于淏波 吳磊 李雨航 羅偉光 孫宇鐸

摘 要：近年來，隨著我國的快速發(fā)展、人口數(shù)量的激增，各大、中城市的交通擁堵問題已嚴(yán)重制約了城市發(fā)展。本文基于總延誤最小的潮汐車道數(shù)計算模型確定潮汐車道的數(shù)量，以南京市定淮門大街為例，并結(jié)合VISSIM仿真軟件進(jìn)行驗證，對比潮汐車道設(shè)置前后的交通運行參數(shù)，分析發(fā)現(xiàn)設(shè)置潮汐車道后的平均車速、排隊長度、延誤等參數(shù)均有所改善，從而證明該路段潮汐車道設(shè)置的可行性及有效性。

關(guān)鍵詞：道路擁堵;交通流特性;潮汐車道;仿真驗證

1 引言

南京市定淮門大街是南京市主城區(qū)與國家級江北新區(qū)之間的重要通道，雖然該道路經(jīng)過了快速化改造，但早高峰進(jìn)城，晚高峰出城依舊存在嚴(yán)重道路擁堵現(xiàn)象，需要進(jìn)一步改善。本項目旨在對其交通量、車速、通行能力等指標(biāo)的調(diào)查，運用VISSIM仿真軟件進(jìn)行模擬，給出該路段潮汐車道的實施方案。

2 緒論

2.1 研究背景

城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和空間布局往往具有集聚效應(yīng)，不免會出現(xiàn)具有潮汐特征的交通擁堵。對于城市道路而言，這種現(xiàn)象在早晚通勤高峰中尤為明顯。為使有限的道路資源發(fā)揮最大的通行能力，對于具有典型潮汐現(xiàn)象的道路，可變潮汐車道技術(shù)是一種高效的解決方案。

2.2 研究意義

城市的發(fā)展與交通系統(tǒng)的建設(shè)和完善有著密不可分的關(guān)系。交通擁堵不僅影響人們的日常出行，還嚴(yán)重制約城市發(fā)展，影響城市環(huán)境。潮汐交通流造成的交通擁堵具有顯著的規(guī)律性，所以可通過適當(dāng)?shù)慕煌ㄕ{(diào)節(jié)和組織得以緩解。

3 潮汐車道設(shè)置條件

雙向車道的交通量不均衡是潮汐車道的必要條件，只有交通流滿足特定條件或達(dá)到一定程度時，才可以設(shè)置潮汐車道。雙向不均衡程度可用臨界方向分布系數(shù)來確定：

其中：—重交通流方向單一車道交通量

—輕交通流方向單一車道交通量

—重交通流方向車道數(shù)

—輕交通流方向車道數(shù)

從道路不均衡系數(shù)時，表示重交通流方向和輕交通流方向車流量無明顯差別，時，表示重交通流方向在整個雙向交通流中的比重大，且值越接近1，交通流在整個道路橫截面上的分布越不均勻，潮汐現(xiàn)象更加嚴(yán)重。

設(shè)置潮汐車道的邊界條件為：

4 潮汐車道的設(shè)置方法

4.1 基于BPR路阻函數(shù)的潮汐車道切換時機(jī)及其車道數(shù)量調(diào)整模型

道路交通阻抗函數(shù)（簡稱路阻函數(shù)）為行駛時間與交通負(fù)荷之間的函數(shù)關(guān)系，是交通分配的關(guān)鍵。目前最為廣泛使用的路阻函數(shù)是美國聯(lián)邦公路局函數(shù)（BPR函數(shù)）：

其中：—道路平均行駛時間（min）

—交通量為0時路段行駛時間，即路段長度L與交通量為0時車速的比值

—道路交通量（輛/小時）

—實際的道路通行能力

—參數(shù)，推薦值分別取

根據(jù)實際情況確定路阻目標(biāo)函數(shù)后，當(dāng)滿足切換條件時，潮汐車道系統(tǒng)則自動開啟潮汐車道切換，通過這一機(jī)制，實現(xiàn)道路資源的合理運用，使該路段的交通阻抗達(dá)到最小。

4.2 基于總延誤最小的潮汐車道數(shù)量計算

該模型為：

其中：n—路段上單方向車道數(shù)

q1—高峰時期輕交通流方向交通量

q2—高峰時期重交通流方向交通量

c1—輕交通流方向道路通行能力

c2—中交通流方向道路通行能力

ci—單一車道道路通行能力

m—輕交通流方向可供重交通流方向在高峰時期占用的車道數(shù)

r—單方向車道編號

L—路段長度（km）

T—高峰小時雙向交通流中車輛總延誤

tk—某一方向上高峰時期單一車輛行車延誤

vo—零流車速（路段上為空靜狀態(tài)時車輛自由行使的速度）

w—車道折損系數(shù)

j—交叉口折減

k—車道寬度折減系數(shù)

通過調(diào)整m取值，代入式（3-3）即可得到不同m值對應(yīng)的總延誤T，當(dāng)總延誤T最小時，m的取值即為最優(yōu)解。

5 實例分析與vissim仿真

5.1 定淮門大街現(xiàn)狀分析

由于該道路設(shè)置潮汐車道的長度受地理位置限制，本次研究選擇西起揚子江隧道口，東至江東北路之間的路段作為研究對象，全長約為1.1km。

項目組利用人工測量法對研究對象路段及交叉口進(jìn)行了早晚高峰流量調(diào)查。調(diào)查結(jié)果表明，該路段早晚高峰有較為明顯的潮汐交通特征，早高峰時段向東進(jìn)城方向車輛較多，而晚高峰時段向西行出城方向車輛較多。

