城市道路潮汐車道應用研究

于淏波 吳磊 李雨航 羅偉光 孫宇鐸

摘 要：近年來，隨著我國的快速發(fā)展、人口數(shù)量的激增，各大、中城市的交通擁堵問題已嚴重制約了城市發(fā)展。本文基于總延誤最小的潮汐車道數(shù)計算模型確定潮汐車道的數(shù)量，以南京市定淮門大街為例，并結合VISSIM仿真軟件進行驗證，對比潮汐車道設置前后的交通運行參數(shù)，分析發(fā)現(xiàn)設置潮汐車道后的平均車速、排隊長度、延誤等參數(shù)均有所改善，從而證明該路段潮汐車道設置的可行性及有效性。

關鍵詞：道路擁堵;交通流特性;潮汐車道;仿真驗證

1 引言

南京市定淮門大街是南京市主城區(qū)與國家級江北新區(qū)之間的重要通道，雖然該道路經過了快速化改造，但早高峰進城，晚高峰出城依舊存在嚴重道路擁堵現(xiàn)象，需要進一步改善。本項目旨在對其交通量、車速、通行能力等指標的調查，運用VISSIM仿真軟件進行模擬，給出該路段潮汐車道的實施方案。

2 緒論

2.1 研究背景

城市的經濟發(fā)展和空間布局往往具有集聚效應，不免會出現(xiàn)具有潮汐特征的交通擁堵。對于城市道路而言，這種現(xiàn)象在早晚通勤高峰中尤為明顯。為使有限的道路資源發(fā)揮最大的通行能力，對于具有典型潮汐現(xiàn)象的道路，可變潮汐車道技術是一種高效的解決方案。

2.2 研究意義

城市的發(fā)展與交通系統(tǒng)的建設和完善有著密不可分的關系。交通擁堵不僅影響人們的日常出行，還嚴重制約城市發(fā)展，影響城市環(huán)境。潮汐交通流造成的交通擁堵具有顯著的規(guī)律性，所以可通過適當?shù)慕煌ㄕ{節(jié)和組織得以緩解。

3 潮汐車道設置條件

雙向車道的交通量不均衡是潮汐車道的必要條件，只有交通流滿足特定條件或達到一定程度時，才可以設置潮汐車道。雙向不均衡程度可用臨界方向分布系數(shù)來確定：

其中：—重交通流方向單一車道交通量

—輕交通流方向單一車道交通量

—重交通流方向車道數(shù)

—輕交通流方向車道數(shù)

從道路不均衡系數(shù)時，表示重交通流方向和輕交通流方向車流量無明顯差別，時，表示重交通流方向在整個雙向交通流中的比重大，且值越接近1，交通流在整個道路橫截面上的分布越不均勻，潮汐現(xiàn)象更加嚴重。

設置潮汐車道的邊界條件為：

4 潮汐車道的設置方法

4.1 基于BPR路阻函數(shù)的潮汐車道切換時機及其車道數(shù)量調整模型

道路交通阻抗函數(shù)（簡稱路阻函數(shù)）為行駛時間與交通負荷之間的函數(shù)關系，是交通分配的關鍵。目前最為廣泛使用的路阻函數(shù)是美國聯(lián)邦公路局函數(shù)（BPR函數(shù)）：

其中：—道路平均行駛時間（min）

—交通量為0時路段行駛時間，即路段長度L與交通量為0時車速的比值

—道路交通量（輛/小時）

—實際的道路通行能力

—參數(shù)，推薦值分別取

根據(jù)實際情況確定路阻目標函數(shù)后，當滿足切換條件時，潮汐車道系統(tǒng)則自動開啟潮汐車道切換，通過這一機制，實現(xiàn)道路資源的合理運用，使該路段的交通阻抗達到最小。

4.2 基于總延誤最小的潮汐車道數(shù)量計算

該模型為：

其中：n—路段上單方向車道數(shù)

q1—高峰時期輕交通流方向交通量

q2—高峰時期重交通流方向交通量

c1—輕交通流方向道路通行能力

c2—中交通流方向道路通行能力

ci—單一車道道路通行能力

m—輕交通流方向可供重交通流方向在高峰時期占用的車道數(shù)

r—單方向車道編號

L—路段長度（km）

T—高峰小時雙向交通流中車輛總延誤

tk—某一方向上高峰時期單一車輛行車延誤

vo—零流車速（路段上為空靜狀態(tài)時車輛自由行使的速度）

w—車道折損系數(shù)

j—交叉口折減

k—車道寬度折減系數(shù)

通過調整m取值，代入式（3-3）即可得到不同m值對應的總延誤T，當總延誤T最小時，m的取值即為最優(yōu)解。

5 實例分析與vissim仿真

5.1 定淮門大街現(xiàn)狀分析

由于該道路設置潮汐車道的長度受地理位置限制，本次研究選擇西起揚子江隧道口，東至江東北路之間的路段作為研究對象，全長約為1.1km。

項目組利用人工測量法對研究對象路段及交叉口進行了早晚高峰流量調查。調查結果表明，該路段早晚高峰有較為明顯的潮汐交通特征，早高峰時段向東進城方向車輛較多，而晚高峰時段向西行出城方向車輛較多。

