城市快速路出口匝道擁堵狀態(tài)下銜接輔路上游協(xié)調(diào)控制研究

李哲

摘 要：城市快速路系統(tǒng)作為無信號(hào)控制、全封閉的高等級(jí)城市道路系統(tǒng)，是現(xiàn)代城市交通網(wǎng)絡(luò)中重要的組成部分。城市快速路出口匝道擁堵影響了快速路系統(tǒng)的通行效率，臨時(shí)關(guān)閉出口的措施無法從根本上解決這一問題。本文將擁堵出口匝道銜接輔路作為研究對(duì)象，通過分析輔路車輛飽和和過飽和兩種狀態(tài)，對(duì)輔路及其上游交叉口進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，達(dá)到快速消散出口匝道擁堵輔路車流的目的，從而加快車輛駛出快速路出口匝道，提升城市快速路的通行效率。

關(guān)鍵詞：城市快速路;出口匝道;協(xié)調(diào)控制

中圖分類號(hào)：U491.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

隨著機(jī)動(dòng)車保有量逐年激增，加重了城市的交通壓力，降低了城市機(jī)動(dòng)車的通行效率，同時(shí)帶來了嚴(yán)重的交通隱患。面對(duì)不斷增長的交通需求，許多城市的做法是改擴(kuò)建原有道路、改善路口交通渠化、新建城市快速路等來提高城市路網(wǎng)的通行能力。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，城市快速路確實(shí)提高了道路通行能力和效率，然而城市快速路出口匝道的擁堵問題也是受到越來越多的關(guān)注。本文主要研究城市快速路出口的擁堵問題和與輔路的銜接問題，通過對(duì)出口匝道銜接輔路上游的交通流進(jìn)行控制，緩解出口匝道與輔路交通流的交織擁堵，降低車輛駛離出口匝道的時(shí)間，提高城市快速路主路的通行效率。

1 解決城市快速路出口匝道擁堵常見措施

常見的緩解城市快速路出口匝道擁堵的措施包括兩種，第一種封閉出口匝道，該措施的優(yōu)點(diǎn)是控制效果立竿見影，能在最短的時(shí)間內(nèi)降低出口匝道的交通流，但是該措施是臨時(shí)性的措施，不能常態(tài)化使用，這樣增加了城市快速路主路通行車輛的不確定性，增加了主路車輛的繞行距離，該措施利用了擁堵矛盾轉(zhuǎn)移的理論，并沒有從根本上解決問題，而是將擁堵矛盾轉(zhuǎn)移給了城市快速路下一出口匝道。第二種對(duì)出口匝道駛出的車輛進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，主要基于出口匝道下游與交叉口銜接路段的交通流交織管控、交叉口轉(zhuǎn)向車道優(yōu)化組織、信號(hào)配時(shí)和相位相序優(yōu)化等方法，該方法有效緩解快速路出口匝道與交叉口銜接路段的交織擁堵和交通堵塞，但是，當(dāng)疏散下游交叉口處于飽和狀態(tài)時(shí)，出口匝道交叉口關(guān)鍵相位綠燈時(shí)間過長，導(dǎo)致下游交叉口的進(jìn)口道的交通需求過大，這樣車輛排隊(duì)到出口匝道與地面銜接的交叉口處，將會(huì)影響出口匝道車輛的駛離速度。

2 城市快速路出口匝道與銜接輔路上游的協(xié)調(diào)控制策略

2.1 出口匝道銜接輔路信號(hào)控制

通過在出口匝道輔路車道設(shè)置信號(hào)燈，保證城市快速路出口匝道車輛的正常通行。該方法是在犧牲輔路車道通行權(quán)利的前提下提出的，所以在工程實(shí)踐中有嚴(yán)格的使用條件。當(dāng)快速路出口匝道與輔路常發(fā)交織擁堵，或者輔路車流量過多對(duì)快速路出口匝道車輛的正常駛出造成了嚴(yán)重影響，才能使用該策略。在工程實(shí)踐中，要把握三個(gè)原則，首先，由于該方法采用了擁堵矛盾轉(zhuǎn)移的理論，因此，運(yùn)用該策略時(shí)應(yīng)當(dāng)保證輔路紅燈控制結(jié)束前，車流量排隊(duì)的最大長度不能影響上游交叉口的交通通行。其次，嚴(yán)格限制方案啟動(dòng)的觸發(fā)條件，僅當(dāng)出口匝道與輔路發(fā)生交織擁堵或交織輔路車輛過多造成出口匝道車輛回溢，影響快速路主干道車輛通行的情況下使用該方案。最后，當(dāng)出口匝道車輛排隊(duì)逐漸疏散，出口車輛達(dá)到率和輔路車輛到達(dá)率之后小于瓶頸路口的通行能力時(shí)，恢復(fù)到初始信號(hào)方案。

