伍 丹 盧長春

南京萊斯信息技術(shù)股份有限公司 江蘇 南京 210000

隨著我國經(jīng)濟的快速增長和城市規(guī)模的不斷擴大，主要大中城市基本建成了相對完善的城市快速路網(wǎng)絡(luò)，滿足城市各組團之間的快速出行需要，可緩解城市交通壓力，為出行者提供快速、安全、高效的出行服務(wù)。然而，汽車保有量逐年攀升帶來的交通需求不斷增加，城市快速路不再快速，出現(xiàn)了車輛行駛緩慢、入口處交通秩序混亂、交通事故頻發(fā)的諸多問題，如何對快速路進(jìn)行控制,保證快速路的出行效率成為亟待解決的重要課題。入口匝道控制被公認(rèn)為是解決快速路交通問題最為有效的措施之一，在國內(nèi)外很多城市已得到廣泛地應(yīng)用。本文總結(jié)國內(nèi)外對入口匝道控制研究的理論和方法，結(jié)合南京匝道控制的現(xiàn)狀問題，通過對交通組織和信號控制的一體化分析，提出定向車道與交替放行的匝道控制模式，為解決其他城市快速路擁堵問題提供經(jīng)驗借鑒。

1 入口匝道控制方法

入口匝道控制指運用交通信號、交通標(biāo)志及自動欄桿等交通控制設(shè)備調(diào)節(jié)進(jìn)入高速道路主線車輛的數(shù)量，通過平衡入口匝道上游交通需求和下游主線通行能力的方法，防止高速道路運營陷入癱瘓狀態(tài)，讓高速道路系統(tǒng)以最優(yōu)效率運行，并且改善通過匝道進(jìn)入主線車輛的匯合安全性。

目前國內(nèi)城市采用的快速路匝道控制方法主要有匝道關(guān)閉法、匝道定時控制法、匝道感應(yīng)交匯控制法、匝道系統(tǒng)控制、入口匝道與地面交叉口的協(xié)調(diào)控制五種方法。

(1) 匝道關(guān)閉法[1]。是一種臨時、簡單、有效的應(yīng)急措施，一般情況下不可經(jīng)?；蜷L時間使用，在高峰期間經(jīng)常使用匝道關(guān)閉法。這種控制方法的做法有：人工設(shè)置柵欄、自動彈起式柵欄等。

(2) 匝道定時控制法

這種控制是采用調(diào)節(jié)方法限制進(jìn)入快速道路交通量的一種控制。匝道定時限流控制是根據(jù)路段當(dāng)前交通量的實際需要和在對路段歷史交通信息進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上來確定匝道的調(diào)節(jié)率，所以它的調(diào)節(jié)率是一個或多個固定值[2]。定時匝道控制法具有算法簡單，易于操作、實施方便等優(yōu)點，但是無法根據(jù)實時道路交通情況對匝道調(diào)節(jié)率進(jìn)行修正。

(3) 匝道感應(yīng)交匯控制法

在快速路和匝道上都裝有檢測器，獲取實時交通數(shù)據(jù)信息。根據(jù)不同的控制方案，通過就地控制器或中心計算機，實施限流控制，限流率可依據(jù)交通信息做相應(yīng)調(diào)整。匝道調(diào)節(jié)可看作對快速道路、匝道和匝道引道上交通監(jiān)視的一種反應(yīng)[3]。控制方案的大量變量可根據(jù)交通參數(shù)的各種組合獲得。

(4) 匝道系統(tǒng)控制

是將一系列匝道集中起來作為整體系統(tǒng)統(tǒng)一考慮的交通控制方法，稱為匝道系統(tǒng)控制，其限流率根據(jù)整個系統(tǒng)的交通量與通行能力之差確定。整體車輛感應(yīng)限流控制能適應(yīng)交通量變化要求，使整個系統(tǒng)的車流保持最佳化，若快速道路某段發(fā)生交通事故，這種控制就顯得特別有效[4]。此時，發(fā)生事故的下游匝道，其限流率會自動增加，而上游匝道的限流率會自動減少。

