基于交通微觀仿真的多互通立交路段交通運(yùn)行特征分析

鄭楠

摘要：由于城市建設(shè)的擴(kuò)張，新城區(qū)道路接入城郊高速公路的需求日益增加，同一城市區(qū)域的高速公路存在多個(gè)互通的情況也越來越多?；ネ⒔婚g的距離較近時(shí)，立交分合流區(qū)的交通會(huì)產(chǎn)生相互的干擾。研究針對(duì)多個(gè)互通立交的路段，通過交通流微觀仿真，對(duì)多個(gè)互通立交區(qū)分、合流區(qū)主要斷面的平均速度、延誤以及交通沖突等交通運(yùn)行特征進(jìn)行分析。并通過不同的預(yù)測(cè)交通量，對(duì)遠(yuǎn)期多互通立交路段的交通運(yùn)行與交通需求的適應(yīng)性進(jìn)行分析。

Abstract： Due to the expansion of urban construction， the demand for new urban roads to access suburban expressways is increasing， and there are more and more multi-interchange situations in the same urban area expressway. When the distance between the interchanges is short， the traffic in the interchange and junction area will cause mutual interference. The study analyzes the traffic flow characteristics of multiple intersecting interchange sections and the average speed， delays and traffic conflicts of the main sections of the intersecting interchange through traffic flow micro-simulations. Based on the different forecast traffic volume， the adaptability of traffic operation and traffic demand of long-term multi-interchange sections is analyzed.

關(guān)鍵詞：多互通立交區(qū);交通微觀仿真;分合流區(qū);平均速度;延誤;交通量

Key words： multi-interchange;traffic micro-simulation;split and merge area;average speed;delay;traffic volume

中圖分類號(hào)：TP391.9 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2020）08-0255-04

0 ?引言

由于城市建設(shè)的擴(kuò)張，在城郊高速公路新增互通立交連接新城區(qū)道路的需求也日益增加。在同一城市區(qū)域內(nèi)的高速公路存在多個(gè)互通立交的情況也越來越多。而互通立交之間在距離較近的情況下，各分、合流區(qū)域的交通會(huì)存在相互的干擾，在高速公路主線形成連續(xù)的分、合流交織區(qū)域，會(huì)降低主線以及分合流區(qū)域的交通通行效率。而隨著遠(yuǎn)期交通量的不斷增加，在分、合流區(qū)域可能會(huì)產(chǎn)生擁堵，進(jìn)而影響主線交通的通過效率。

研究主要通過交通微觀仿真，對(duì)存在多個(gè)互通立交的路段的交通流運(yùn)行特征進(jìn)行仿真。通過主要分合流區(qū)域的主線、連接部、匝道等斷面的平均速度、平均延誤以及交通擁堵現(xiàn)象等指標(biāo)，基于不同的預(yù)測(cè)交通量，對(duì)遠(yuǎn)期多互通立交路段的交通運(yùn)行特征及其與交通需求之間的適應(yīng)性進(jìn)行分析。

1 ?互通立交區(qū)仿真建模流程

針對(duì)高速公路多互通立交區(qū)的建模，主要包括了路網(wǎng)模型、交通流輸入數(shù)據(jù)、仿真模型參數(shù)標(biāo)定、仿真運(yùn)行參數(shù)采集以及數(shù)據(jù)分析評(píng)估[1]四個(gè)步驟。其目標(biāo)是為了評(píng)價(jià)多互通立交區(qū)的交通運(yùn)行狀態(tài)以及方案對(duì)遠(yuǎn)期交通增長(zhǎng)的適應(yīng)性。

1.1 路網(wǎng)仿真模型建立

在路網(wǎng)仿真模型中，主要包括靜態(tài)路網(wǎng)模型、通行規(guī)則以及各車道通行車輛類型、限速等進(jìn)行建模。

第一步，根據(jù)設(shè)計(jì)圖或現(xiàn)場(chǎng)衛(wèi)星圖等，通過準(zhǔn)確的主線、匝道及變速車道的寬度、車道數(shù)以及長(zhǎng)度等信息，建立高速公路靜態(tài)路網(wǎng)基礎(chǔ)模型。

第二步，根據(jù)主線優(yōu)先的讓行原則，對(duì)沖突點(diǎn)設(shè)置優(yōu)先通行的規(guī)則。并在分、合流變速車道及其連接部與主線、匝道之間的沖突點(diǎn)前，建立減速讓行的分界線，當(dāng)優(yōu)先通行的車道斷面檢測(cè)到有車輛通過時(shí)，讓行的車道的車輛在分界線前會(huì)提前減速讓行。

第三步，對(duì)主線各車道的通行車輛類型進(jìn)行定義。主要根據(jù)實(shí)際的高速公路對(duì)各類型車輛通行規(guī)則的管理方式，定義車道是能夠通行所有機(jī)動(dòng)車、禁止大貨車通行禁止大車通行等通行車輛類型進(jìn)行定義。

