基于vissim仿真的快速路出入口加減速車道效益研究

文/余永漢、王周全、吳靜雯、鐘瀚濤

1 前言

快速路作為城市路網(wǎng)系統(tǒng)中的骨干道路，主要為長距離、跨區(qū)交通出行提供連續(xù)快速的交通服務(wù)，同時兼顧沿線的地塊，因此城市快速路通常采用主輔道的斷面形式，主道設(shè)計速度快、通行能力高，一般為連續(xù)交通，輔道速度相對較慢，主要承擔(dān)沿線地塊以及相交道路的交通集散功能。

城市快速路通過主輔道出入口實現(xiàn)主道與輔道間的交通轉(zhuǎn)換，由于主輔道存在速度差，同時出入口分合流造成交通紊流，會對主輔道通行能力產(chǎn)生較大影響，因此相關(guān)學(xué)者針對快速路出入口布局與形式開展了大量研究。出入口布局方面，主要對出入口間距、組合順序進(jìn)行了相關(guān)研究。出入口的形式主要有直接式、平行式和混合式三種形式。雖然快速路設(shè)計規(guī)程規(guī)定城市快速路出入口必須設(shè)置加減速車道，但規(guī)范中并未給出加減速車道對道路通行效率的提升程度，設(shè)計人員并不能直觀評估不同流量狀態(tài)下變速車道的交通效率。特別是針對無加減速車道出入口的改造項目，缺乏改造效果的事前評估，不利于項目的決策與推進(jìn)。因此，本文基于vissim交通仿真技術(shù)，在對模型進(jìn)行參數(shù)標(biāo)定且檢驗有效的前提下，開展不同流量狀態(tài)下有無加減速車道對出入口附近道路通行效率的影響分析，探尋不通交通飽和度條件下快速路主輔道出入口加減速車道對道路通行效率的提升效果，可以為快速路出入口方案的效益評估提供參考。

2 實測數(shù)據(jù)的采集

2.1 數(shù)據(jù)來源

實測數(shù)據(jù)的調(diào)查對象為成都市三環(huán)路成彭立交至交大立交之間外環(huán)主輔道段落。入口幾何數(shù)據(jù)采用實測地形，流量數(shù)據(jù)采用2017年7月現(xiàn)場視頻卡口數(shù)據(jù)。

圖1 研究區(qū)域主輔入口平面圖

2.2 數(shù)據(jù)整理

調(diào)查點位車道規(guī)模為主4輔3，主道單車道為3.75m，期望速度設(shè)定為80km/h。輔道車道僅能滿足3m寬度，期望速度設(shè)定為50km/h。主輔道入口采用簡易直接式入口，未設(shè)置加速車道，入口寬度7m，期望速度設(shè)定為30km/h。主道入口前100m，靠近輔道一側(cè)設(shè)60km/h的限速標(biāo)志（見表1）。

3 參數(shù)標(biāo)定與有效性檢驗

3.1 模型參數(shù)標(biāo)定

Vissim是德國PTV公司開發(fā)的微觀交通仿真軟件，模型默認(rèn)參數(shù)與國內(nèi)交通環(huán)境存在一定差異，因此在利用它分析我國交通問題時，需對其模型主要參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，使其符合我國城市道路交通的主要特征。本次仿真模型中主要對主輔道期望速度、出入口期望速度、駕駛員行為、平均停車間距、車頭時距進(jìn)行了參數(shù)標(biāo)定，并根據(jù)實測地形數(shù)據(jù)建立了相應(yīng)的仿真路網(wǎng)模型。

表1 調(diào)查對象交通流量及平均車速數(shù)據(jù)

3.2 有效性檢驗

通過多次仿真，對不通時段流量內(nèi)的仿真結(jié)果取平均值與實際數(shù)據(jù)對比，主輔道流量實際觀測值與仿真模擬值對比如圖2所示。主輔道平均車速實際觀測值與仿真模擬值對比如圖3所示，從圖中可以看出，主輔道流量實際值與仿真值差異較小，主輔道實際速度與仿真速度在流量較高與較低時偏差相對有所擴(kuò)大。

圖2 主輔道實際流量與仿真流量對比

圖3 主輔道實際車速與仿真車速對比

根據(jù)視頻卡口實測數(shù)據(jù)，結(jié)合vissim模型輸出指標(biāo)，對實際主輔道流量和速度與仿真結(jié)果進(jìn)行基于配對數(shù)據(jù)的t檢驗。主道實際流量與仿真流量配對t檢驗p為0.63，輔道實際流量與仿真流量配對t檢驗p為0.357，主道實際速度與仿真速度配對t檢驗p為0.976，主道實際速度與仿真速度配對t檢驗p為0.883。經(jīng)配對t檢驗，四組配對數(shù)據(jù)，均沒有呈現(xiàn)出差異性(p＞0.05)，證明構(gòu)建的仿真模型有效。

4 交通仿真對比研究

4.1 仿真實驗設(shè)計

為有效測試加減速車道對快速路通行效率的提升效果，本次仿真實驗共設(shè)三組出入口模型，分別為設(shè)置無加減速車道的直接式出入口、主道單側(cè)設(shè)加減速的平行式出入口以及主輔道同時設(shè)置加減速車道的出入口。

