高速公路立交匝道優(yōu)化設計與提高通行效率研究

摘要：以連霍高速公路哈密至吐峪溝段改擴建項目互通式立交匝道為例，研究優(yōu)化匝道及其交叉口設計與提高其通行效率問題。提出了立交匝道設計原則、設計要點和設計方法，詳細闡述了優(yōu)化立交匝道交通流量和提高立交匝道通行效率的方法，以期改善高速公路立交匝道及其交叉口的交通流動性，減緩交通擁堵，提高公路通行效率。

關鍵詞：高速公路立交；立交匝道；優(yōu)化設計；交通流量；通行效率

0" "引言

高速公路立交匝道作為城市公路網(wǎng)絡的重要組成部分，其設計方案和運行效率直接關系到城市交通流暢度和居民出行舒適度，成為城市交通規(guī)劃和交通管理的關鍵問題之一。因此，對高速公路立交匝道的設計進行優(yōu)化，并通過智能交通管理手段提高匝道運行效率，對于緩解城市交通擁堵、提高交通系統(tǒng)整體效能具有重要意義。

1" "工程概況

G30連霍高速公路哈密至吐峪溝段改擴建項目按照雙向八車道標準進行建設，設計速度為120km/h，路線長度為345.209km，共設置大橋2座、中橋15座、小橋195座、涵洞644道、通道涵洞34道，設置16處互通式立交、16處天橋，路段監(jiān)控管理分中心1處，養(yǎng)護工區(qū)5處，服務區(qū)7處，項目總投資為204.38億元。全線共劃分12個土建施工標段（包含標段范圍內(nèi)房建及外水、外電工程）。本文以其互通式立交匝道為例，研究優(yōu)化匝道及其交叉口設計與提高其交通運行效率問題。

2" "立交匝道設計原則和設計要點

2.1" "立交匝道設計原則

立交匝道設計原則如下：根據(jù)路段的交通流量、地形條件和公路功能，合理規(guī)劃匝道的幾何形狀，以提高匝道的通行能力和安全性。針對路段的交通流量，進行詳細的分析和預測?？紤]不同時間段的交通峰值和谷值，以確定匝道的設計容量和需求。不同類型的匝道（入口匝道、出口匝道等）具有不同的幾何形狀。

充分考慮哈密至吐峪溝段的曲直、坡度等地形特點，設計時選擇合理的匝道曲線半徑和坡度，確保車輛在匝道上的平穩(wěn)通行。根據(jù)改擴建工程的整體規(guī)劃和路段的功能定位，確定匝道的類型和等級。

2.2" "立交匝道設計要點

2.2.1" "開展可行性評估

進行匝道及其交叉口設計前，開展可行性評估，考慮不同設計方案的經(jīng)濟性、社會影響等因素，選擇最優(yōu)設計方案。掌握設計要點，可以確保匝道交叉口在G30連霍高速哈密至吐峪溝段改擴建立交匝道工程中發(fā)揮最佳效果，提高整體路段的通行效率和安全性能。

2.2.2" "分析交叉口車流量

匝道的交叉口的設計是整個匝道系統(tǒng)的關鍵部位。為了設計好交叉口，需要對匝道及其交叉口的流量進行分配分析?？紤]不同方向的流量，以確定合理的車道數(shù)和流量分配，通過提高通行能力減緩交叉口擁堵。同時考慮非機動車和行人通行，確保匝道通行安全。

2.2.3" "進行幾何布局設計

根據(jù)匝道交叉口位置，進行幾何布局設計，包括匝道與主線的連接方式、交叉口形式等。在設計中要考慮是否需要立體交叉，是否通過設置天橋或地下通道提高通行效率。對匝道轉(zhuǎn)彎半徑進行合理設計，確保車輛能夠順暢轉(zhuǎn)彎，避免交叉口處車輛轉(zhuǎn)彎時發(fā)生擁堵。