第四步，依據(jù)路段限速規(guī)則，可以對(duì)各個(gè)車道進(jìn)行限速設(shè)置。

1.2 交通流輸入數(shù)據(jù)

交通流輸入數(shù)據(jù)可以依據(jù)實(shí)際觀測(cè)交通量，或者特征年交通量預(yù)測(cè)的結(jié)果，對(duì)不同交通組成、交通量等在仿真中進(jìn)行定義。根據(jù)轉(zhuǎn)向交通量分布，對(duì)立交區(qū)不同車型轉(zhuǎn)向交通的比例在仿真中進(jìn)行設(shè)置。

在仿真過程中，可以對(duì)不同時(shí)間段設(shè)置不同的交通量，從而得到不同交通量條件下的運(yùn)行狀態(tài)仿真結(jié)果。

1.3 仿真模型參數(shù)標(biāo)定

在仿真模型的參數(shù)標(biāo)定時(shí)，主要對(duì)斷面的車輛運(yùn)行速度進(jìn)行標(biāo)定。依據(jù)實(shí)際對(duì)高速公路在分、合流區(qū)域的主要斷面以及路段隨機(jī)選取的斷面進(jìn)行速度調(diào)查，根據(jù)不同車型的速度的分布曲線，在仿真中調(diào)整不同車道、車型的速度分布曲線分布。

1.4 仿真運(yùn)行參數(shù)采集與評(píng)估

在對(duì)立交區(qū)域的交通運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析，主要通過平均速度、最大排隊(duì)延誤以及平均行程時(shí)間等指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估[2][3]。在仿真中，主要通過設(shè)置斷面數(shù)據(jù)采集器獲取平均速度、最大排隊(duì)延誤等信息，通過在第一個(gè)立交起點(diǎn)前至最后一個(gè)立交終點(diǎn)后一定長(zhǎng)度的路段，設(shè)置行程時(shí)間檢測(cè)器獲取路段的平均行程時(shí)間數(shù)據(jù)。采集的數(shù)據(jù)可以對(duì)不同的立交方案、交通量等進(jìn)行對(duì)比分析。

2 ?交通運(yùn)行狀態(tài)仿真評(píng)估實(shí)例分析

項(xiàng)目通過對(duì)某新區(qū)高速公路在A、B兩個(gè)互通立交之間新增C互通立交為例，采用仿真分析方法，對(duì)新增立交后對(duì)交通流運(yùn)行狀態(tài)的影響進(jìn)行分析。在建立仿真模型時(shí)，主要對(duì)道路模型、交通組成、（轉(zhuǎn)向）交通量、沖突區(qū)、路段限速以及交通流狀態(tài)檢測(cè)設(shè)施的設(shè)置進(jìn)行建模。

2.1 建立仿真模型

在道路模型中，分別對(duì)未增加和新增C互通立交的情況進(jìn)行仿真。原高速公路主線為雙向六車道;在新增C互通立交的情況下，C互通立交與B之間主線為雙向八車道，C互通立交與A互通立交之間為雙向六車道。

在仿真試驗(yàn)中，交通組成參照《工可》中的車型構(gòu)成情況以設(shè)計(jì)小時(shí)交通量進(jìn)行仿真模擬。在沖突區(qū)的設(shè)置，按照主線交通優(yōu)先的原則進(jìn)行路權(quán)分配，對(duì)于匝道間的沖突區(qū)域以主要的交通流方向優(yōu)先的原則進(jìn)行路權(quán)分配。道路限速以主線120km/h或100km/h，立交區(qū)限速值適當(dāng)降低的方式進(jìn)行限速。

在分析中，主要通過對(duì)主線設(shè)置行程時(shí)間檢測(cè)器，以及對(duì)各主線各分合流區(qū)設(shè)置斷面數(shù)據(jù)采集設(shè)施的方式，分別對(duì)行程時(shí)間、平均速度、最大排隊(duì)延誤等參數(shù)進(jìn)行分析。

2.2 仿真結(jié)果分析

在項(xiàng)目中主要對(duì)2018年、2025年以及2037年對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)小時(shí)交通量條件下，對(duì)交通運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行仿真，并對(duì)主線行程時(shí)間、分合流區(qū)平均速度以及最大延誤進(jìn)行了對(duì)比分析。

2.2.1 主線行程時(shí)間

在仿真中，從下行A互通起點(diǎn)前至B互通終點(diǎn)后范圍內(nèi)選取7500m的路段，以及上行B互通起點(diǎn)前至A互通終點(diǎn)后范圍內(nèi)選取7500m的路段，作為行程時(shí)間統(tǒng)計(jì)的起終點(diǎn)，對(duì)不同方向、不同車型分別在2018年、2025年以及2037年的交通量預(yù)測(cè)結(jié)果下的行程時(shí)間進(jìn)行對(duì)比，仿真結(jié)果如表1所示。

