程鈺 于春艷 靳露

收稿日期：2024-03-11

作者簡介：程鈺（1979—），男，博士，教授，研究方向：巖土工程，低碳交通。

通信作者：靳露（1980—），女，碩士，講師，研究方向：交通控制，低碳交通。

摘要 隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，城市化進程不斷向前邁進，農(nóng)村人口不斷向城市涌入，機動車的數(shù)量也不斷增加。盡管城市道路不斷建設(shè)，但是仍出現(xiàn)供不應(yīng)求的現(xiàn)象，于是在城市道路建設(shè)中出現(xiàn)了縱向分離。為了解決城市道路的一些問題，在城市中修建立交，讓城市在橫向和縱向兩個方向都進行分離。文章對城市立交交織區(qū)進行了研究，有利于城市交通的順暢運行。

關(guān)鍵詞 交織區(qū)；運行特性；改善方法

中圖分類號 U491文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）09-0021-04

0 引言

我國對交織區(qū)的研究起步比較晚，起初主要是參考國外其他學者的研究成果，然后對我國的交織區(qū)進行分析。1975年國外學者Pignataro等人[1]通過回歸分析的方法估計出了交織車輛和非交織車輛的速度估計方程；2000年Lertworawanich等人[2]通過特定的方法研究了A型和B型交織區(qū)的通行能力；張雪榆等人[3]（2020）對城市車道交織區(qū)的微觀駕駛行為特征進行了分析。之后的幾年國外對交織區(qū)的研究主要集中在交織區(qū)的長度、交織區(qū)的車道數(shù)等一些影響交織區(qū)的因素，還對交織區(qū)的交通運行特性，對速度、密度和流量之間的關(guān)系等進行了研究。

1 城市立交交織區(qū)交通運行特性分析

交織區(qū)是道路系統(tǒng)的重要組成部分。交織的定義[1]為行駛方向大致相同的兩股或多股車流，沿著相當長的路段，不借助于交通控制設(shè)施（交通引導標識除外）而形成的交叉。在同一方向上的兩股或多股交通流交叉運行時形成交織區(qū)[4]。

1.1 交織區(qū)流量特性

1.1.1 交織區(qū)流量分布特性

根據(jù)晚高峰流量觀測，為了方便交織區(qū)上游基本路段、下游基本路段、入口匝道和出口匝道的交通量的變化，分別統(tǒng)計了交織區(qū)單位小時的交通量，如表1所示。

表1 交織區(qū)交通量匯總

名稱 交通量/（輛/h）

交織區(qū)上游 1 560

交織區(qū)下游 1 164

入口匝道 660

出口匝道 1 080

由表1可知，入口匝道和出口匝道的交通量相差較大，出口匝道的交通量遠大于入口匝道的交通量，說明經(jīng)過交織區(qū)變換車道的車輛大多數(shù)是進入主線行駛；交織區(qū)上游的交通量遠大于交織區(qū)下游的交通量。

1.1.2 交織流量比和交織比特性

交織流量比是指交織區(qū)內(nèi)交織交通量和總交通量的比值。交織流量比能夠反映交織區(qū)交織車輛相對數(shù)目的多少，而交織比能夠反映兩個交織方向的交織車輛相對行駛的車輛數(shù)目。

表2 交織流量比與交織比

時間 0～5 5～10

交織流量比 0.6 0.9

交織比 0.4 0.3

從表2可以看出，兩個時段的交織交通量分布不平衡，前段時間車流量較大，交織不能順暢完成；而后段時間內(nèi)兩個方向的交織車輛的數(shù)目不同，交織不平衡，駛出交織區(qū)的交通量要比駛?cè)虢豢梾^(qū)的交通量多。通過交織流量比可以明顯地看出，交織車輛在交織區(qū)總交通量的所占比例越大，交織車輛就會相對增加，交織次數(shù)就會增多。當交織車輛增多時，會影響交織區(qū)的通行能力，可能發(fā)生擁堵，嚴重時還可能會導致相連道路發(fā)生擁堵，若駕駛員不注意時還可能會發(fā)生交通事故。

1.2 交織區(qū)速度特性

區(qū)間平均車速的定義：在某一特定瞬間，行駛于道路某一特定長度內(nèi)，全部車輛車速分布的平均值。當觀測長度一定時，其數(shù)值為地點車速觀測值的調(diào)和平均值，其計算公式如（1）所示：

（1）

式中，——區(qū)間平均車速（km/h）；n——車輛行駛于路段長度s的次數(shù)；vi——第i輛車的地點車速（km/h）；s——路段長度（km）；ti——第i輛車的行駛時間（s）。

交織區(qū)各車道的區(qū)間平均車速見表3所示：

表3 交織區(qū)各車道區(qū)間平均車速

車道名稱 內(nèi)側(cè)車道 中間車道 外側(cè)車道

區(qū)間平均車速/（km/h） 23 43 56

從表3可以看出，交織區(qū)車道的區(qū)間平均速度依次是外側(cè)車道最高、中間車道次之、內(nèi)側(cè)車道最低。內(nèi)側(cè)車道受交織的影響，出口匝道的交通量多于入口匝道的交通量，而最外側(cè)車道幾乎不受交織的影響。

