快速路入口區(qū)域渠化后的車輛運(yùn)行特性研究

顧浩楓 葛婷 徐鴻敏 張波 丁浩然 龍?zhí)煜?/p>

摘 要：為了明確入口區(qū)域渠化（入口加速車道與主線車道間硬隔離）的有效性和適用條件，本研究借助無人機(jī)設(shè)備對(duì)蘇州市部分快速路入口區(qū)域交通運(yùn)行情況進(jìn)行了航拍，提取了車輛行駛軌跡、速度等運(yùn)行數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上，對(duì)渠化后的入口區(qū)域車輛速度分布及合流車輛匯入特性等進(jìn)行了分析。研究發(fā)現(xiàn)渠化后的入口區(qū)域主線車輛速度分布較均勻，僅對(duì)漸變段區(qū)域車輛運(yùn)行產(chǎn)生了一定的影響;合流車輛在漸變段匯入位置呈現(xiàn)正態(tài)分布，這在一定程度上縮減了由于車輛合流對(duì)主線交通的影響，可以提高快速路入口區(qū)域的運(yùn)行效率。本文的研究成果和思路可為快速路入口區(qū)域優(yōu)化設(shè)計(jì)和交通安全管理提供參考。

關(guān)鍵詞：城市快速路;入口區(qū)域;加速車道;VISSIM仿真;速度

0 引言

城市快速路入口區(qū)域是實(shí)現(xiàn)地面道路與主線交通轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部位。入口匝道車輛需在該區(qū)域內(nèi)變換車道匯入主線，在變換車道過程中將與主線直行車輛產(chǎn)生大量沖突。復(fù)雜的駕駛操作極易造成該區(qū)域車輛緩行、事故高發(fā)等問題[1-2]。為了提高入口區(qū)域的安全性，部分學(xué)者對(duì)入口區(qū)域的幾何設(shè)計(jì)及優(yōu)化進(jìn)行了研究。王進(jìn)等人對(duì)加速車道、過渡段、標(biāo)線渠化帶等長度進(jìn)行了分析[3];韓敏等人將車輛運(yùn)行過程劃分為車輛匯入、標(biāo)牌識(shí)讀、車輛交織及排隊(duì)等四個(gè)部分，確定了城市快速路無控接入口與相鄰大型信號(hào)路口的接入間距[4];潘兵宏[5]、王靈利[6]等人根據(jù)車頭時(shí)距分布、變換車道特性、服務(wù)水平等，建立了連續(xù)入口、連續(xù)出口、連續(xù)出入口最小間距模型。張東明等利用VISSIM對(duì)立交節(jié)點(diǎn)處同時(shí)布置快速路入口匝道的幾何設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究[7]。上述研究對(duì)完善入口區(qū)域設(shè)計(jì)、提高行車安全起到了積極的作用。

《城市快速路設(shè)計(jì)規(guī)程》（CJJ129-2009）中關(guān)于快速路入口區(qū)域變速車道設(shè)計(jì)劃分為直接式加速車道和平行式加速車道[8]。研究團(tuán)隊(duì)結(jié)合實(shí)際調(diào)研發(fā)現(xiàn)，多個(gè)城市在快速路入口區(qū)域設(shè)計(jì)時(shí)采用了平行式加速車道形式，但在后期運(yùn)營中通過改變地面標(biāo)線形式、加速車道與主線間設(shè)置隔離設(shè)施改變了原平行式加速車道形式和入口車輛運(yùn)行狀態(tài)。但目前尚缺少關(guān)于該種方式合理性的分析，因此，有必要對(duì)該渠化措施執(zhí)行后的效果進(jìn)行分析，以明確該方法是否有效以及適用條件，為快速路入口區(qū)域優(yōu)化設(shè)計(jì)和管理提供參考。

1 數(shù)據(jù)采集

本文采用大疆mavic2 zoom無人機(jī)設(shè)備對(duì)蘇州市兩處快速路入口區(qū)域進(jìn)行了航拍。兩處入口原始施工圖設(shè)計(jì)中幾何尺寸及運(yùn)營后的渠化設(shè)置相同，見圖1。其中快速路主線雙向六車道，車道寬度為3.75 m，全線禁貨，主線限速80 km/h，匝道限速40 km/h。視頻采集時(shí)無人機(jī)飛行高度300 m～400 m，拍攝路段視野范圍約500 m。拍攝選擇在天氣晴朗、無風(fēng)時(shí)進(jìn)行，拍攝時(shí)段為工作日的15：00-18：00，包含了平峰和高峰時(shí)段。

