快速路出口匝道地面銜接區(qū)交織段交通影響因素分析

■鄒 彬 邱美華 方欣欣

（福建農(nóng)林大學(xué)金山學(xué)院，福州 350002）

快速路具有很多優(yōu)點(diǎn)， 如減少紅綠燈數(shù)量、縮減交叉口布建等，從而縮短行程時(shí)間，提高行程速度和效率[1]。 同時(shí)，快速路也能夠降低混合交通事故的發(fā)生[2]。 但交通擁堵的情況會(huì)影響快速路功能的發(fā)揮，從而影響與其相連道路上的交通流速度。 尤其是出口匝道的交通問題，當(dāng)出口匝道交通出現(xiàn)擁堵時(shí)，車輛形成的排隊(duì)會(huì)延伸影響到快速路主路交通的通行，而匝道地面銜接區(qū)的交織情況對(duì)出口交通的影響是比較大的[3-5]。 因此要重視快速路對(duì)城市道路交通流運(yùn)行的影響，尤其是在其出口匝道地面銜接區(qū)交織段。

1 交織段交通影響因素分析

根據(jù)對(duì)交織段交通的影響因素進(jìn)行調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)以下6 個(gè)因素對(duì)出口匝道地面銜接區(qū)交織段的交通影響較大。

1.1 出口匝道橫向位置

出口匝道的橫向位置很大程度上決定著交織區(qū)交通流的復(fù)雜程度；它連接到輔路中部時(shí)，銜接段的交織程度由于輔路交通在上游分流而變低[6]。此外， 地面出口匝道常被連接到最里面的輔路，高架出口匝道常被連接到最外面或最中間的輔路。

1.2 出口匝道縱向位置

出口匝道縱向位置不僅影響出口匝道的銜接點(diǎn)，還影響輔路交叉口的銜接段長度[7]。 當(dāng)司機(jī)駕車離開出口匝道匯入輔道交通流時(shí)，是交織段為司機(jī)駕車轉(zhuǎn)換車道提供空間，因而交織段長度對(duì)于分析交織段運(yùn)行特征來說是非常重要的。

1.3 輔路的車道數(shù)

輔路車道數(shù)影響了輔路的通行能力，它與交織段車道數(shù)相同時(shí)，通行能力也相同[8]。

1.4 交通流量

影響交通流量的因素有出口匝道車流、輔道車流[9]。 輔道流量對(duì)司機(jī)駕車轉(zhuǎn)換車道影響較大，而出口匝道車流的順暢程度反映出交織段的交織程度。

1.5 連接交叉口的匝間交通比例

連接交叉口的匝間交通比例是“輔道的轉(zhuǎn)向交通量比”與“出口匝道的轉(zhuǎn)向交通量比”構(gòu)成的[10]。它決定了交織段的交織頻率。

1.6 設(shè)計(jì)速度

司機(jī)駕車轉(zhuǎn)換車道需要找到一個(gè)合適的空隙才能完成交織運(yùn)行。 而變道的基礎(chǔ)條件就是鄰道間距要大于司機(jī)駕車轉(zhuǎn)換車道的最小間隙[11]。 前后車距也是影響司機(jī)駕車速度的重要原因[12]。

2 交織段交通影響因素模型設(shè)計(jì)

根據(jù)交織段影響因素的分析及查閱文獻(xiàn)資料，建立交織段影響因素仿真模型，該模型選用了7 個(gè)變量，分別是輔路車道數(shù)、出口匝道縱向位置、輔路和出口匝道的交通量、 轉(zhuǎn)向交通比例以及設(shè)計(jì)速度。 （1）輔路車道數(shù)分析了2 到6 條，有5 種情況。（2）在研究分析出口匝道縱向位置時(shí)，選擇分析了100、140、180、220、260、300 m 等6 種交織長度。（3）交通量方面的研究主要分析了輔路和出口匝道的3 種服務(wù)水平，分別是暢通（飽和度0.4）、輕度擁堵（飽和度0.6）、和嚴(yán)重?fù)矶拢柡投?.9）。 （4）轉(zhuǎn)向交通比例則分析了“輔路/出口匝道”的4 種水平：輔路和出口匝道左轉(zhuǎn)∶直行∶右轉(zhuǎn)比例2∶1∶1、1∶1∶1、1∶2∶1和1∶1∶2。 （5）設(shè)計(jì)速度為20～60 km/h。 建立基本模型，設(shè)置車速的類別見圖1。設(shè)置需要評(píng)價(jià)行車延誤的路段長度見圖2。 基本模型建立完成見圖3。