隨著交通量的增加，各方向行程時(shí)間也隨之增加。其中C至A方向在2037年各車型的行程時(shí)間增加較為顯著，行程時(shí)間均超過了500s。

新增C互通立交后，各方向各車型的行程時(shí)間均有所增加，在2018年和2025年，增加的時(shí)長(zhǎng)并不明顯。但在2037年，A至B方向在新增C立交后，各車型的行程時(shí)間增加約110s;B至A方向新增加C立交后，小客車行程時(shí)間約增加114s（增幅20%），貨車約增加164s（增幅28%），大客車約增加191s（增幅33%）。

綜上評(píng)價(jià)，主線內(nèi)平均行程時(shí)間的增加主要受交通量的影響，而在新增立交前后對(duì)主線行程時(shí)間的影響相對(duì)較小。

2.2.2 主要斷面平均速度

在仿真中，主要對(duì)A、B、C互通立交的與主線相連接的合流區(qū)、分流區(qū)等8個(gè)斷面進(jìn)行平均速度的檢測(cè)。其仿真結(jié)果如表2所示。

由仿真結(jié)果可知，在2018年及2025年對(duì)應(yīng)的交通量條件下，新增C互通立交后各斷面的平均速度均有所下降，2025年，新增C互通立交后各斷面小客車速度基本小于100km/h，貨車平均速度基本小于80km/h。而在2037年在新增C互通立交后部分?jǐn)嗝嫫骄俣扔兴黾樱@主要是由于車輛在該斷面前已存在瓶頸，而實(shí)際通過該斷面的交通量較小，對(duì)平均速度的而影響較小的原因。

綜上所述，在新增C互通立交后，各主要斷面的平均速度均有所降低。而當(dāng)交通量達(dá)到2037年的預(yù)測(cè)結(jié)果時(shí)，路段中存在瓶頸，影響道路的實(shí)際通行能力。

2.2.3 主要斷面最大排隊(duì)延誤

對(duì)最大排隊(duì)延誤的檢測(cè)的斷面設(shè)置同平均速度。對(duì)各斷面最大排隊(duì)延誤的仿真結(jié)果如表3所示。

由仿真結(jié)果可知，隨著交通量的增加，各主要斷面的排隊(duì)延誤明顯增加。而在新增C互通立交后，在2025年和2037年，主線新增C互通立交處的路段的最大排隊(duì)延誤增加較為明顯。

2.2.4 交通流運(yùn)行狀態(tài)分析結(jié)果

根據(jù)仿真的結(jié)果，若交通量在2018年對(duì)應(yīng)的交通量的條件下，在新增C互通立交后，主線基本能夠保持正常的通行;在2025年對(duì)應(yīng)的交通量條件下，行程時(shí)間及延誤增加;在2037年對(duì)應(yīng)的交通量條件下，各分合流區(qū)域容易出現(xiàn)嚴(yán)重的擁堵現(xiàn)象，在新增C互通后，由于變道需求的增加，擁堵現(xiàn)象嚴(yán)重。

3 ?結(jié)論

在同一城市區(qū)域內(nèi)的高速公路存在多個(gè)互通立交的情況下，而互通立交之間在距離較近的情況下，各分、合流區(qū)域的交通會(huì)存在相互的干擾，采用交通微觀仿真的方式對(duì)存在多個(gè)互通立交的路段的交通流運(yùn)行特征分析，能夠較為直觀的對(duì)交通擁堵現(xiàn)象進(jìn)行分析，并通過仿真中隊(duì)平均速度、延誤以及行程時(shí)間等參數(shù)的采集，分析不同方案、不同交通量下多互通立交路段的交通通行效率。對(duì)遠(yuǎn)期多互通立交路段的交通運(yùn)行特征及其與交通需求之間的適應(yīng)性進(jìn)行分析。交通微觀仿真能夠?yàn)閺?fù)雜的多互通立交路段下新增互通方案的比選、分析等能夠提供較為直觀并且科學(xué)的輔助決策方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]賈獻(xiàn)卓.基于微觀交通仿真的樞紐互通建設(shè)交通組織方案實(shí)例研究[J].公路，2017，62（02）：153-159.

[2]陳瑾.高速公路互通式立交出口和入口設(shè)置相關(guān)技術(shù)指標(biāo)研究[D].長(zhǎng)安大學(xué)，2016.

[3]陳春安，榮建，周晨靜，常鑫.分、合流區(qū)通行能力分析方法改進(jìn)研究[J].道路交通與安全，2015，15（06）：1-5.