無加減速車道方案：主輔道采用簡易直接式出入口，入口在主道與輔道不增加任何變速車道，出口在輔道一側(cè)設(shè)車道渠化標(biāo)線。

主道變速車道方案：主道設(shè)置加減速車道，輔道不設(shè)置變速車道，入口端輔道不做處理，主道加速車道長180m，漸變段長60m；出口端主道減速車道長90m，漸變段長60m，輔道設(shè)車道渠化標(biāo)線。

主輔道變速車道方案：主道、輔道同時設(shè)置加減速車道，入口端輔道減速車道長70m，漸變段45m，主道加速車道長180m，漸變段長60m；出口端主道減速車道長90m，漸變段長60m，輔道加速車道長120m，漸變段長45m。

4.2 車流輸入?yún)?shù)

4.2.1 車輛組成參數(shù)

根據(jù)對三環(huán)路車流組成調(diào)查發(fā)現(xiàn)，三環(huán)路白天禁止貨車通行，因此三環(huán)路車流組成主要以小汽車為主，同時兼有部分客車通行，輔道有公交車。考慮三環(huán)路主輔道車流組成的差異，對于車流組成參數(shù)，主道為小汽車0.9、客車0.1、公交車為0，輔道為小汽車0.7、客車0.1、公交車0.2。

4.2.2 車流量參數(shù)

為合理設(shè)定不同服務(wù)水平下的主輔道流量參數(shù)，首先采用標(biāo)定好的仿真參數(shù)測試標(biāo)準(zhǔn)路段的最大通行能力。經(jīng)測試，主道實際最大通行能力約6000pcu/h，輔道實際最大通行能力約4000pcu/h。

圖4 主道仿真輸入與輸出流量關(guān)系

圖5 輔道仿真輸入與輸出流量關(guān)系

基于主輔道實際最大通行能力，分別對主輔道按飽和度0.25、0.45、0.65、0.85、1.05進(jìn)行流量設(shè)置，分別在以上主輔道飽和度條件下測試加減速車道對主輔道行車速度的影響，不同飽和度條件下的車流量設(shè)置如表2所示設(shè)置。

表2 不同飽和度條件下的主輔道車流量輸入?yún)?shù)表

備注：主線進(jìn)出口流量統(tǒng)一設(shè)為主道流量的10%。

4.3 仿真結(jié)論分析

針對不同的出入口設(shè)置形式，不同路段流量飽和度條件下經(jīng)多次vissim仿真模擬，得到變速車道對主道有效通行能力以及主道行駛速度的影響結(jié)論如圖6～圖9所示。

圖6 出口變速車道對主道通行能力影響

圖7 入口變速車道對主道通行能力影響

圖8 出口變速車道對主道行駛速度影響

圖9 入口變速車道對主道行駛速度影響

圖6中，出口形式采用主輔道雙側(cè)同時設(shè)置變速車道時，輔道一側(cè)在出口位置未對輔道最內(nèi)側(cè)車道進(jìn)行渠化，出口車輛需利用車輛間隙并入輔道，當(dāng)輔道飽和度較高時，出口車流并入輔道受阻，一定程度上反堵主道，造成主道實際通過的流量有所降低；主道單側(cè)減速車道與不設(shè)置減速車道時，不同飽和度狀態(tài)下主道實際流量基本一致。圖7中，入口在無變速車道、主道單側(cè)設(shè)變速車道、主輔道同時設(shè)置變速車道形式下，主道實際通行的流量基本一致，綜合表明，在不出現(xiàn)反堵前提下，出入口有無變速車道對實際有效通行能力基本無影響。

圖8表明，當(dāng)路段流量飽和度小于0.45時，無論主輔道有無變速車道，出口附近主道行駛速度基本一致，但路段流量飽和度介于0.45-0.9是，設(shè)有減速車道的出口附近主道行駛速度明顯高于未設(shè)置減速車道的出口主道行駛速度，但當(dāng)流量繼續(xù)增大，路段飽和度超過0.9時，受出口輔道反堵以及主道變道困難等影響，主道速度降至20km/h，出入口附近行駛緩慢，變速車道對主道速度提升作用也極為微弱。圖9表明，當(dāng)路段流量飽和度小于0.45時，無論主輔道有無變速車道，入口車流總能輕易通過車輛間隙并入主線，對主線行駛速度的影響較弱，但當(dāng)路段交通量繼續(xù)增加至飽和度大于0.65時，加速車道對主道運行速度的影響就開始顯現(xiàn)，特別是當(dāng)路段流量飽和度介于0.7-0.9之間時，加速車道對主道運行速度的提高效果顯著。

5 結(jié)語

通過對不同流量組合條件下有無加減速車道出入口的道路通行效率進(jìn)行對比研究，表明出入口有無變速車道對實際有效通行能力基本無影響，但變速車道可有效提高出入口附近道路行駛速度。減速車道在路段流量飽和度介于0.45-0.9時，加速車道在路段流量飽和度大于0.45時，變速車道對出入口附近主道行駛速度提升明顯?；谝陨涎芯拷Y(jié)論，對于全天主要時段路段流量飽和度大于0.5的城市快速路，為有效提高道路通行效率，建議對未設(shè)置加減速車道出入口的城市快速路，盡可能按加減速車道設(shè)置要求對出入口進(jìn)行改造。