同時，對超高段進行精確計算，滿足大型車輛的通行需求。根據(jù)交叉口流量和周邊交通狀況，選擇適當?shù)慕徊婵诓季衷O計。涉及到立交橋的交叉口，需要考慮不同方向匝道之間的立體交叉設計，以確保交叉口的通行效率和交叉口的安全性。

2.2.4" "設置應急和附屬設施

在匝道交叉口附近設置應急車道和救援設施，確保在緊急情況下能夠迅速進行應急通行和采取救援行動。在匝道幾何設計中充分考慮交通安全，設置標線、標牌、護欄等安全設施，提高駕駛員的注意力和公路通行的安全性能。

2.2.5" "環(huán)保和景觀設計

結合新疆南疆地域特點，注重環(huán)保和景觀設計。在匝道周邊進行綠化和景觀塑造，既美化了公路環(huán)境，又符合生態(tài)和可持續(xù)發(fā)展的要求。

3" "立交匝道設計方法

3.1" "匝道幾何形狀設計

在設計匝道時，必須考慮其幾何形狀符合實際需求，確保匝道的水平和垂直幾何要素符合標準要求，以保障車輛平穩(wěn)行駛。在設計匝道時，對未來交通需求預測則基于城市發(fā)展和交通變化進行，以確保匝道的長期使用。

通過模擬分析，了解匝道在不同流量條件下的性能，包括平均速度、延誤時間、排隊長度等指標。評估車輛行駛的可視性和交叉流的沖突點。應根據(jù)交叉口的車流量選擇合適的匝道類型，確定車道的數(shù)量和寬度，以滿足通行需求。

3.2" "信號燈及景觀設計

匝道交叉口信號燈設置與優(yōu)化是關鍵環(huán)節(jié)之一，通過信號燈的合理布局和智能交通系統(tǒng)的應用，調(diào)整信號燈時序以提高交叉口的運行效率。信號燈調(diào)整是信號燈設計的重要組成部分。同時，景觀設計和綠化帶設置有助于提升駕駛員體驗興趣、減緩視覺疲勞。

3.3" "適時進行公路改擴建

公路改擴建是提升匝道交叉口通行能力的有效手段。通過增加車道數(shù)量、優(yōu)化車道寬度，或者考慮引入專用道，可以有效地緩解交叉口擁堵狀況，提高整體通行效率。

在進行公路改擴建時，必須充分考慮土地利用和環(huán)境影響，以平衡通行能力的提升對周邊社區(qū)的影響。這一設計過程是一個復雜而系統(tǒng)的工程，需要綜合考慮多個因素，以確保交叉口的通行達到最佳狀態(tài)。

3.4" "對設計方案進行改進

通過綜合考慮模擬結果，提出具體的改進意見。改進設計方案包括但不限于信號燈調(diào)整和公路擴建等措施。這一階段的目標是通過綜合考慮匝道通行能力、安全性和環(huán)境影響，形成最優(yōu)的設計方案，從而實現(xiàn)高速公路立交匝道的安全、高效和長期運行。

4" "優(yōu)化立交匝道交通流量

4.1" "信號控制的優(yōu)化

交通流量優(yōu)化方法在城市交通規(guī)劃和管理中扮演著至關重要的角色。為了有效理解、預測和改善交通系統(tǒng)的性能、優(yōu)化交通流量，需要綜合運用不同的交通流量優(yōu)化方法。信號控制優(yōu)化是一項關鍵工作，通過智能信號控制系統(tǒng)，可以實時監(jiān)測交叉口的流量狀況，調(diào)整信號燈的時序，以減少交叉口的延誤時間，提高公路通行能力。

4.2" "路徑與導流優(yōu)化

路徑與導流優(yōu)化也是重要手段，通過基于實時交通信息的最優(yōu)路徑，能夠降低整體路網(wǎng)的擁堵程度，提高車輛的通行效率。公共交通優(yōu)化、交叉口改造與擴建、交通管制與限行政策、車流調(diào)度與管理等手段也可以結合使用，以緩解擁堵，提高城市交通系統(tǒng)的整體通行能力。