1.3 交織區(qū)車頭時距特性

車頭時距[5]是指同向行駛的車流中，前后相鄰兩輛車行駛通過某一段面的時間間隔。

1.3.1 交織區(qū)各車道車頭時距分布

交織區(qū)各車道車頭時距分布如表4～6所示：

表4 交織區(qū)內(nèi)側(cè)車道車頭時距分組表

分組 組中值 觀測頻數(shù)/

（輛/h） 累計頻數(shù)/

（輛/h） 觀測頻率 累計頻率

0—1 0.5 0 0 0 0

1—2 1.5 36 36 0.034 483 0.034 483

… … … … … …

9—10 9.5 6 1 038 0.005 747 0.994 253

10—11 10.5 6 1 044 0.005 747 1

表5 交織區(qū)中間車道車頭時距分組表

分組 組中值 觀測頻數(shù) 累計頻數(shù) 觀測頻率 累計頻率

0—1 0.5 0 0 0 0

1—2 1.5 6 6 0.013 889 0.013 889

… … … … … …

23—24 23.5 6 420 0.013 889 0.972 222

24—25 24.5 12 432 0.027 778 1

表6 交織區(qū)外側(cè)車道車頭時距分組表

分組 組中值 觀測頻數(shù) 累計頻數(shù) 觀測頻率 累計頻率

0—1 0.5 6 6 0.008 772 0.008 772

1—2 1.5 36 42 0.052 632 0.061 404

… … … … … …

18—19 18.5 6 678 0.008 772 0.991 228

19—20 19.5 6 684 0.008 772 1

1.3.2 交織區(qū)各車道車頭時距的平均值和方差

交織區(qū)各車道車頭時距的平均值和方差參見表7所示：

表7 交織區(qū)各車道車頭時距和方差

車道名稱 平均值 方差

內(nèi)側(cè)車道 4.48 3.1

中間車道 8.91 35.51

外側(cè)車道 5.92 23.38

從表7分析得出，內(nèi)側(cè)車道車頭時距最小，中間車道車頭時距最大，可以看出中間車道大部分只是起到交織變換車道的作用，大部分車輛在交織區(qū)上游能夠完成車道變換。內(nèi)側(cè)車道車頭時距分布均勻，交通流連續(xù)；外側(cè)車道交通流受交織車輛的影響，交通流發(fā)生中斷。

1.4 交織區(qū)交通流三參數(shù)關(guān)系

交通流的三個基本參數(shù)為交通量Q、行車速度V、車流密度K。車流密度是指某一瞬間內(nèi)單位道路長度上的車輛數(shù)目。車流密度的計算公式如（2）所示：

