車輛，對主路直行車輛的影響也較小，因此不作為主要因素重點考慮，其流量比例設定為0.1。

上述的車速和交通量條件，構成了基本的交通條件；通過仿真試驗可以分析主路和支路在各種交通條件下，對交叉口延誤以及主次干道速度的影響。

2.3 仿真實驗及數(shù)據(jù)處理

2.3.1 仿真參數(shù)

(2)仿真次數(shù)。由于仿真的隨機性，需要在同樣的外部道路、交通條件下，進行多次平行的仿真試驗，試驗結果的均值才能代表在本次外部條件下的仿真結果。按照一般的仿真實例，平行進行5次仿真試驗。

2.3.2 仿真評價指標

選擇延誤和速度被選作最終的評價指標[14-15]。由于不僅要考慮支路轉向車輛的運行效率，主路的運行效率也必須考慮，遠引掉頭、直接左轉和信號控制左轉對主路直行車流影響效果不同，所以主路直行車輛的車速和延誤也是重要的指標。車輛掉頭后插入對向車流，與對向直行車流交織運行，形成一定的影響，所以對向車流的速度和延誤也被納入評價體系。

3 仿真結果分析與組織適用性評價

根據(jù)仿真結果，可得到5種接入模式在次干道流量為100 pcu/h、300 pcu/h、500 pcu/h的情況下，隨著主干道流量的變化，平均速度與延誤的變化情況，如圖2所示。

模式1是主次讓行控制，當主干道交通量不大時，次干道會等待主干道的穿越空隙穿越。當主干道交通量接近飽和時，主干道交通量過大，導致穿越間隙很小，次干道開始排隊，通過的車輛較少，對主干道干擾較小。當主干道流量再次增加達到過飽和狀態(tài)的時候，主干道也因為交通量大于通行能力而速度減小，從而平均速度減小。

而模式2和模式4平均速度隨著主干道流量的增大而減少，模式3與模式5的速度減小程度相似。主干道流量在1 000～1 500 pcu/h時，模式4>模式2>模式5>模式3>模式1。流量在1 500～2 000 pcu/h時，模式4>模式2>模式1>模式5>模式3。2 000～3 000 pcu/h過飽和狀態(tài)下模式4>模式2>模式1>模式5>模式3。

圖2 主干道速度延誤變化分析

從評價指標延誤的角度看，由于模式1是主次讓行控制，所以次干道延誤較高，導致平均延誤較高，而當主干道流量飽和時，次干道車輛無法穿越主干道，從而停車排隊，因此次干道車輛均未運行，延誤至無窮大至無延誤。故從延誤作為指標評價，模式4>模式5>模式2>模式3>模式1。

同時由數(shù)據(jù)擬合可得到每種模式不同條件下速度和延誤情況變化的三維表面圖，以模式4為例，如圖3所示。根據(jù)笛卡爾坐標系可知，主干道流量為x軸，次干道為y軸，延誤和速度為z軸。

圖3 模式4速度與延誤隨流量變化三維圖

由上文可得，根據(jù)交通組織評價和沖突點的分析，5種組織方式的優(yōu)劣程度比較為：模式2>模式5>模式3>模式4>模式1。而根據(jù)VISSIM仿真得到的結果來看，由延誤和平均速度作為評價指標，5種組織方式的優(yōu)劣程度比較為：模:4>模式5>模式2>模式3>模式1。但根據(jù)實際情況來看，模式2并不不能解決各個方向路口左轉的問題，不能適用于大多數(shù)情況。因此，一般情況下，5種組織方式的優(yōu)劣程度比較為：模式4>模式5>模式3>模式2>模式1。

當出入口流量比較小時，可以直接采用模式1，即可達到比較理想的改善效果。隨出入口流量提高，當某一方向的左轉交通量需求過大時，采用模式3亦可達到理想改善效果。當出入口流量很大時，模式4和5均有較好的效果，一般情況下模式4比模式5稍好，延誤更小。

在實際工程應用中，應根據(jù)實際交通流與環(huán)境情況采用合適的接入交通組織模式。

4 結束語

本文通過對接入交通適用性評價方法的研究，形成以下結論：(1)總結5種接入交通的組織模式。本文從接入交通的基本組織模式分類方法著手，結合我國接入交通組織模式基本狀況，總結出5種基本模式；(2)提出一套接入交通適用性評價方法。本文依托交通流理論，交通量、平均車速、車均延誤、以沖突點數(shù)作為安全程度的標準，用VISSIM進行仿真，提出一種接入交通適用性評價方法。并分析得出各個模式的適用條件。今后需要進一步研究的問題：本文研究發(fā)現(xiàn)交通安全的分析用沖突點評價不全面，沖突點是靜態(tài)的，當交通流量不同時接入交通安全性是不同的。因此，安全性評價是下一步研究的重點。

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Design of Traffic Organization Mode for Urban Arterial Road Access

YI Chao,YANG Xiaofang

(Department of Transportation Systems Engineering, University of Shanghai for Science and Technology,Shanghai 200093, China)

City Road junction is always the important node of urban road network, which is easy to become a traffic bottleneckone. Aiming at the low efficiency of arterial street access transportation, large delay, overmuch conflict points and frequent accidents, according to the general foreign classification and the actual domestic situation in most of the cities, this paper puts forward five organization modes of urban road access traffic and analyzes the traffic flow organization. The applicability of each model in different cases is also put forward based on the stimulation comparisons to the five different organization modes by VISSIM simulation under different traffic conditions. Simulation results show that the first model is applicative when the flow is small and the flow of left turning vehicles is relatively not large; the second model is available when road design condition is limited and the rate of secondary roads’ left turning is larger; the third model is applicable to the condition of high rate of one-way left turning; the fourth model is suitable for the traffic condition of high rate of two-way left turning; the fifth mode is suitable for the heavy traffic.

urban traffic; access management; VISSIM simulation; urban arterial road; applicability

2016- 05- 17

國家自然科學基金資助項目(51008196；51308409)；上海市浦江人才計劃基金資助項目(15PJC075 )

易超(1992-)，男，碩士研究生。研究方向：交通運輸工程。楊曉芳(1975-)，女，副教授，碩士生導師。研究方向：交通規(guī)劃與設計等。

10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2017.03.030

TP391.9；U491.1

A

1007-7820(2017)03-106-05