4.3" "打造綠色智能化交通

運用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術實現(xiàn)綠色智能化交通，推動公路交通流量優(yōu)化。鼓勵使用環(huán)保型交通工具是一種可持續(xù)的優(yōu)化策略，有助于減少污染物排放，改善城市環(huán)境。

通過綜合應用不同的交通流量優(yōu)化方法，能夠更全面、有效地改善城市交通系統(tǒng)，提高交通效率、降低擁堵現(xiàn)象，實現(xiàn)城市交通可持續(xù)發(fā)展。通過采用科學的交通流量優(yōu)化方法，可以更好地認識匝道交叉口的交通特征，有針對性地進行設計優(yōu)化，從而提高交叉口的通行能力，提高公路整體交通運行效率[1]。

5" "提高立交匝道通行效率

5.1" "數(shù)據(jù)收集與處理

5.1.1" "數(shù)據(jù)收集

數(shù)據(jù)的全面和真實是數(shù)據(jù)分析準確性的基礎。在進行交通運行效率分析前，可選擇包括現(xiàn)場交通監(jiān)測、車輛軌跡追蹤、智能交通攝像頭記錄等多種適用的數(shù)據(jù)收集方法。

通過部署交通流量檢測器、車牌識別設備等現(xiàn)代技術手段，對匝道和交叉口的交通流量進行實時采集。采集的數(shù)據(jù)包括車輛數(shù)量、車速、流量峰值等信息，為后續(xù)公路通行效率的分析提供基本數(shù)據(jù)。

利用車輛軌跡追蹤技術，獲取車輛在匝道和交叉口內(nèi)包括加速度、減速度、停留時間等的行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)能夠揭示匝道內(nèi)車輛的行駛行為，為優(yōu)化設計提供參考。

5.1.2" "數(shù)據(jù)處理

采集到的原始數(shù)據(jù)可能存在噪聲和異常值，因此需要進行數(shù)據(jù)處理和清洗。采用統(tǒng)計學和機器學習等方法對數(shù)據(jù)進行分析和篩選，確保得到可靠的、具有代表性的數(shù)據(jù)。通過統(tǒng)計學手段對數(shù)據(jù)進行整體分析，繪制圖表展示交通流量、車輛行駛狀態(tài)等關鍵指標的變化趨勢。數(shù)據(jù)處理有助于深入理解匝道的交通運行狀況，為問題的診斷和解決提供依據(jù)。

5.1.3" "建立仿真模型

將經(jīng)過處理和清洗后的數(shù)據(jù)建立仿真模型，通過模擬不同交通流量條件下的匝道和交叉口運行情況，評估不同設計方案對交通運行效率的影響。通過數(shù)據(jù)收集、處理和建立仿真模型，能夠全面、準確地掌握匝道的交通運行狀況，為優(yōu)化匝道設計提供有力支持。

5.2" "分析立交匝道車流特點

5.2.1" "采集匝道車流量數(shù)據(jù)

在進行立交匝道車流量分析之前，使用交通流量檢測器和車牌識別設備等現(xiàn)代交通監(jiān)測技術，實時采集匝道進口的車輛數(shù)量、流量峰值、車速等車流量數(shù)據(jù)，準確把握不同進口道的交叉流量分布狀況，為后續(xù)的通行能力評估提供基礎信息[2]。

對交叉口的車流量進行時間分段統(tǒng)計，以了解交叉口在不同時間段內(nèi)的流量變化規(guī)律。特別關注交叉口的高峰期和低谷期，分析這些數(shù)據(jù)有助于識別交叉口的交通流動特點，為優(yōu)化信號控制策略提供參考。