利用圖像處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)提取，提取時(shí)坐標(biāo)系建立在合流點(diǎn)處，根據(jù)地面標(biāo)線長度對(duì)比例進(jìn)行了校正。提取的數(shù)據(jù)包括每輛車的編號(hào)、時(shí)間、幀號(hào)、車輛行駛軌跡坐標(biāo)、速度及加速度。最終提取了主線直行車輛576輛，匝道匯入車輛207輛。

2 渠化后的車輛運(yùn)行特性分析

2.1 車輛速度分布特性

對(duì)視頻提取的主線各車道以及入口匝道速度分布情況進(jìn)行了分析，匯總見圖2，可以看出因加速車道與主線硬隔離，入口車輛需在漸變段內(nèi)完成匯入主線過程。在漸變段范圍內(nèi)，主線1車道速度呈現(xiàn)明顯下降趨勢，且速度分布離散性最為明顯;2車道車輛受1車道影響也呈下降趨勢，但整體分布較均勻;而最內(nèi)側(cè)3車道速度最為平穩(wěn)。

入口車輛在進(jìn)入加速車道段后呈現(xiàn)先減速然后加速的趨勢。由于合流車輛在進(jìn)入漸變段后需等待合流機(jī)會(huì)匯入主線1車道，因此在加速車道末端漸變段前半段可以匯入主線時(shí)速度最低，匯入主線后呈現(xiàn)明顯加速趨勢。

2.2 合流車輛匯入特性分析

入口車輛匯入主線時(shí)的位置頻率分布見圖3。由于加速車道段隔離，合流車輛只能在漸變段完成變道并匯入主線的操作，此時(shí)在漸變段匯入主線的位置呈正態(tài)分布，近80%的車輛選擇在漸變段中間位置匯入主線。

3 結(jié)語

本文借助航拍獲取了快速路入口區(qū)域?qū)嶋H運(yùn)營視頻，利用軟件提取了實(shí)際運(yùn)營視頻中的車輛運(yùn)行參數(shù)并進(jìn)行了分析。在此基礎(chǔ)上對(duì)快速路渠化后的入口（平行式入口加速車道與主線硬隔離）車輛運(yùn)行特性進(jìn)行了研究分析，研究發(fā)現(xiàn)渠化后的入口區(qū)域主線車輛速度分布較均勻，僅對(duì)漸變段區(qū)域車輛運(yùn)行產(chǎn)生了一定的影響;合流車輛在漸變段匯入位置呈現(xiàn)正態(tài)分布，這在一定程度上縮減了由于車輛合流對(duì)主線交通的影響，可以提高快速路入口區(qū)域的運(yùn)行效率。本文為快速路入口區(qū)域管制措施（平行式入口加速車道與主線硬隔離）的合理性和有效性提供了理論分析。相關(guān)研究思路和結(jié)論可為快速路入口區(qū)域優(yōu)化設(shè)計(jì)和運(yùn)營管理措施的制定提供參考依據(jù)，從而提高快速路入口區(qū)域的通行效率和行車安全。

參考文獻(xiàn)：

[1]Transportation Research Board.Access management manual 2nd edition （AMM2）[M]. Washington，D.C，.2014.[2]Transportation Research Board.Highway Capacity Manual 2010[M].National Research Council，Washington DC，2010.

[3]王進(jìn)，楊曉光.平面式快速路出入口最小間距研究[J].城市交通，2010，8（3）：50-57.

[4]韓敏，沈巍.城市快速公路無控接入口與相鄰大型信號(hào)路口接入間距分析[J].貴州大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2017，34（4）：115-118.

[5]潘兵宏，余小龍.高速公路主線同側(cè)連續(xù)入口最小間距研究[J].公路，2017（6）：1-7.

[6]王靈利，李新偉，潘兵宏，等.高速公路主線側(cè)連續(xù)出口最小間距研究[J].鐵道科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2016，13（4）：626-631.

[7]張東明，周雪梅.快速路組合匝道幾何設(shè)計(jì)研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)（交通科學(xué)與工程版），2019，43（2）：258-261.

[8]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.城市快速路設(shè)計(jì)規(guī)程（CJJ 129-2009）[S].中國建筑工業(yè)出版社，2009.