從技術(shù)層面來講，輔路信號(hào)控制方案主要有兩種。第一種是基于出口匝道占有率的輔路信號(hào)反饋控制方案，基于自適應(yīng)控制的ALINEA等算法，通過讀取第K時(shí)間段內(nèi)出口匝道車輛占有率的數(shù)據(jù)，從而計(jì)算輔路調(diào)節(jié)率R。當(dāng)R大于輔路調(diào)解率的啟動(dòng)閾值時(shí)，表明出口匝道車輛能夠正常通行，與輔路車輛不存在嚴(yán)重的交織沖突和擁堵，此時(shí)輔路信號(hào)燈常綠，輔路車輛可以正常通行;當(dāng)R小于輔路調(diào)解率的啟動(dòng)閾值時(shí)，表明出口匝道與輔路車輛存在交織沖突，造成了出口匝道車輛擁堵排隊(duì)，此時(shí)計(jì)算輔路信號(hào)燈綠燈時(shí)長，顯示紅燈。通過對(duì)出口匝道輔路的車流量進(jìn)行自適應(yīng)控制，使出口匝道下游占有率維持在期望值附近，實(shí)現(xiàn)保證出口匝道車輛優(yōu)先通行的前提下實(shí)現(xiàn)對(duì)輔路車流量的自適應(yīng)反饋信號(hào)控制。第二種是輔路與下游交叉口協(xié)調(diào)控制的配時(shí)方案，當(dāng)輔路車流量較大時(shí)，如果出口匝道下游的交叉口與輔路信號(hào)燈沒有進(jìn)行協(xié)調(diào)控制的話，容易造成下游交叉口車輛排隊(duì)過多，導(dǎo)致輔路車輛出現(xiàn)二次停車現(xiàn)象。該方案為了使輔路車輛在綠燈時(shí)間內(nèi)盡快駛出出口匝道交叉口，比較經(jīng)典的做法是輔路綠燈信號(hào)與下游相關(guān)信號(hào)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，形成綠波帶，當(dāng)協(xié)調(diào)相位綠燈亮起時(shí)，需先釋放下游交叉口的排隊(duì)車輛，再釋放輔路的車輛。

2.2 出口匝道銜接輔路上游交叉口協(xié)調(diào)控制

上述的控制方案是基于出口匝道車流量較大，而出口匝道銜接輔路車流量不大、或者車流量較大的情況。但是，當(dāng)出口匝道車流量達(dá)到過飽和狀態(tài)時(shí)，地面車輛的到達(dá)率持續(xù)大于輔路的實(shí)際通行能力，很容易引起輔路車輛排隊(duì)，造成上游交叉口鎖死。此時(shí)，交通擁堵發(fā)生了轉(zhuǎn)移，上述的兩種方案都無法有效緩解輔路車輛過飽和狀態(tài)下產(chǎn)生的擁堵現(xiàn)象。為了從根本上解決交通擁堵，可以利用上游子區(qū)的道路空間，均衡車流分布，最大限度利用時(shí)空資源。該方法的原理是將過飽和狀態(tài)交叉口的交通流轉(zhuǎn)移到協(xié)調(diào)控制子區(qū)域非飽和的交叉口，平衡控制子區(qū)域各個(gè)交叉口的交通壓力，到達(dá)消散擁堵交叉口排隊(duì)車輛的目的。

上游交叉口綠信比的分配方案，跟擁堵出口匝道輔路要減少的車輛數(shù)有關(guān)系。以下圖交叉口1為例，當(dāng)輔路車輛處于過飽和狀態(tài)時(shí)，會(huì)造成輔路的車輛排隊(duì)，車輛排隊(duì)過多溢出到上游交叉口2，為了疏散出口匝道銜接的輔路車流量，可以調(diào)節(jié)交叉口2的信號(hào)配時(shí)，確保輔路信號(hào)的飽和度小于1。根據(jù)交叉口2初始配時(shí)方案中，關(guān)聯(lián)相位綠燈時(shí)長的比例可得到關(guān)聯(lián)相位的綠燈時(shí)長，然后根據(jù)等飽和原則，計(jì)算出其他相位的綠燈時(shí)長。其他交叉口的綠信比分配方案，以圖中交叉口3為例。為了減輕交叉口2的交通壓力，可以控制子區(qū)上游交叉口3相關(guān)相位的綠燈放行實(shí)踐，由交叉口2可以得到下游擁堵交叉口相關(guān)相位減少通行的車輛數(shù)，然后根據(jù)等飽和原則和協(xié)調(diào)控制策略，可以得到其他交叉口3相關(guān)相位減少的車輛數(shù)，根據(jù)交叉口2的綠信比分配方案，計(jì)算得出其他交叉口3的相關(guān)相位綠燈放行時(shí)長。

基于壓力均衡的綠信比調(diào)整方案，可以得到出口匝道輔路車輛過飽和狀態(tài)下，控制子區(qū)相關(guān)交叉口的信號(hào)配時(shí)方案。該方案能夠?qū)⒖刂谱訁^(qū)交叉口的車輛進(jìn)行均衡分配，有效利用時(shí)空資源，緩解交通擁堵。

3 結(jié)束語

城市快速路的發(fā)展，大大提升了道路交通的運(yùn)輸能力和通行效率。但是，當(dāng)城市快速路出口與地面銜接輔路發(fā)生擁堵時(shí)，將大大降低城市快速路的通行效率。通過對(duì)城市快速路出口匝道銜接輔路車輛飽和及過飽和狀態(tài)下，輔路車輛的均衡控制策略進(jìn)行研究，達(dá)到消散輔路車輛排隊(duì)的目的，使得快速路出口匝道車輛順利駛出車道，減少出口匝道擁堵對(duì)于城市快速路主路交通通行的影響，進(jìn)一步提升城市快速路的通行效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]管滿泉.從道路因素分析交通擁堵的成因和對(duì)策[J].道路交通與安全，2005，5（03）：4-8.

[2]周彤梅，楊繼輝.解決城市道路交通擁堵問題的方法研究[J].中國人民公安大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2005，10（01）：98-100.