城市快速路入口匝道傳感器的控制
——以合肥市金寨路為例

盧明宇，唐志華

(安徽三聯(lián)學(xué)院交通工程學(xué)院，安徽 合肥 230601)

1 概述

1.1 快速路

快速路是有較高車速，為長(zhǎng)距離交通服務(wù)的重要道路，主要連接市區(qū)各主要地區(qū)、主要近郊區(qū)、衛(wèi)星城鎮(zhèn)、主要對(duì)外公路。城市快速路是指在城市內(nèi)修建的由主路、輔路、匝道等組成的供機(jī)動(dòng)車輛快速行駛的道路系統(tǒng)，城市快速路的主要形式有高架快速路和地面快速路兩種，兩者各有其優(yōu)缺點(diǎn)[1]。

高架快速路即高架橋，又稱跨線橋，指擱在一系列狹窄鋼筋混凝土或圬工拱上，具有高支撐的塔或支柱，跨過山谷、河流、道路或其他低處障礙物的橋梁。高架快速路的優(yōu)點(diǎn)：利用現(xiàn)有道路空間增加路網(wǎng)密度，節(jié)約土地；能強(qiáng)化快速干線的交通功能，提高通行能力和運(yùn)輸效率；建設(shè)周期短，成本低，見效快，避免和其他線路平面交叉，減少路基沉陷(某些地區(qū))[2]。高架快速路的缺點(diǎn)：高架建設(shè)在城市內(nèi)，體積大，外觀單一，影響城市美觀，污染環(huán)境(包括噪音、廢氣)。

地面快速路就是利用城市現(xiàn)有土地在地面上修建的快速路，主路有單向雙車道或多車道。快速路采用分隔帶將不同方向的車道分開，因此快速路上的車輛只能單向行駛，車道一般為兩個(gè)或兩個(gè)以上?？焖俾啡炭刂瞥鋈?，車輛必須在規(guī)定的出入口進(jìn)出，不能隨意上下，這樣做的優(yōu)點(diǎn)是通行能力強(qiáng)?？焖俾烦袚?dān)城市主交通的責(zé)任，有大量的車輛行駛通過，因此必須具備較強(qiáng)的通行能力[3]。

1.2 城市快速路形式之一——高架橋

快速路出入分為兩種類型：其一是根據(jù)出入口的位置以及功能可以分為互通式立交和路段出入口；其二就是根據(jù)出入口的組合類型分為入口入口、入口出口、出口入口以及出口出口。快速路具備高速路和城市干道的雙重特點(diǎn)，受用地面積、交通出行目的、交通密度等的影響較大，因此多采用互通式立交，具有出入口間距小的特點(diǎn)?；ネㄊ搅⒔徽嫉孛娣e小且避免了拆遷的麻煩，適用于市區(qū)內(nèi)的快速路，因此城市內(nèi)快速路出入口多數(shù)為互通式立交的形式[4]。

互通式立交入口設(shè)置在主道和匝道的分流處，為給誤行車輛提供返回的余地需要設(shè)置邊緣偏置加寬，加寬標(biāo)準(zhǔn)如表1、表2。

表1 分流點(diǎn)偏置加寬

表2 分流點(diǎn)處漸變率

1.3 國(guó)內(nèi)外快速路控制方法的研究現(xiàn)狀對(duì)比

快速路入口匝道控制起源于美國(guó)的芝加哥，起初由交通警察人工控制，后來發(fā)展出多種智能控制方法，例如匝道感應(yīng)控制法、匝道系統(tǒng)控制法等。

國(guó)外主要采用美國(guó)《道路通行能力手冊(cè)》中提出的依據(jù)通行能力和服務(wù)水平對(duì)道路運(yùn)行的狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，但是性能指標(biāo)的獲取仍要靠大量的公式計(jì)算，公式預(yù)算評(píng)估的模型都是建立在美國(guó)理想化道路狀況的前提下進(jìn)行的，因此《道路通行能力手冊(cè)》中的方法不適合我國(guó)國(guó)情[5]。

