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基于交通微观仿真的多互通立交路段交通运行特征分析

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郑楠

摘要：由于城市建设的扩张，新城区道路接入城郊高速公路的需求日益增加，同一城市区域的高速公路存在多个互通的情况也越来越多。互通立交间的距离较近时，立交分合流区的交通会产生相互的干扰。研究针对多个互通立交的路段，通过交通流微观仿真，对多个互通立交区分、合流区主要断面的平均速度、延误以及交通冲突等交通运行特征进行分析。并通过不同的预测交通量，对远期多互通立交路段的交通运行与交通需求的适应性进行分析。

Abstract： Due to the expansion of urban construction， the demand for new urban roads to access suburban expressways is increasing， and there are more and more multi-interchange situations in the same urban area expressway. When the distance between the interchanges is short， the traffic in the interchange and junction area will cause mutual interference. The study analyzes the traffic flow characteristics of multiple intersecting interchange sections and the average speed， delays and traffic conflicts of the main sections of the intersecting interchange through traffic flow micro-simulations. Based on the different forecast traffic volume， the adaptability of traffic operation and traffic demand of long-term multi-interchange sections is analyzed.

关键词：多互通立交区;交通微观仿真;分合流区;平均速度;延误;交通量

Key words： multi-interchange;traffic micro-simulation;split and merge area;average speed;delay;traffic volume

中图分类号：TP391.9 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文献标识码：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章编号：1006-4311（2020）08-0255-04

0 ?引言

由于城市建设的扩张，在城郊高速公路新增互通立交连接新城区道路的需求也日益增加。在同一城市区域内的高速公路存在多个互通立交的情况也越来越多。而互通立交之间在距离较近的情况下，各分、合流区域的交通会存在相互的干扰，在高速公路主线形成连续的分、合流交织区域，会降低主线以及分合流区域的交通通行效率。而随着远期交通量的不断增加，在分、合流区域可能会产生拥堵，进而影响主线交通的通过效率。

研究主要通过交通微观仿真，对存在多个互通立交的路段的交通流运行特征进行仿真。通过主要分合流区域的主线、连接部、匝道等断面的平均速度、平均延误以及交通拥堵现象等指标，基于不同的预测交通量，对远期多互通立交路段的交通运行特征及其与交通需求之间的适应性进行分析。

1 ?互通立交区仿真建模流程

针对高速公路多互通立交区的建模，主要包括了路网模型、交通流输入数据、仿真模型参数标定、仿真运行参数采集以及数据分析评估[1]四个步骤。其目标是为了评价多互通立交区的交通运行状态以及方案对远期交通增长的适应性。

1.1 路网仿真模型建立

在路网仿真模型中，主要包括静态路网模型、通行规则以及各车道通行车辆类型、限速等进行建模。

第一步，根据设计图或现场卫星图等，通过准确的主线、匝道及变速车道的宽度、车道数以及长度等信息，建立高速公路静态路网基础模型。

第二步，根据主线优先的让行原则，对冲突点设置优先通行的规则。并在分、合流变速车道及其连接部与主线、匝道之间的冲突点前，建立减速让行的分界线，当优先通行的车道断面检测到有车辆通过时，让行的车道的车辆在分界线前会提前减速让行。

第三步，對主线各车道的通行车辆类型进行定义。主要根据实际的高速公路对各类型车辆通行规则的管理方式，定义车道是能够通行所有机动车、禁止大货车通行禁止大车通行等通行车辆类型进行定义。

第四步，依据路段限速规则，可以对各个车道进行限速设置。

1.2 交通流输入数据

交通流输入数据可以依据实际观测交通量，或者特征年交通量预测的结果，对不同交通组成、交通量等在仿真中进行定义。根据转向交通量分布，对立交区不同车型转向交通的比例在仿真中进行设置。

在仿真过程中，可以对不同时间段设置不同的交通量，从而得到不同交通量条件下的运行状态仿真结果。

1.3 仿真模型参数标定

在仿真模型的参数标定时，主要对断面的车辆运行速度进行标定。依据实际对高速公路在分、合流区域的主要断面以及路段随机选取的断面进行速度调查，根据不同车型的速度的分布曲线，在仿真中调整不同车道、车型的速度分布曲线分布。

1.4 仿真运行参数采集与评估

在对立交区域的交通运行状态进行分析，主要通过平均速度、最大排队延误以及平均行程时间等指标进行评估[2][3]。在仿真中，主要通过设置断面数据采集器获取平均速度、最大排队延误等信息，通过在第一个立交起点前至最后一个立交终点后一定长度的路段，设置行程时间检测器获取路段的平均行程时间数据。采集的数据可以对不同的立交方案、交通量等进行对比分析。

2 ?交通运行状态仿真评估实例分析

项目通过对某新区高速公路在A、B两个互通立交之间新增C互通立交为例，采用仿真分析方法，对新增立交后对交通流运行状态的影响进行分析。在建立仿真模型时，主要对道路模型、交通组成、（转向）交通量、冲突区、路段限速以及交通流状态检测设施的设置进行建模。