圖1 VISSIM 模型車速設(shè)置

圖2 VISSIM 模型行車延誤區(qū)段長度設(shè)置

圖3 仿真運(yùn)行圖

通過控制上述試驗(yàn)變量進(jìn)行仿真分析，該模型的因變量為“交織段內(nèi)的車均延誤”，分別對(duì)自變量為“車道數(shù)”與因變量“交織段運(yùn)內(nèi)的均延誤”的仿真分析、“交織段長度”與因變量“交織段內(nèi)的車均延誤”的仿真分析、“輔路飽和度”與因變量“交織段內(nèi)的車均延誤” 的仿真分析等7 組仿真進(jìn)行分析，通過控制變量的方法分析這7 個(gè)變量對(duì)交通延誤的單獨(dú)影響，仿真運(yùn)行后輸出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果。 進(jìn)行單個(gè)影響因素仿真研究時(shí)取7 個(gè)變量中的1 個(gè)，其余6 個(gè)變量不變進(jìn)行仿真，每次仿真時(shí)長為1 h，最后輸出仿真數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究。

3 交織段交通影響因素模型分析

3.1 “車道數(shù)”與“交織段延誤”關(guān)系分析

當(dāng)其他變量一致且車道數(shù)在“2～6”區(qū)間變化時(shí)，“車道數(shù)”越多“交織段內(nèi)的車均延誤”越大（表1）。在實(shí)際工程中，為了防止輔路與駛離匝道的車輛交織在一起，當(dāng)出現(xiàn)交通流量大、車道多的連接路段的情況時(shí)，往往采取的措施是將隔離措施設(shè)置在輔路與匝道車輛相銜接前，這樣做的目的是防止輔路與駛離匝道的車輛交織在一起，造成不必要的干擾使得延誤變大[13]。 根據(jù)信號(hào)控制交叉口或轉(zhuǎn)向下游路段以完成左轉(zhuǎn)，車輛可以離開坡道左轉(zhuǎn)。

表1 “車道數(shù)”與“交織段延誤”關(guān)系情況

3.2 “交織段長度”與“交織段延誤”關(guān)系分析

當(dāng)其他變量一致且交織段長度在“100～300 m”變化時(shí)，“交織段長度”越大“交織段內(nèi)的車均延誤”越?。ū?）。當(dāng)車輛在入口處排隊(duì)時(shí)，若輔道相鄰交叉口和出口匝道銜接點(diǎn)的間距不夠?qū)е聸]有充足空間，將增加路段的交通沖突的現(xiàn)象，使交叉口和匝道出口的安全和交通效率受到很大影響。 因此，在設(shè)計(jì)入口匝道時(shí)，應(yīng)充分設(shè)計(jì)交織段的長度。

3.3 “輔路飽和度”、“出口匝道飽和度”與“交織段延誤”關(guān)系分析

當(dāng)其他變量一致且飽和度在“0.4、0.6、0.9”之間變化時(shí)，“輔路飽和度”和“出口匝道飽和度”越大“交織段內(nèi)的車均延誤”越大（表3、4）。 在道路通行能力不變的情況下，當(dāng)“輔路飽和度”高時(shí)，輔路的交通流密度大，因而前方車輛間距小，導(dǎo)致匝道上的車輛很難找到一個(gè)安全的空檔來變道。 當(dāng)“出口匝道飽和度”高時(shí)，匝道上的車輛到達(dá)率高，因而匝道上的車輛要依次找到能插入出口的輔道， 導(dǎo)致在匝道上車輛容易排隊(duì)。 相對(duì)于“匝道飽和度”水平，輔道的通行能力越大，交織段的交織復(fù)雜程度越大。

3.4 “輔路轉(zhuǎn)向比例”、“出口匝道轉(zhuǎn)向比例”與“交織段延誤”關(guān)系分析

當(dāng)其他變量一致且轉(zhuǎn)向比例在 “1∶1∶1、1∶2∶1、1∶1∶2、2∶1∶1”之間變化時(shí)，“輔路轉(zhuǎn)向比例”越大“交織段內(nèi)的車均延誤”越大（表5）。 “出口匝道轉(zhuǎn)向比例”越大“交織段內(nèi)的車均延誤”越?。ū?）。因?yàn)槌隹谠训赖淖钔鈧?cè)車道在它的橫向位置的地方，在匝道轉(zhuǎn)彎比例增大時(shí)，離開匝道需要向左變道進(jìn)入交織段的車輛比例減小，同時(shí)減少了交織段交通流的擁堵，進(jìn)而減少了“交織段內(nèi)的車均延誤”。