我國(guó)目前快速路正處于發(fā)展階段，近幾年掀起了快速路控制法研究的熱潮[6]，而關(guān)于交通系統(tǒng)的研究是在文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上根據(jù)道路現(xiàn)狀建立模型，但并不能完全依據(jù)實(shí)際交通狀況設(shè)計(jì)控制方法，因此在實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性、客觀性、應(yīng)用性等方面存在不足[7]。交通系統(tǒng)的研究要在現(xiàn)實(shí)交通狀況的調(diào)查基礎(chǔ)上進(jìn)行，光靠建立數(shù)學(xué)模型研究不夠科學(xué)真實(shí)，因此舊的數(shù)學(xué)模型研究終會(huì)被現(xiàn)實(shí)的科學(xué)調(diào)查所代替。

2 快速路入口匝道的常見控制方法簡(jiǎn)介

所謂入口匝道控制就是對(duì)駛?cè)肟焖俾返能囕v進(jìn)行合理的組織安排，達(dá)到最優(yōu)化的目的。車輛從入口匝道進(jìn)入快速路的過程可分為兩個(gè)階段：階段一是車輛從匝道進(jìn)入加速車道；階段二是車輛從加速車道匯入主線。階段一主要是調(diào)節(jié)進(jìn)入主干道的交通流量，通過控制進(jìn)入下游的車輛數(shù)從而控制車流量，稱為流量控制；階段二主要是控制安全匯入主線的車流量，稱為匯入控制[8]。入口匝道的控制方法有封閉匝道控制法、匝道定時(shí)限流控制法、匝道感應(yīng)交匯控制法、移動(dòng)交匯控制法、匝道系統(tǒng)控制法[9]。

1)入口匝道的設(shè)計(jì)

入口應(yīng)設(shè)置在主路右側(cè)平緩路段，縱坡度最大不應(yīng)超過2%，附近的平、縱曲線半徑應(yīng)該選用較大值。

2)入口設(shè)置形式要求

為了保證車輛快速、安全地在主路行駛，對(duì)快速路的入口形式要求全部設(shè)置在主路右側(cè)，簡(jiǎn)單、明確、集中，全線入口匝道形式盡量統(tǒng)一，互通式立交宜設(shè)置單一入口。

3)入口加速車道設(shè)計(jì)

由于輔路上車速慢而主路上車速快，為了車輛的安全和道路的暢通，車輛從輔路通過入口匝道進(jìn)入主路時(shí)車速要加快，入口匝道的長(zhǎng)度要嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合實(shí)際交通量和大小車的比例決定。

入口設(shè)置要綜合考慮交叉處的交通量、區(qū)域路網(wǎng)、交通需求、交通組織、通行能力等要求，其合理安排能使長(zhǎng)距離車輛快速、安全、高效地利用快速路通行，短距離車輛能快速實(shí)現(xiàn)集散，使快速路更好地發(fā)揮在城市道路中的重要作用，避免資源浪費(fèi)。

3 合肥市金寨路高架與南二環(huán)路交叉口調(diào)查分析及控制設(shè)計(jì)

3.1 金寨路高架與南二環(huán)路交叉口匝道設(shè)置

圖1為金寨路高架與南二環(huán)路交叉口匝道設(shè)置圖，從圖中可以看出由此處入口直行上東流路，然后可以右轉(zhuǎn)上金寨路，也可以左轉(zhuǎn)上金寨路。

圖1 金寨路高架與二環(huán)路交叉口的匝道設(shè)置

圖2是東流路入口匝道的現(xiàn)狀圖，圖中在匝道正上方設(shè)置提示牌提示司機(jī)此處為某某路的入口，在匝道口左側(cè)設(shè)置分離設(shè)施，進(jìn)入匝道后在匝道分岔口設(shè)置方向提示牌，提示司機(jī)正確行駛。

3.2 金寨路高架與南二環(huán)路交叉入口交通情況調(diào)查

為了解金寨路高架與南二環(huán)路交叉處入口匝道的交通情況并做出合理的控制方案，保證交通的暢通和安全，提高交通出行效率，特對(duì)路段進(jìn)行了專項(xiàng)調(diào)查。

調(diào)查的地點(diǎn)確定在金寨路與二環(huán)的交叉處由南向北入口匝道處(東流路)。調(diào)查內(nèi)容為入口匝道的車輛交通情況及車輛的車型分類(小汽車、小型載貨車、公共汽車等)。調(diào)查時(shí)間為每天8：00—10：00、14：00—17：00共2個(gè)時(shí)間段，調(diào)查周期為1周。

