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重庆交通大学 交通运输学院 重庆 40074
摘要：近年来，随着城区一体化建设，日益增多的城市道路交织路区严重影响着城市道路交通状况。本文通过调查对城市道路短交织区车辆运行特性进行分析，从流量控制与信号控制两方面提出城市道路交织区优化控制方法，最后基于VISSM进行仿真评价。
关键词：城市道路；交织区；优化控制；
交织区是城市道路的重要组成部分，其通畅性直接影响整个城市道路网络，针对城市道路交织路段的研究，目前国内外还没有系统的理论研究方法，国内目前对于交织段的研究主要集中在高速路和城市快速路[1]。随着城市外环快速路的建设，城市交通的连通性增强，外环快速路与城市道路的连接造成了大量的交织路段，城市道路交织区具有合流车道多，变道次数多，交织区段短[2][3]（一般不超过200m）的特点。为了改善城市道路交织区车辆运行状况，本文借鉴快速路交织段车辆特性分析方法[3]，结合城市平面交叉口控制方法對交织区进行控制。研究表明，分析交织区车流量，对交织区进行适当信号控制能有效提高交织区通行能力，对解决城市大部分交织区拥度问题有重要的意义。
1.交织区构型
交织区中驾驶员需要紧张地变换车道，从而导致该区域内的交通流紊乱程度超过了道路基本路段上正常出现的紊流，表现出交织区运行的特殊性。交织区常常成为城市道路中的拥挤路段，对交织路段内紊流进行改善是城市道路研究的重点，交织区构型图如图1所示。
图1 交织区构型图
交织区：两股或多股交通流在没有交通控制设施的情况下，沿着相同的大方向在相当长的路段中运行，其中相交而过的交通流成为交织。则交通流所在的该段道路称为交织区。
交织段：交织区内合流点与分流点之间的距离，用L表示，如图1所示。
合流点：不同来向车流相互汇合的点。
分流点：不同去向的车流分开的点。
交通流量：来向车流的交通量，用Qi表示。
优先通行权：具有优先通行权可以是指在相同条件下车道数较多、交通流量较大的道路被赋予更多的时空资源；在本研究中，即使车道与流量不占优的来向，出于对区域路网通行效率的整体考虑，同样需赋予优先通行权。
通行能力：每条分流车道的实际通行能力与车道最大通行能力的比率，用C表示。
1.交织区的交通特性及类型划分
钟连德等（2006）[4]对北京、上海以及广州三地环路进行调查汇总，按交织区构造，将我国快速路交织区划分为3类，见图2。
图2 快速路交织区类型划分
■Ⅰ型交织区中不管是从主道驶入匝道还是从匝道驶入主线每辆交织车辆为了完成交织运行，至少要进行一次车道变换，如图（a）所示。
■Ⅱ型的交织区是进出口之间具有辅助车道相连的交织区。Ⅱ型交织区中一组交织车流无需进行变道就可完成运行要求，另外一组交织车流需要一次车道变换完成运行，如图（b）。Ⅱ型交织区构造在早国内不常见，当交织流量比较大时，该构造形式比较有效。
■Ⅲ型交织区是两侧均有进出口的交织区，该型交织区中两组交织车流均需两次变道才能完成交织运行，如图（c）所示。
城市道路中交织区有别于城市快速路，城市道路交织区多与桥隧、立交连接，交织段距离短，交通流量大。从几何构型上讲城市道路交织区更为复杂，交织段距离更短，多为多股车流同时河流或分流形成的交织区。本文研究的城市道路交织区为2路或多路合流后迅速分流，交织段极短，且车辆进入交织段后必须立即变道的交织区，几何构型与Ⅰ型交织区相似。
2.交织区优化控制方法
根据交织区交通流特性，城市道路交织区拥堵问题的解决，必须从两方面进行考虑，即空间分离和时间分离，因此考虑用渠化或信号控制的方法对交织区进行优化控制。调查发现基于现有道路条件，很多道路不符合渠化条件。而在不同的道路优先权和道路的通行能力组合下，交织区优化控制方法不同，本文提出基于信号控制的方法对交织区进行优化控制，现分类阐述。
（1）交织区某合流进口车道有/无优先权，出口道路通行能力未达到饱和，遵循如下控制原则：
图3通行能力未饱和控制图
■假设出口道路c通行能力未达到饱和，即Qac+Qbc ■在合流点处设置停车线，对a-d、b-c流向车流进行控制，由于出口道路c通行能力未达到饱和，b-c流向的车流可以与a-c流向车流同时放行，因此a-c流向车流不须信号控制，b-d流向车流不须信号控制，流向控制图如图3所示。
■对于有优先权的流向，给予更多的车行绿灯时间。
■当出口道路d通行能力未饱和，同理。