2.1 建立仿真模型

在道路模型中，分别对未增加和新增C互通立交的情况进行仿真。原高速公路主线为双向六车道;在新增C互通立交的情况下，C互通立交与B之间主线为双向八车道，C互通立交与A互通立交之间为双向六车道。

在仿真试验中，交通组成参照《工可》中的车型构成情况以设计小时交通量进行仿真模拟。在冲突区的设置，按照主线交通优先的原则进行路权分配，对于匝道间的冲突区域以主要的交通流方向优先的原则进行路权分配。道路限速以主线120km/h或100km/h，立交区限速值适当降低的方式进行限速。

在分析中，主要通过对主线设置行程时间检测器，以及对各主线各分合流区设置断面数据采集设施的方式，分别对行程时间、平均速度、最大排队延误等参数进行分析。

2.2 仿真结果分析

在项目中主要对2018年、2025年以及2037年对应设计小时交通量条件下，对交通运行状态进行仿真，并对主线行程时间、分合流区平均速度以及最大延误进行了对比分析。

2.2.1 主线行程时间

在仿真中，从下行A互通起点前至B互通终点后范围内选取7500m的路段，以及上行B互通起点前至A互通终点后范围内选取7500m的路段，作为行程时间统计的起终点，对不同方向、不同车型分别在2018年、2025年以及2037年的交通量预测结果下的行程时间进行对比，仿真结果如表1所示。

随着交通量的增加，各方向行程时间也随之增加。其中C至A方向在2037年各车型的行程时间增加较为显著，行程时间均超过了500s。

新增C互通立交后，各方向各车型的行程时间均有所增加，在2018年和2025年，增加的时长并不明显。但在2037年，A至B方向在新增C立交后，各车型的行程时间增加约110s;B至A方向新增加C立交后，小客车行程时间约增加114s（增幅20%），货车约增加164s（增幅28%），大客车约增加191s（增幅33%）。

综上评价，主线内平均行程时间的增加主要受交通量的影响，而在新增立交前后对主线行程时间的影响相对较小。

2.2.2 主要断面平均速度

在仿真中，主要对A、B、C互通立交的与主线相连接的合流区、分流区等8个断面进行平均速度的检测。其仿真结果如表2所示。

由仿真结果可知，在2018年及2025年对应的交通量条件下，新增C互通立交后各断面的平均速度均有所下降，2025年，新增C互通立交后各断面小客车速度基本小于100km/h，货车平均速度基本小于80km/h。而在2037年在新增C互通立交后部分断面平均速度有所增加，这主要是由于车辆在该断面前已存在瓶颈，而实际通过该断面的交通量较小，对平均速度的而影响较小的原因。

综上所述，在新增C互通立交后，各主要断面的平均速度均有所降低。而当交通量达到2037年的预测结果时，路段中存在瓶颈，影响道路的实际通行能力。

2.2.3 主要断面最大排队延误

对最大排队延误的检测的断面设置同平均速度。对各断面最大排队延误的仿真结果如表3所示。

由仿真结果可知，随着交通量的增加，各主要断面的排队延误明显增加。而在新增C互通立交后，在2025年和2037年，主线新增C互通立交处的路段的最大排队延误增加较为明显。

2.2.4 交通流运行状态分析结果

根据仿真的结果，若交通量在2018年对应的交通量的条件下，在新增C互通立交后，主线基本能够保持正常的通行;在2025年对应的交通量条件下，行程时间及延误增加;在2037年对应的交通量条件下，各分合流区域容易出现严重的拥堵现象，在新增C互通后，由于变道需求的增加，拥堵现象严重。

3 ?结论

在同一城市区域内的高速公路存在多个互通立交的情况下，而互通立交之间在距离较近的情况下，各分、合流区域的交通会存在相互的干扰，采用交通微观仿真的方式对存在多个互通立交的路段的交通流运行特征分析，能够较为直观的对交通拥堵现象进行分析，并通过仿真中队平均速度、延误以及行程时间等参数的采集，分析不同方案、不同交通量下多互通立交路段的交通通行效率。對远期多互通立交路段的交通运行特征及其与交通需求之间的适应性进行分析。交通微观仿真能够为复杂的多互通立交路段下新增互通方案的比选、分析等能够提供较为直观并且科学的辅助决策方法。

参考文献：

[1]贾献卓.基于微观交通仿真的枢纽互通建设交通组织方案实例研究[J].公路，2017，62（02）：153-159.

[2]陈瑾.高速公路互通式立交出口和入口设置相关技术指标研究[D].长安大学，2016.

[3]陈春安，荣建，周晨静，常鑫.分、合流区通行能力分析方法改进研究[J].道路交通与安全，2015，15（06）：1-5.

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