(5) 入口匝道與地面交叉口的協(xié)調(diào)控制

當(dāng)入口匝道的長度較短或者匝道與地面道路交叉口距離較近時，入口匝道控制的排隊有可能會發(fā)生溢流，并最終阻塞地面道路上游交叉口，進(jìn)而引起地面道路和快速路整個系統(tǒng)運行效率的降低[5]。這種情況下，需要進(jìn)行地面道路關(guān)聯(lián)交叉口與入口匝道的協(xié)調(diào)控制，其基本原則包括：快速路主線車輛優(yōu)先通行；避免入口匝道的超長排隊影響地面道路的正常運行；入口匝道排隊溢流時，提前發(fā)布誘導(dǎo)策略等引導(dǎo)車輛選擇其他路徑[6]。

目前，國內(nèi)對于入口匝道控制的實際應(yīng)用主要集中在對匝道的控制上，對主線控制和整個匝道系統(tǒng)控制理論的應(yīng)用較少。北京、上海的匝道控制均為入口匝道的開閉控制和入口匝道的定時、自適應(yīng)控制，不對主線進(jìn)行控制；重慶市快速路立交眾多，針對道路多車道匯入節(jié)點車輛爭道搶行、變道加塞、違規(guī)變道等交通問題，使用分車道自適應(yīng)控制，通過設(shè)置車道信號燈來控制上游車輛分批進(jìn)入交織區(qū)，從時間上分離多股交匯車流效果明顯。

2 定向車道+交替放行控制模式

結(jié)合北京、上海、重慶等城市已有的匝道開閉控制和分車道信號控制經(jīng)驗，根據(jù)南京市匝道現(xiàn)有通行狀況和矛盾交織點分析，對快速路主線和匝道進(jìn)行交通組織和信號控制一體化設(shè)計，提出“主線匝道交替、定向車道不控”的控制模式，即在合流段，對主線部分車道與匝道采用信號控制，并交替放行，均衡快速路與匝道的負(fù)載，緩解由于交通流沖突造成的城市交通混亂、堵塞問題，保障城市交通安全有序；同時，靠近中分帶的車道設(shè)置為快速路定向車道，可自由通行，不受主線紅燈信號控制，減少信號控制對快速路車輛的影響，保證主線通行效率。

如圖1所示，快速路最左側(cè)車道（車道1）設(shè)置定向車道，該車道的車輛在合流點可不受信號控制不停車通過，保證快速路通行效率。快速路右側(cè)兩個車道（車道2和車道3）與匝道的兩個車道（車道4和車道5）受信號控制，進(jìn)行交替放行，保障合流點安全有序。采用信號控制可根據(jù)實際流量情況進(jìn)行定時控制和自適應(yīng)控制。

圖1 定向車道+交替放行控制模式示意圖

3 案例應(yīng)用

南京市通勤日快速路早高峰最堵的地點是應(yīng)天大街高架路段，高德大數(shù)據(jù)顯示的某入口匝道合流段早高峰區(qū)間8點的平均速度約為18.6km/h，晚高峰區(qū)間18點的平均速度約為19.7km/h。主要原因是南京市應(yīng)天大街高架的中華門、雨花路等多處快速路入口及合流段交通流量較大，導(dǎo)致早晚高峰應(yīng)天大街高架主線快速路與匝道合流段秩序混亂，效率降低，通行不暢。為緩解快速路擁堵問題，選取了應(yīng)天大街高架的某一入口匝道為例，進(jìn)行“定向車道+交替放行”控制模式的設(shè)計和仿真驗證。

3.1 匝道控制優(yōu)化方案

為保證應(yīng)天大街高架主線最左側(cè)車道正常通行，在主線車輛停止線上下游300m范圍，高架主線受控與非受控車道之間設(shè)置禁止跨越同向車道分界線。

應(yīng)天大街高架主線與匝道合流處的導(dǎo)流線由原來的20m增加到40m。高架主線受控車道車輛停止線設(shè)置在合流點下游60m處，主線車道信號燈布設(shè)在主線停止線下游20m處，同時在受控車道停止線上游40m設(shè)置禁止跨越同向車道分界線。

上橋匝道車輛停止線設(shè)置在合流點下游80m處，匝道信號燈安裝于匝道停止線下游20m處，在匝道停止線上游40m設(shè)置禁止跨越同向車道分界線。合流點至匝道車輛停止線區(qū)域也應(yīng)設(shè)置禁止跨越同向車道分界線。