/（輛/km） （2）

式中，N——路段內(nèi)的車輛數(shù)（輛）；L——路段長度（km）。

交通流三參數(shù)的基本關(guān)系如公式（3）所示：

Q=VK （3）

式中，Q——平均流量（輛/h）；V——區(qū)間平均速度（km/h）；K——平均密度（輛/km）。

1.4.1 速度—密度關(guān)系

1934年，格林希爾茲提出了速度和密度之間的關(guān)系模型，其公式如下：

v （4）

式中，vf——暢行速度（km/h）；Kj——阻塞密度（輛/km）。

根據(jù)交織區(qū)測得的數(shù)據(jù)，分別得到某立交出口交織區(qū)各車道“速度—密度”回歸模型R2值，參見表8所示：

表8 各車道速度—密度回歸模型R2值

車道名稱 R2

外側(cè)車道 0.942 1

中間車道 0.785 6

內(nèi)側(cè)車道 0.865 5

由表8可看出，中間車道“速度—密度”回歸擬合程度最差，內(nèi)側(cè)車道“速度—密度”回歸擬合程度最好。

1.4.2 流量—密度關(guān)系

由公式（3）和公式（4）可以得出流量與密度的基本關(guān)系式如下：

Q=Kvf （5）

式中，vf——暢行速度（km/h）；Kj——阻塞密度（輛/km）。

根據(jù)交織區(qū)測得的數(shù)據(jù)，分別得到某立交出口交織區(qū)各車道“流量—密度”回歸模型R2值，參見表9所示。

由表9可看出，外側(cè)車道流量—密度回歸擬合程度最差，內(nèi)側(cè)車道流量—密度回歸擬合程度最好。

1.4.3 速度—流量關(guān)系

對公式（4）進行變形，然后代入公式（5）可以得到流量與速度的基本關(guān)系如下：

Q （6）

式中，vf——暢行速度（km/h）；Kj——阻塞密度（輛/km）。

表9 各車道流量—密度回歸模型R2值

車道名稱 R2

外側(cè)車道 0.975 2

中間車道 0.915 4

內(nèi)側(cè)車道 0.813 9

根據(jù)交織區(qū)測得的數(shù)據(jù)，分別得到某立交出口交織區(qū)各車道“速度—密度”回歸模型R2值，參見表10所示：

表10 各車道速度—流量回歸模型R2值

車道名稱 R2

外側(cè)車道 0.945 4

中間車道 0.814 7

內(nèi)側(cè)車道 0.704 6

從表9可以看出，內(nèi)側(cè)車道“速度—流量”回歸擬合程度最差，外側(cè)車道“速度—流量”回歸擬合程度最好。

2 城市立交交織區(qū)改善方法

交織區(qū)內(nèi)的交織行為主要有從匝道進入主線，以及從主線進入匝道的車輛部分交織。某立交的交織方式既有從匝道進入中間車道的車輛與從中間車道變換到內(nèi)側(cè)車道的車輛形成的交織，也有從匝道連續(xù)兩次變換車道變換到最外側(cè)車道的車輛與最外側(cè)車道直接從交織區(qū)上游行駛至交織區(qū)下游的車輛形成的交織，還有最外側(cè)車道變換到最內(nèi)側(cè)車道的車輛與其他兩車道的車輛形成的交織，如圖1所示。

圖1 交織區(qū)交織方式示意圖

整個變換車道過程可分為五個過程（如圖2所示）：車輛在交織區(qū)進行變換車道前的準備活動；駕駛員尋找間隙并準備變換車道；調(diào)整車速進行換道行為；完成換道后進行車頭時距調(diào)整；根據(jù)需要可能調(diào)整車速。

2.1 增加交織區(qū)的長度

增加交織區(qū)的長度，車輛駕駛員將有足夠的時間進行交織前的準備活動，可以完成交織過程中的全部五個過程，調(diào)整合適的速度和車頭時距，以最快的速度、最安全的行駛方式通過交織區(qū)。當交織區(qū)的長度增加時，駕駛員在駕駛車輛時緊張感會有所降低，駕駛員變換車道的準確性將會得到提升，變換車道的成功率將會增加，交織區(qū)的交通組織會得到改善，有助于提升交織區(qū)的通行能力。

圖2 交織區(qū)變換車道示意圖

2.2 增設(shè)隔離設(shè)施

在兩個車道之間設(shè)置物理隔離，當車輛從匝道進入主線時，只能從隔離欄的一端進入；當主線上的車輛從主線進入匝道時，只能從隔離欄的另一端進入。如圖3所示，這樣避免了在兩車道之間出現(xiàn)車輛任意交織的現(xiàn)象，能夠有效地防止交通流的紊亂，提高交織區(qū)車輛的行駛速度，減少擁堵的發(fā)生，進而提高交織區(qū)的通行能力、盡量避免交通事故的發(fā)生。

圖3 增加隔離護欄

2.3 交叉口優(yōu)化

城市立交出口車道延伸到與地面路口相交的信號交叉口控制，稱為落地處交叉口控制，落地處交叉口如圖4所示。

落地處交叉口的運行狀況會影響交織區(qū)的運行狀況。當交通量較大時，對落地處的交叉口進行優(yōu)化，可提高交叉口通行能力，可以間接影響交織區(qū)的交通情況。當落地出交叉口的車流能夠順利通行時，車輛不會溢滿到交織區(qū)。

對落地處的交叉口進行感應(yīng)信號控制。在交通流較大的路口設(shè)置檢測器，在平時，交通流較大的道路上總是綠燈。當檢測器在一段時間內(nèi)檢測不到車流量大的道路上有車量時，將會轉(zhuǎn)換相位；當檢測到車流量大的道路上有車輛時，將返回車流量大的道路上。

2.4 規(guī)范標志標線

道路交通標志具有引導駕駛員在道路上安全行駛的作用。城市立交交織區(qū)范圍內(nèi)若不設(shè)置或不能規(guī)范相應(yīng)的指示標志，不能明確的指出此路段的行駛信息，導致駕駛員行駛緊張，速度減慢，致使交織區(qū)路段的交通不暢；若設(shè)置的交通標志只是依照先前的常規(guī)經(jīng)驗，未能充分進行實地調(diào)查，只關(guān)注相應(yīng)的規(guī)范，而忽略與本地城市立交的實際交通量相符合，即使設(shè)置了道路交通標志也不能給交織區(qū)帶來積極的影響。

圖4 落地處交叉口示意圖

道路交通標線的設(shè)計與實施的不規(guī)范，具有很大的盲目性和隨意性。如果城市立交交織區(qū)的標線不能夠結(jié)合整個路網(wǎng)進行施畫，則不能對級別較高的信息進行表達；交織區(qū)域的指示標線和警告標線之間相互配合性差，會導致駕駛?cè)藛T出現(xiàn)誤判導致交通事故的發(fā)生。

3 結(jié)論

通過該文調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，交織區(qū)最外側(cè)車道中從交織區(qū)上游基本路段直接駛?cè)虢豢梾^(qū)下游基本路段，幾乎不受交織車輛的影響；內(nèi)側(cè)車道中交通流量最大，相鄰兩車之間連續(xù)經(jīng)過同一橫斷面的時間間距最小，車頭時距的方差最?。唤豢椳囕v大部分在交織區(qū)上游完成交織行為。

參考文獻

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