（2）交织区某合流进口车道有/无优先权，出口道路通行能力达到饱和，遵循如下控制原则：
图4 通行能力饱和流向控制图
■假设出口道路c通行能力达到饱和，即Qac+Qbc>Cc。
■在合流点处设置停车线，对a-d、b-c流向车流进行控制，保证两股车流不交织；由于c出口通行能力饱和，则控制a-c、b-c流向不同时放行。
■因此采用进口a与进口b循环放行，流向控制图如图4所示。
■对于有优先权流向的，应给予更多的车行绿灯时间。
■当出口道路d通行能力饱和时，同理。
3.仿真评价及结论
以重庆市某地典型交织区为例，对该交织区采用信控方案与现有情况基于VISSIM进行仿真对比。
仿真条件
■交织段长40m，两来向为单车道交织，各来向输入车流流量逐渐增大至饱和流量；
■根据来向流量配时：周期46s，相位1、2绿灯时间均为20s。对行程时间、通过车辆数指标进行评价分析。
图5交织段流量逐渐增大行程时间对比图
图6交织段流量逐渐增大通过车辆数对比图
仿真结论
■随着输入流量的增加，交织段各流向行程时间增加；当输入流量为饱和流量时，a-d、b-c两个交织流向车流信控方案的行程时间较原情况明显缩短；当输入流量达到1000puc/h后，行程时间基本保持稳定。如图5所示。
■随着输入的流量增加，交织段各流向通过的车辆数递增；当输入流量为饱和流量时，a-d、b-c两个交织流向车流信控方案通过的车辆数较原情况增大明显；当输入流量达到1000puc/h后，通过车辆数不再增加。如图6所示。
■对交织车流信号控制后，两流向通过的车辆数较原未控制的骤增，输入的流量越大，信控的改善效果越明显。
4.总结
本文在充分了解现有城市道路交织区构型的基础上，根据城市道路交织区特性，结合现有快速路交织区理论方法，在不同的道路优先权和道路的通行能力组合下提出城市道路优化控制方法，研究表明该控制方法有效的缩短了车辆通行时间，提高了交织区道路通行能力。
参考文献：
[1]狄宣，张小宁，张红军.基于元胞自动机的快速路交织区建模仿真[J].交通与计算机，2008，26（2）.
[2]张碧琴，张强，马亚坤，李志波.Vissim在新建快速路交织区长度研究中的应用[J].道路与交通工程，2013，31（5）：32-35.
[3]任福田译.美国道路通行能力手册[C].人民交通出版社，2007.12.1.
[4]钟连德，荣建，孙小端，任福田.快速路交织区运行分析研究[J].北京工业大学学报，2006，32（10）.
摘要：近年来，随着城区一体化建设，日益增多的城市道路交织路区严重影响着城市道路交通状况。本文通过调查对城市道路短交织区车辆运行特性进行分析，从流量控制与信号控制两方面提出城市道路交织区优化控制方法，最后基于VISSM进行仿真评价。
关键词：城市道路；交织区；优化控制；
交织区是城市道路的重要组成部分，其通畅性直接影响整个城市道路网络，针对城市道路交织路段的研究，目前国内外还没有系统的理论研究方法，国内目前对于交织段的研究主要集中在高速路和城市快速路[1]。随着城市外环快速路的建设，城市交通的连通性增强，外环快速路与城市道路的连接造成了大量的交织路段，城市道路交织区具有合流车道多，变道次数多，交织区段短[2][3]（一般不超过200m）的特点。为了改善城市道路交织区车辆运行状况，本文借鉴快速路交织段车辆特性分析方法[3]，结合城市平面交叉口控制方法對交织区进行控制。研究表明，分析交织区车流量，对交织区进行适当信号控制能有效提高交织区通行能力，对解决城市大部分交织区拥度问题有重要的意义。
1.交织区构型
交织区中驾驶员需要紧张地变换车道，从而导致该区域内的交通流紊乱程度超过了道路基本路段上正常出现的紊流，表现出交织区运行的特殊性。交织区常常成为城市道路中的拥挤路段，对交织路段内紊流进行改善是城市道路研究的重点，交织区构型图如图1所示。
图1 交织区构型图
交织区：两股或多股交通流在没有交通控制设施的情况下，沿着相同的大方向在相当长的路段中运行，其中相交而过的交通流成为交织。则交通流所在的该段道路称为交织区。
交织段：交织区内合流点与分流点之间的距离，用L表示，如图1所示。
合流点：不同来向车流相互汇合的点。
分流点：不同去向的车流分开的点。
交通流量：来向车流的交通量，用Qi表示。
优先通行权：具有优先通行权可以是指在相同条件下车道数较多、交通流量较大的道路被赋予更多的时空资源；在本研究中，即使车道与流量不占优的来向，出于对区域路网通行效率的整体考虑，同样需赋予优先通行权。