定淮門大街早高晚高峰時段方向分布系數(shù)計算結果如表1所示，根據(jù)前述分析，當車道數(shù)為6時，道路臨界方向分布系數(shù)應為0.67。雖然研究路段的方向分布系數(shù)未達到臨界值，但已經十分接近，所以早晚高峰時段該路段的交通量很大，易形成擁堵。

利用人工觀測法，選取10m路段長度作為基準，通過測量不同車輛通過的時間，得到該路段高峰時段平均車速為40-56km，依據(jù)《城市道路工程設計規(guī)范》（CJJ37-2012）要求，采取折中原則，假定定淮門大街理論通行能力為1725km/h。按照初擬方案，將該路段設置為雙向7車道，以最中間車道作為潮汐車道，即早高峰時段東行的城方向為四條車道，西行出城方向為三條車道，晚高峰時段則相反。利用道路通行能力計算公式，得到該路段的理論通行能力計算結果如表2所示，可知設置潮汐車道后其雙向通行能力可以滿足其需要，因此對于該路段設置潮汐車道理論可行。

5.2 定淮門大街潮汐車道仿真分析

為驗證定淮門大街潮汐車道設置方案的效果，使用vissim仿真軟件進行仿真分析，仿真時長為1h，采集時長為600s。根據(jù)上文潮汐車道數(shù)的確定，增設1條潮汐車道為最優(yōu)解，但該道路設有中間帶，兩側均有非機動車道，因此擬拆除中間帶并適當壓縮兩側非機動車道來增設1條潮汐車道，改造之后雙向共有7條車道。

5.2.1 設置潮汐車道前各參數(shù)的設置及仿真

（1）導入定淮門大街衛(wèi)星圖。將定淮門大街的衛(wèi)星地圖導入vissim作為底圖，畫出定淮門大街路段以及與江東北路的交叉口。設置潮汐車道前，定淮門大街研究路段為雙向6車道，車道寬度為3.5m。

（2）車流量設置。對定淮門大街和江東北路交叉口進行實地調查，分別調查四個進口的左轉、直行、右轉三個行車方向的高峰小時交通量，將各行駛方向的車流量數(shù)據(jù)輸入到對應路段。

（3）路徑決策設置。按照道路行駛標志以及車輛實際行駛路徑進行路徑決策。

（4）讓行規(guī)則設置。根據(jù)交通法規(guī)及各項規(guī)定設置各行車方向的讓行規(guī)則。

（5）信號燈控制設置。根據(jù)調查所得到的信號燈配時數(shù)據(jù)設置信號配時方案。

（6）檢測器設置（行程時間檢測器、數(shù)據(jù)檢測器、排隊計算器等）。在漓江路與定淮門大街交叉口東出口處設置行程時間檢測器起點，在定淮門大街與江東北路交叉口處設置行程時間檢測器終點，以同樣方法在交叉口其他進口道和出口道上設置行程時間檢測器，用以檢測行程時間和延誤。并在各進口道及潮汐車道停車線處設置數(shù)據(jù)檢測器和排隊檢測器，檢測各進口車流量情況和排隊長度。

5.2.2 設置潮汐車道后參數(shù)設置及仿真

導入設置潮汐車道后的定淮門大街衛(wèi)星圖。早高峰時段，將東行進城方向的車道數(shù)更改為4條，西行出城方向的車道數(shù)更改為3條;在晚高峰時段，將西行出城方向的車道數(shù)更改為4條，東行出城方向的車道數(shù)改為3條。其余設置條件均保持不變。

5.2.3 定淮門大街潮汐車道設置效果分析

為直觀體現(xiàn)潮汐車道設置前后的效果，分別以仿真得到的平均車速、延誤和排隊長度這三項指標來衡量道路通行情況。

（1）平均車速對比。設置前早、晚高峰的平均車速分別為45km/h和43.7km/h ，設置后早、晚高峰的平均車速分別為48km/h和46.8km/h。

（2）延誤對比。設置前早、晚高峰的延誤分別為45s和40s，設置后早、晚高峰的延誤分別為36s和35s。

（3）排隊長度對比。設置前早、晚高峰的排隊長度分別為66m和60m，設置后早、晚高峰的排隊長度分別為56m和47m。

以上數(shù)據(jù)表明，設置潮汐車道之后，早晚高峰的車速均有小幅增加，排隊長度縮短近20%，因此通行延誤有了較為明顯的改善。證明設置潮汐車道有助于提高定淮門大街交通通行能力和通行效率。

6 結論與展望

結合實地交通調查數(shù)據(jù)、研究路段道路參數(shù)及相關專業(yè)理論基礎，提出南京市定淮門大街西起揚子江隧道口東至江東北路路段設置潮汐車道具有可行性，給出了研究路段潮汐車道規(guī)劃方案及實施建議。vissim仿真結果表明，設置潮汐車道可有效提高道路通行能力。

指導教師：陳青春

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