表4 “出口匝道飽和度”與“交織段延誤”關(guān)系情況

表5 “輔路轉(zhuǎn)向比例”與“交織段延誤”關(guān)系情況

3.5 “設(shè)計(jì)速度”與“交織段延誤”關(guān)系分析

當(dāng)其他變量一致且設(shè)計(jì)速度在 “20～60 km/h”變化時(shí)，“設(shè)計(jì)速度”越大“交織段內(nèi)的車均延誤”越?。ū?）。 “設(shè)計(jì)速度”越高，車輛的行駛速度越高，車輛間的安全距離也需要越長，這樣可以讓車輛在變道時(shí)有更多的安全空隙進(jìn)行選擇，所以“交織段內(nèi)的車均延誤”越小，反之，行車速度變慢，車與車的間隔越小，不便于變道。

4 交織段長度研究

因?yàn)閷?duì)交織段長度進(jìn)行分析時(shí)，考慮的長度范圍是100～300 m，結(jié)果分析不是很顯著，所以再一次仿真分析“交織段長度”與“交織段內(nèi)的車均延誤”在各種情形下的關(guān)系。

根據(jù)模型分析的結(jié)果可以體現(xiàn)交通量對(duì)交織段的影響極其顯著，為了進(jìn)一步更加直觀的體現(xiàn)進(jìn)行再一次組合仿真分析，選擇暢通飽和度、輕度擁堵飽和度和嚴(yán)重?fù)矶嘛柡投鹊姆?wù)水平來組合即0.4、0.6、0.9，產(chǎn)生9 種結(jié)果。該結(jié)果能夠反映匝道流量、輔路流量的情況（表8）。

表8 交通流量飽和度組合情況

基于上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)通過VISSIM 分析得出 “交織段內(nèi)的車均延誤”在不同交織段長度和交通流量時(shí)的情況（圖4）。

圖4 “交織段車均延誤”與“交通流量飽和度組合”的關(guān)系曲線

由圖4 可知，在“交通量”相同的情況下，其他交通環(huán)境也一致時(shí)，單獨(dú)的使“交織段長度”增加會(huì)導(dǎo)致“交織段內(nèi)車均延誤”先降低再逐漸穩(wěn)定。 在“交織段長度”≤300 m 時(shí)即100、200、300 m 的交織段長度情況時(shí)，“交織段長度”的增加會(huì)導(dǎo)致“交織段內(nèi)車均延誤”的程度明顯，特別是飽和度組合趨向于擁堵狀態(tài)時(shí)，行車延誤值的差異較大；在“交織段長度”＞300 m 時(shí)，“交織段長度” 的增加導(dǎo)致“交織段內(nèi)車均延誤”的程度不明顯，此時(shí)的交織段長度對(duì)延誤的影響降低了，所有“交織段內(nèi)車均延誤”＜5 s。 綜上分析，快速路出口匝道地面銜接區(qū)交織段長度最好＞300 m。

圖4 中還體現(xiàn)了組合5 的交通量是較為理想的交通量組合，即輔路飽和度以及出口匝道飽和度都達(dá)到輕度飽和時(shí)，受交織長度的影響不大且這時(shí)的延誤不高，組合5 之前的組合雖然延誤不高但是考慮到資源過剩的因素應(yīng)該選取最合適的飽和度組合，組合5 之后的組合隨著飽和度的增加而延誤顯著增加。 因此，為了充分合理利用資源，輔路飽和度與快速路出口匝道飽和度均應(yīng)控制在輕度擁堵飽和度水平，即0.6。

5 總結(jié)

本研究分析了交織段的影響因素，并利用VISSIM 仿真軟件建立模型，通過對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析研究得出結(jié)論：快速路出口匝道地面銜接區(qū)交織段長度＞300 m，輔路飽和度與快速路出口匝道飽和度在輕度擁堵飽和度即0.6 時(shí)， 通行效率是最佳的。 研究成果可為快速路出口匝道地面銜接區(qū)交織段長度的布設(shè)提供設(shè)計(jì)依據(jù)。 但研究的主要對(duì)象是出口匝道地面銜接區(qū)域的交織段， 未考慮到路段上游以及臨近道路的交通運(yùn)行狀況對(duì)交織區(qū)交通的影響， 后續(xù)可在此基礎(chǔ)上做進(jìn)一步的深入研究。