立體交叉交通控制設(shè)計及仿真優(yōu)化

羅俊杰

摘 要：本文主要針對立交橋的控制仿真及優(yōu)化的國內(nèi)外相關(guān)研究進行了總結(jié)，目前不僅僅是國內(nèi)，國外許多國家也針對立交進行了一系列研究。隨著機動車保有量的持續(xù)上升，立交的修建也顯得愈加頻繁，但由于立體交叉本身成本的昂貴，所以在進行立交設(shè)計方案時需要考慮眾多的因素，國外研究中主要考慮了立交選型的相關(guān)步驟并針對立交中的交通流進行預(yù)測，同時針對立交進行仿真優(yōu)化。國內(nèi)的研究中主要針對立交中的線性、進出口匝道的長度及形式進行了相關(guān)的研究并提出優(yōu)化建議，以實現(xiàn)提升立交的安全性以及通行效率。

關(guān)鍵詞：互通式立交;仿真;優(yōu)化

中圖分類號：U412.352.1 文獻標(biāo)識碼：A

0 引言

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，近些年而言，更多的人為了使得自身的出行更加便利，導(dǎo)致機動車保有量始終呈現(xiàn)出逐年增長的趨勢。結(jié)合實際情況以及相關(guān)統(tǒng)計資料，可以總結(jié)出城市道路中的平面交叉口往往是交通瓶頸路段，各個方向的來車匯聚于此，將在此處實現(xiàn)轉(zhuǎn)向以選擇自身的需求路段繼續(xù)行駛，立交橋可以將兩條以上的交叉道路交匯處通過建立上下分層，實現(xiàn)空間上的分離使得各個方向的車輛可以各行其道，互不干擾，大大保證了安全性，同時也在一定程度上保證了車輛的運行效率。國內(nèi)外研究學(xué)者利用交通仿真的一系列軟件，對擬實施的立交方案進行仿真評價，針對存在的問題進一步作相應(yīng)的優(yōu)化，以保障立交橋的建設(shè)能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的效果，有效地緩解道路上的交通壓力，在保障安全性的前提下提升交通流通行能力。

1 國外研究現(xiàn)狀

國外的許多研究學(xué)者主要針對立體交叉的選型、占地條件、匝道布局、立交設(shè)計連續(xù)性以及安全性進行了相關(guān)的研究，同時針對立交的相關(guān)設(shè)計通過微觀仿真軟件進行了仿真，實現(xiàn)方案的模擬運行同時也可以針對立交設(shè)計方案中存在的問題進行相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計，進一步使得立交的設(shè)計更加合理，同時由于立體交叉事故率相較路段而言要高得多，所以在進行立體交叉選型布設(shè)時，需要進行相應(yīng)的仿真，以保證設(shè)計方案能夠提升其通行能力以及安全性。

美國交通運輸于2001年發(fā)布的“A policy on geometric design of highways and streets”中針對立體交叉口的形式進行了分類歸納，同時指出立交的設(shè)置應(yīng)該考慮道路交通的擁堵、投資、安全以及選址的地理條件等相關(guān)因素。

Park等人主要研究了喇叭形立交，收集相關(guān)的數(shù)據(jù)，針對喇叭形立交的集合形式與交通事故之間的關(guān)系作了相應(yīng)的分析，并指出喇叭形立交形式的選擇對于立體交叉口的安全性有較大的影響。

Fang，F(xiàn)ang Clara等人針對商用的微型仿真軟件的使用提出了一定的指導(dǎo)原則，文中主要針對菱形立交和SPUI立交進行了仿真，研究指出了仿真參數(shù)的修正，以及如何逼近現(xiàn)場實際情況，使得對于立交的仿真更加接近于實際的運行情況，進一步使得結(jié)果更有參考性。

針對發(fā)散菱形立交的交通容量以及其他的效益進行了相應(yīng)的研究，提出了一種優(yōu)化模型并通過進一步修改，提供了該種類型立交的左轉(zhuǎn)和通過交通路徑的相關(guān)參數(shù)，通過仿真證實了結(jié)論的有效性。

針對立交匝道的幾何線形設(shè)計和交通流特性，根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，校正了高速公路和立交匝道的車頭時距模型、人車關(guān)系模型和換道操作模型，同時預(yù)測不同情況下的交通流特征，從而評價線形設(shè)計對匝道行車安全的影響。

Yasser Hassan和S.MEasa借助數(shù)字動畫技術(shù)，分析了立交橋匝道線形組合對行車安全的影響。最后研究得出匝道線形組合中，當(dāng)平曲線和凸型豎曲線組合，匝道的安全性得到提高，反之，當(dāng)平曲線和凹型豎曲線組合，匝道的安全性會有所降低。