圖2 現(xiàn)狀交通組織

圖3 “定向車道+交替放行”交通組織設(shè)計

3.2 匝道控制仿真分析

仿真區(qū)域是入口匝道（西向東）上下游各500m，總共1000m的范圍。本報告分別仿真了現(xiàn)狀和信號控制方案實施后的交通情況，仿真采用的是微觀仿真主流軟件vissim，根據(jù)現(xiàn)狀數(shù)據(jù)和匝道控制交通組織設(shè)計圖按照1：1的比例進(jìn)行建模和仿真；輸入車流量是在路口實際調(diào)查統(tǒng)計得到。本次仿真流量選取矛盾相對集中的早高峰時段進(jìn)行仿真分析。

現(xiàn)狀和匝道控制仿真主線流量為4221pcu/h，匝道流量為1708pcu/h。車輛組成中小車占95%，大車占5%。

仿真結(jié)果顯示，現(xiàn)狀渠化條件下，快速路高峰期車輛通行秩序混亂，停車延誤大，車輛平均速度較慢。仿真平均速度為20.65km/h，與高德大數(shù)據(jù)顯示的實際數(shù)值較為接近，說明仿真模型建立合理，仿真結(jié)果具有一定的可信度。

“定向車道+交替放行”控制模式仿真的流量數(shù)據(jù)、車輛組成與現(xiàn)狀仿真參數(shù)一致，根據(jù)交通組織設(shè)計方案添加了交替放行的信號控制。根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，也考慮與地面交叉口的協(xié)調(diào)，初步確定四種配時方案，并進(jìn)行仿真實驗，選取合適的信號控制配時方案。

方案（1）：根據(jù)實際調(diào)查的流量情況和配時工作人員的經(jīng)驗得出的定周期方案。周期為65s，主線綠燈31s，黃燈3s；匝道綠燈28s，黃燈3s。

方案（2）：考慮匝道與地面相近交叉口的協(xié)調(diào)控制方案。周期與地面相同設(shè)置為130s，主線綠燈80s，黃燈3s；匝道綠燈44s，黃燈3s。

方案（3）：考慮匝道與地面相近交叉口的大小周期協(xié)調(diào)控制方案。周期與地面相同設(shè)置為130s，考慮周期長度和排隊長度因素，設(shè)置大小周期。其中大周期主線綠燈57s，黃燈3s，匝道綠燈22s，黃燈3s；小周期主線綠燈22s，黃燈3s，匝道綠燈17s，黃燈3s。

方案（4）：根據(jù)Webster公式計算得出方案。

最佳周期時長公式：

其中：

有效綠燈時長公式：

其中：

計算得出的方案周期為100s，主線綠燈58s，黃燈3s；匝道綠燈36s，黃燈3s。

圖4 現(xiàn)狀仿真

圖5 “定向車道+交替放行”控制模式仿真

表1 信號控制方案仿真主要參數(shù)對比

從配時效果來看，配時方案（2）的指標(biāo)參數(shù)較好。下面以配時方案（2）的控制效果與現(xiàn)狀仿真情況進(jìn)行對比分析，選取平均停車次數(shù)、平均延誤、到達(dá)車輛數(shù)、平均速度作為評價指標(biāo)。

表2 匝道控制效果評價

從仿真評價結(jié)果來看，采用“定向車道+交替放行”控制模式來對快速路入口匝道進(jìn)行交通管理，能有效的緩解匝道口交通擁堵，秩序混亂的狀況，優(yōu)化方案能起到提高車輛的行車速度，減少停車延誤，減少停車次數(shù)，保障交通安全的作用，驗證了“定向車道+交替放行”控制模式的有效性。

4 總結(jié)

本文總結(jié)現(xiàn)有入口匝道控制的方法和經(jīng)驗，提出了一種“定向車道+交替放行”控制模式，并通過vissim進(jìn)行控制前后的仿真，選取了延誤、停車次數(shù)、速度、到達(dá)車輛數(shù)等參數(shù)作為評價指標(biāo)，驗證了“定向車道+交替放行”控制模式對解決快速路入口匝道交通擁堵和秩序混亂問題的有效性，對解決國內(nèi)快速路匝道控制問題具有借鑒意義。但是也存在一些不足，例如出行者對快速路設(shè)置信號控制的適應(yīng)性，與該匝道相連接的上下游匝道口的暢通性，入口匝道與地面交叉口的協(xié)調(diào)性等需要考慮的問題，后續(xù)將對多個連續(xù)入口匝道的控制進(jìn)行研究并實際應(yīng)用。