5.2.2" "分析匝道通行效率

在車流量分析的過程中，需考慮不同進口道之間的交叉影響，例如左轉(zhuǎn)車道和直行車道的沖突情況。通過深入研究這些交叉影響，可以識別潛在的瓶頸點，并為設計階段提出改進建議。需將車流量分析的結果與交叉口的信號控制系統(tǒng)進行關聯(lián)，評估信號燈的時長、相位設置等參數(shù)對交叉口通行效率的影響，進一步優(yōu)化信號控制策略，提高立交匝道交叉口的整體運行效率。

通過流量分析等綜合手段，能夠全面了解立交匝道交叉口的交通流量狀況，為后續(xù)的設計優(yōu)化和交通管理決策提供科學依據(jù)，確保匝道及其交叉口的通行能力達到最佳水平。

5.3" "優(yōu)化交通信號控制系統(tǒng)

5.3.1" "全面的數(shù)據(jù)收集與分析

在立交匝道和交叉口設計中，通過綜合考慮流量分布、交叉影響和信號控制策略等方面，實現(xiàn)交通信號控制系統(tǒng)的優(yōu)化，對提升整體運行效率具有關鍵作用。

為了優(yōu)化交通信號控制系統(tǒng)，需要進行全面的數(shù)據(jù)收集與分析。采用交通流量檢測器、車牌識別設備等現(xiàn)代交通監(jiān)測技術，實時獲取交叉口各進口車道的流量、車速、車輛類型等數(shù)據(jù)。通過統(tǒng)計分析，深入了解不同時間段和進口車道的交通流量變化規(guī)律。、

通過車流量分析，深入研究立交匝道交叉口的交叉影響，考慮不同進口車道之間的車流量分布和沖突情況。特別關注高峰期和低谷期的流量特征，識別潛在的瓶頸點和交叉沖突點。通過這一步驟，為后續(xù)的信號控制系統(tǒng)優(yōu)化提供詳實數(shù)據(jù)支持。

5.3.2" "優(yōu)化交通信號控制策略

優(yōu)化交通信號燈的時長、相位設置和周期控制等參數(shù)，以適應不同時間段和流量變化的需求。采用自適應信號控制系統(tǒng)等智能化控制手段，根據(jù)實際交通狀況動態(tài)調(diào)整信號方案，提高靈活性和適應性。實施交叉口協(xié)調(diào)與同步策略，確保不同進口道之間的信號配合[3]。通過時間同步和相位協(xié)調(diào)，降低交叉口內(nèi)部的沖突概率，提高車輛通行效率。

采用先進的協(xié)調(diào)算法，考慮整個立交匝道交叉口的全局協(xié)調(diào)，優(yōu)化信號控制的整體效果。引入智能交通管理系統(tǒng)，通過先進的信息技術手段實時監(jiān)測交叉口的實際交通狀況。通過數(shù)據(jù)分析和預測，提前預警匝道和交叉口的擁堵情況，并根據(jù)預測結果調(diào)整信號控制策略，以應對突發(fā)事件和高峰期的挑戰(zhàn)。

6" "結束語

通過運用綜合手段，對高速公路立交匝道及其交叉口進行設計、對其公路通行效率進行分析，能夠?qū)崿F(xiàn)立交匝道及其交叉口的科學設計和精準優(yōu)化，為城市交通提供高效、安全、暢通的公路網(wǎng)絡。這一設計和優(yōu)化過程需要綜合應用跨學科技術，確保在各種不同路況下都能夠?qū)崿F(xiàn)最佳的匝道和交叉口的通行效率。

參考文獻

[1] 汪明杰.交通事故條件下高速公路限流研究[J].上海公路，2017（1）：67-71+6.

[2] 李燊.基于交通沖突的高速公路互通立交交通安全分析方法[D].南京：東南大學，2021，DOI：CNKI：CDMD：1.1018.137784.

[3] 汪正勇.高速公路合流區(qū)上下游交通流量特性分析及預測研究[D].重慶：重慶大學，2022.

（新疆交通科學研究院有限責任公司，新疆烏魯木齊" "830000）