收集了大量交通事故數(shù)據(jù)，同時借助統(tǒng)計學(xué)和線性回歸相關(guān)知識，通過分析互通立交匝道的形式、線形指標(biāo)、交通流量等與事故率之間的關(guān)系，并根據(jù)分析提出匝道的事故預(yù)測模型。

2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

國內(nèi)關(guān)于立交的相關(guān)研究要比國外晚的多，但是借鑒國外研究成果以及實際工程項目的基礎(chǔ)之上，也迅速的取得了一定的研究成果，國內(nèi)多為立交選型布設(shè)、線性設(shè)計、進出口匝道設(shè)計等相關(guān)研究，同時，結(jié)合微觀模擬仿真軟件，在互通式立交的優(yōu)化設(shè)計以及立交橋的交通組織方面也取得了一定的研究成果。

羅霞的研究中結(jié)合立體交叉口的位置選擇、立體交叉口之間的間距設(shè)置以及其轉(zhuǎn)向交通量等，提出了立交布局及選型的原則，同時給出了相應(yīng)的判斷立選型是否合理的方法。

針對菱形立交作了相關(guān)的研究，為了提升菱形立交通行效率，實現(xiàn)緩解擁堵的目的，提出了一種基于可逆車道動態(tài)控制的菱形立交優(yōu)化設(shè)計的方法。針對信號控制菱形立交，將其兩個平面交叉口間內(nèi)部路段的所有左轉(zhuǎn)車道設(shè)置為可逆車道，在一個信號周期的不同階段，供往返兩個方向的左轉(zhuǎn)交通使用。同時結(jié)合仿真方法，對其進行了模擬仿真。

張虎利用交通仿真尋求最優(yōu)的交通控制方案是ITS（智能交通系統(tǒng)）的研究熱點之一。在對現(xiàn)場環(huán)境調(diào)研的基礎(chǔ)上，利用VISSIM對某交通樞紐立交橋附近路網(wǎng)進行微觀交通仿真，調(diào)整微觀交通仿真軟件VISSIM的部分參數(shù)以符合實際交通路況，建立固定信號配時下的路網(wǎng)微觀交通仿真，解決了采用單一路口仿真來判斷控制方案優(yōu)劣的不足，為尋找最優(yōu)的整體信號控制方案建立了基礎(chǔ)。

分析了各種類型立交的適用性，并從交通、經(jīng)濟、環(huán)境及景觀方面闡述了影響立交選型的因素，給出了立交選型的具體內(nèi)容及步驟，結(jié)合案例，說明了研究成果的實用性及合理性。

肖磊的研究中提出了互通式立交選型的評價指標(biāo)體系并對指標(biāo)進行了量化，介紹了層次分析法、均值方差法和綜合評價法三種指標(biāo)權(quán)重值計算方法，以及信息不確定的PROMETHEE方法、灰色關(guān)聯(lián)理想解法構(gòu)建混合方程以及擴張矩陣算法FCV三種決策模型方法，對諸多立交方案進行優(yōu)選分析，并依據(jù)Borda函數(shù)對所有方案的分?jǐn)?shù)進行排名，所提出的算法和模型，可在眾多方案中選擇出最佳的互通式立交方案。

3 結(jié)語

國外的相關(guān)研究多次用到了微型仿真軟件對立體交叉進行模擬仿真，同時針對不同形式的線性進行了相關(guān)的研究分析，以提升車輛在立交中行駛安全性。另外國內(nèi)相關(guān)研究中也提出了一些立交優(yōu)化的方法，選型的步驟等等。

國內(nèi)的研究中大多針對已經(jīng)修建的立交進行改善設(shè)計，由于我國的國情，大力修建立交的同時也需要針對實際情況進行合理的選型以及線性的設(shè)計，國內(nèi)的某些研究成果中也提出了立交選型的步驟，影響立交中交通流行駛安全的相關(guān)因素以及進出口匝道和變速車道的相關(guān)布設(shè)，同時也結(jié)合交通仿真軟件對方案進行優(yōu)化。

通過閱讀文獻，可以發(fā)現(xiàn)目前有許多研究立交優(yōu)化的相關(guān)的成果，另外也存在立交仿真的相關(guān)研究，國內(nèi)外研究中主要針對立交研究中一方面進行相關(guān)的分析，但很少針對立交的交通控制進行仿真之后改善其信號控制方案，同時結(jié)合其他優(yōu)化方式，從而提升立交的通行效率和安全性，缺乏整體研究的成果。

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