定淮門大街早高晚高峰時段方向分布系數(shù)計算結(jié)果如表1所示，根據(jù)前述分析，當(dāng)車道數(shù)為6時，道路臨界方向分布系數(shù)應(yīng)為0.67。雖然研究路段的方向分布系數(shù)未達(dá)到臨界值，但已經(jīng)十分接近，所以早晚高峰時段該路段的交通量很大，易形成擁堵。

利用人工觀測法，選取10m路段長度作為基準(zhǔn)，通過測量不同車輛通過的時間，得到該路段高峰時段平均車速為40-56km，依據(jù)《城市道路工程設(shè)計規(guī)范》（CJJ37-2012）要求，采取折中原則，假定定淮門大街理論通行能力為1725km/h。按照初擬方案，將該路段設(shè)置為雙向7車道，以最中間車道作為潮汐車道，即早高峰時段東行的城方向為四條車道，西行出城方向為三條車道，晚高峰時段則相反。利用道路通行能力計算公式，得到該路段的理論通行能力計算結(jié)果如表2所示，可知設(shè)置潮汐車道后其雙向通行能力可以滿足其需要，因此對于該路段設(shè)置潮汐車道理論可行。

5.2 定淮門大街潮汐車道仿真分析

為驗證定淮門大街潮汐車道設(shè)置方案的效果，使用vissim仿真軟件進(jìn)行仿真分析，仿真時長為1h，采集時長為600s。根據(jù)上文潮汐車道數(shù)的確定，增設(shè)1條潮汐車道為最優(yōu)解，但該道路設(shè)有中間帶，兩側(cè)均有非機(jī)動車道，因此擬拆除中間帶并適當(dāng)壓縮兩側(cè)非機(jī)動車道來增設(shè)1條潮汐車道，改造之后雙向共有7條車道。

5.2.1 設(shè)置潮汐車道前各參數(shù)的設(shè)置及仿真

（1）導(dǎo)入定淮門大街衛(wèi)星圖。將定淮門大街的衛(wèi)星地圖導(dǎo)入vissim作為底圖，畫出定淮門大街路段以及與江東北路的交叉口。設(shè)置潮汐車道前，定淮門大街研究路段為雙向6車道，車道寬度為3.5m。

（2）車流量設(shè)置。對定淮門大街和江東北路交叉口進(jìn)行實地調(diào)查，分別調(diào)查四個進(jìn)口的左轉(zhuǎn)、直行、右轉(zhuǎn)三個行車方向的高峰小時交通量，將各行駛方向的車流量數(shù)據(jù)輸入到對應(yīng)路段。

（3）路徑?jīng)Q策設(shè)置。按照道路行駛標(biāo)志以及車輛實際行駛路徑進(jìn)行路徑?jīng)Q策。

（4）讓行規(guī)則設(shè)置。根據(jù)交通法規(guī)及各項規(guī)定設(shè)置各行車方向的讓行規(guī)則。

（5）信號燈控制設(shè)置。根據(jù)調(diào)查所得到的信號燈配時數(shù)據(jù)設(shè)置信號配時方案。

（6）檢測器設(shè)置（行程時間檢測器、數(shù)據(jù)檢測器、排隊計算器等）。在漓江路與定淮門大街交叉口東出口處設(shè)置行程時間檢測器起點，在定淮門大街與江東北路交叉口處設(shè)置行程時間檢測器終點，以同樣方法在交叉口其他進(jìn)口道和出口道上設(shè)置行程時間檢測器，用以檢測行程時間和延誤。并在各進(jìn)口道及潮汐車道停車線處設(shè)置數(shù)據(jù)檢測器和排隊檢測器，檢測各進(jìn)口車流量情況和排隊長度。

5.2.2 設(shè)置潮汐車道后參數(shù)設(shè)置及仿真

導(dǎo)入設(shè)置潮汐車道后的定淮門大街衛(wèi)星圖。早高峰時段，將東行進(jìn)城方向的車道數(shù)更改為4條，西行出城方向的車道數(shù)更改為3條;在晚高峰時段，將西行出城方向的車道數(shù)更改為4條，東行出城方向的車道數(shù)改為3條。其余設(shè)置條件均保持不變。

5.2.3 定淮門大街潮汐車道設(shè)置效果分析

為直觀體現(xiàn)潮汐車道設(shè)置前后的效果，分別以仿真得到的平均車速、延誤和排隊長度這三項指標(biāo)來衡量道路通行情況。

（1）平均車速對比。設(shè)置前早、晚高峰的平均車速分別為45km/h和43.7km/h ，設(shè)置后早、晚高峰的平均車速分別為48km/h和46.8km/h。

（2）延誤對比。設(shè)置前早、晚高峰的延誤分別為45s和40s，設(shè)置后早、晚高峰的延誤分別為36s和35s。

（3）排隊長度對比。設(shè)置前早、晚高峰的排隊長度分別為66m和60m，設(shè)置后早、晚高峰的排隊長度分別為56m和47m。

以上數(shù)據(jù)表明，設(shè)置潮汐車道之后，早晚高峰的車速均有小幅增加，排隊長度縮短近20%，因此通行延誤有了較為明顯的改善。證明設(shè)置潮汐車道有助于提高定淮門大街交通通行能力和通行效率。

6 結(jié)論與展望

結(jié)合實地交通調(diào)查數(shù)據(jù)、研究路段道路參數(shù)及相關(guān)專業(yè)理論基礎(chǔ)，提出南京市定淮門大街西起揚子江隧道口東至江東北路路段設(shè)置潮汐車道具有可行性，給出了研究路段潮汐車道規(guī)劃方案及實施建議。vissim仿真結(jié)果表明，設(shè)置潮汐車道可有效提高道路通行能力。

指導(dǎo)教師：陳青春

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