城市道路交通調(diào)查以小車為標(biāo)準(zhǔn)的換算系數(shù)如表3所示。

在1周內(nèi)8個(gè)時(shí)間段對(duì)車流量進(jìn)行調(diào)查，調(diào)查結(jié)果如表4。

表3 換算系數(shù)表

表4 交通量調(diào)查匯總表 輛

注：表內(nèi)定義的周一指當(dāng)日上午8∶00至次日上午8∶00，其他日期與此相同。

表4可以看出一個(gè)星期內(nèi)每天交通量不同，周一上午、周五下午及周六的交通量相對(duì)較大。對(duì)于不同情況下的交通量，必須有一個(gè)合理的控制方案，使快速路發(fā)揮出最大運(yùn)營(yíng)能力。金寨路為合肥的一條主干道，又起著城鄉(xiāng)接合的作用，車流量大，常有交通事故、交通擁堵等情況發(fā)生，制訂合理的控制方案可以極大地改善交通狀況。

3.3 入口匝道控制設(shè)計(jì)方案

根據(jù)調(diào)查可以得知入口交通流的變動(dòng)性較大，不同的時(shí)間段進(jìn)入匝道的交通流不同，因此在入口處不適合使用傳統(tǒng)的信號(hào)控制，要設(shè)計(jì)一套適用于此處的入口控制方案。

3.3.1 控制方案設(shè)計(jì)

在距離匝道入口100 m處安裝感應(yīng)計(jì)數(shù)器1，在快速路入口的上游200 m處安裝感應(yīng)計(jì)數(shù)器2，在入口處安裝信號(hào)控制裝置，信號(hào)控制的指揮信息由2個(gè)計(jì)數(shù)器處理的結(jié)果控制。

當(dāng)感應(yīng)計(jì)數(shù)器1的數(shù)值達(dá)到某個(gè)值(設(shè)定值)或以上時(shí)，信號(hào)燈變紅，進(jìn)入匝道的車輛等待等待10 s(10 s內(nèi)計(jì)數(shù)器1數(shù)值低于設(shè)定值也將等待10 s)，10 s后計(jì)數(shù)器1的數(shù)字低于設(shè)定值信號(hào)燈則變綠，車輛正常通行(10 s后計(jì)數(shù)器1的數(shù)字值未低于設(shè)定值則繼續(xù)紅燈直至低于設(shè)定值)，車輛通行60 s后變紅燈，10 s后又自動(dòng)變綠如此反復(fù)(此種情況為較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)器1數(shù)值始終高于設(shè)定值的時(shí)候)。

當(dāng)感應(yīng)器2的數(shù)值高于某值(設(shè)定值)，匝道口的信號(hào)燈變紅，車輛等待，直到數(shù)值低于設(shè)定值則信號(hào)燈隨時(shí)變綠通行(在進(jìn)入匝道的路段必須留夠充足的空間給車輛等待，如圖4)。

圖4 方案設(shè)計(jì)原理圖

3.3.2 設(shè)計(jì)預(yù)想

如果入口匝道沒有加以車輛控制，高峰期時(shí)就會(huì)有大量的車輛駛?cè)朐训溃?dāng)匝道上游的車流量很大時(shí)，匝道口就容易造成擁堵，并形成惡性循環(huán)，因此在此處增加控制方法是必要的。

入口匝道運(yùn)用此控制方法能夠很好地控制交通量波動(dòng)對(duì)快速路通行能力的影響，通過對(duì)入口處交通量的控制可以避免主路上的車輛出現(xiàn)擁堵而導(dǎo)致快速路的優(yōu)勢(shì)沒有得到充分發(fā)揮。

4 結(jié)語(yǔ)

在我國(guó)城市化進(jìn)程的初期，城市道路仍然沿用傳統(tǒng)的道路形式，導(dǎo)致交通問題日益凸顯。為了解決問題，快速路在我國(guó)各大城市的建設(shè)中被大量應(yīng)用。因此，要盡快了解傳統(tǒng)道路交通體系與快速路之間的內(nèi)在聯(lián)系，找到更優(yōu)化的控制方法，發(fā)揮快速路的最大潛能。

本控制方法的優(yōu)點(diǎn)是能完全發(fā)揮快速路的潛能，結(jié)合快速路結(jié)構(gòu)和匝道口的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)既能保證車輛安全通行又不會(huì)造成快速路交通癱瘓，讓快速路做到名副其實(shí)“暢通、快捷、安全”。

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