通行能力：每条分流车道的实际通行能力与车道最大通行能力的比率，用C表示。
1.交织区的交通特性及类型划分
钟连德等（2006）[4]对北京、上海以及广州三地环路进行调查汇总，按交织区构造，将我国快速路交织区划分为3类，见图2。
图2 快速路交织区类型划分
■Ⅰ型交织区中不管是从主道驶入匝道还是从匝道驶入主线每辆交织车辆为了完成交织运行，至少要进行一次车道变换，如图（a）所示。
■Ⅱ型的交织区是进出口之间具有辅助车道相连的交织区。Ⅱ型交织区中一组交织车流无需进行变道就可完成运行要求，另外一组交织车流需要一次车道变换完成运行，如图（b）。Ⅱ型交织区构造在早国内不常见，当交织流量比较大时，该构造形式比较有效。
■Ⅲ型交织区是两侧均有进出口的交织区，该型交织区中两组交织车流均需两次变道才能完成交织运行，如图（c）所示。
城市道路中交织区有别于城市快速路，城市道路交织区多与桥隧、立交连接，交织段距离短，交通流量大。从几何构型上讲城市道路交织区更为复杂，交织段距离更短，多为多股车流同时河流或分流形成的交织区。本文研究的城市道路交织区为2路或多路合流后迅速分流，交织段极短，且车辆进入交织段后必须立即变道的交织区，几何构型与Ⅰ型交织区相似。
2.交织区优化控制方法
根据交织区交通流特性，城市道路交织区拥堵问题的解决，必须从两方面进行考虑，即空间分离和时间分离，因此考虑用渠化或信号控制的方法对交织区进行优化控制。调查发现基于现有道路条件，很多道路不符合渠化条件。而在不同的道路优先权和道路的通行能力组合下，交织区优化控制方法不同，本文提出基于信号控制的方法对交织区进行优化控制，现分类阐述。
（1）交织区某合流进口车道有/无优先权，出口道路通行能力未达到饱和，遵循如下控制原则：
图3通行能力未饱和控制图
■假设出口道路c通行能力未达到饱和，即Qac+Qbc
■对于有优先权的流向，给予更多的车行绿灯时间。
■当出口道路d通行能力未饱和，同理。
（2）交织区某合流进口车道有/无优先权，出口道路通行能力达到饱和，遵循如下控制原则：
图4 通行能力饱和流向控制图
■假设出口道路c通行能力达到饱和，即Qac+Qbc>Cc。
■在合流点处设置停车线，对a-d、b-c流向车流进行控制，保证两股车流不交织；由于c出口通行能力饱和，则控制a-c、b-c流向不同时放行。
■因此采用进口a与进口b循环放行，流向控制图如图4所示。
■对于有优先权流向的，应给予更多的车行绿灯时间。
■当出口道路d通行能力饱和时，同理。
3.仿真评价及结论
以重庆市某地典型交织区为例，对该交织区采用信控方案与现有情况基于VISSIM进行仿真对比。
仿真条件
■交织段长40m，两来向为单车道交织，各来向输入车流流量逐渐增大至饱和流量；
■根据来向流量配时：周期46s，相位1、2绿灯时间均为20s。对行程时间、通过车辆数指标进行评价分析。
图5交织段流量逐渐增大行程时间对比图
图6交织段流量逐渐增大通过车辆数对比图
仿真结论
■随着输入流量的增加，交织段各流向行程时间增加；当输入流量为饱和流量时，a-d、b-c两个交织流向车流信控方案的行程时间较原情况明显缩短；当输入流量达到1000puc/h后，行程时间基本保持稳定。如图5所示。
■随着输入的流量增加，交织段各流向通过的车辆数递增；当输入流量为饱和流量时，a-d、b-c两个交织流向车流信控方案通过的车辆数较原情况增大明显；当输入流量达到1000puc/h后，通过车辆数不再增加。如图6所示。
■对交织车流信号控制后，两流向通过的车辆数较原未控制的骤增，输入的流量越大，信控的改善效果越明显。
4.总结
本文在充分了解现有城市道路交织区构型的基础上，根据城市道路交织区特性，结合现有快速路交织区理论方法，在不同的道路优先权和道路的通行能力组合下提出城市道路优化控制方法，研究表明该控制方法有效的缩短了车辆通行时间，提高了交织区道路通行能力。
参考文献：
[1]狄宣，张小宁，张红军.基于元胞自动机的快速路交织区建模仿真[J].交通与计算机，2008，26（2）.
[2]张碧琴，张强，马亚坤，李志波.Vissim在新建快速路交织区长度研究中的应用[J].道路与交通工程，2013，31（5）：32-35.
[3]任福田译.美国道路通行能力手册[C].人民交通出版社，2007.12.1.
[4]钟连德，荣建，孙小端，任福田.快速路交织区运行分析研究[J].北京工业大学学报，2006，32（10）.