城市快速路匝道最小间距模型

第5卷　第1期2005年3月交通运输工程学报Journal of Traffic and Transportation EngineeringVol 15　No 11Mar.2005收稿日期:2004210212基金项目:国家自然科学基金2通用“中国科学研究基金”项目(70122201/G0114)作者简介:龙科军(19742),男,湖南双峰人,长沙理工大学讲师,同济大学博士研究生,从事交通信息工程及控制研究.文章编号:167121637(2005)0120106205城市快速路匝道最小间距模型龙科军1,2,杨晓光2,王跃辉2,周志刚1(11长沙理工大学公路工程学院,湖南长沙　410076;21同济大学交通工程系,上海　200092)摘　要:匝道间距是路线设计中的重要内容,对交通流有决定性的影响。

根据城市快速匝道的特点,应用驾驶员行为理论,模拟了驾驶员城市快速匝道上的驾驶行为。

认为匝道间距是影响城市快速路主线运行状况的关键因素。

为了合理确定匝道最小间距,必须确定匝道组合模式和计算匝道加减速车道长度,并计算出车流从匝道汇入主线后,由于车流变道而形成交织车流长度。

由此建立了不同匝道组合模式下的匝道最小间距模型。

应用实例表明,当匝道间距不能满足最小间距时,车速降低,服务水平下降。

关键词:交通规划;匝道间距;驾驶行为分析;匝道组合模式;变道中图分类号:U491.12 文献标识码:AModels for determining minimum distance of ramps on urban expressw ayLON G Ke 2jun 1,2,YAN G Xiao 2guang 2,WAN G Yue 2hui 2,ZHOU Zhi 2gang 1(11School of Highway Engineering ,Changsha University of Science and Technology ,Changsha 410076,China ;21Department of Traffic Engineering ,Tongji University ,Shanghai 200092,China )Abstract :The distance of ramp s is t he key for designning road route ,it has a big effect on t he mainline t raffic flow of urban expressway.According to t he ramp s feat ures of urban expressway ,t he driving at t he ramp s of urban expressway was simulated wit h drivers behavior t heory.In order to determine t he minimum distance of ramp s t he lane lengt hes for acceleration and deceleration were calculated under different ramp st ruct ures ,and t he calculating formulas were given.The model for determining t he minimum distance of ramp s was developed.An example shows t hat when t he distance of ramp s is less t han t he minimum distance ,t he vehicle πs speed will be cut down ,t he service level of ramp s will be reduced.4tabs ,8figs ,9ref s.K ey w ords :t raffic planning ;ramp distance ;driving behavior analysis ;ramp combination mode ;lane changeAuthor resume :LON G Ke 2jun (19742),male ,lect urer ,doctoral st udent ,86221265988372,lonkj @.0　引　言目前,关于匝道间距的研究大多数是针对高速公路的。

美国俄勒冈州公路局、加州公路局相继出版的公路设计手册中对各种组合形式的匝道间距进行了规定;中国最近修编的《公路路线设计规范》[1]中也对高速公路相邻出入口最小间距给出了最小值和一般值;李硕等[2]以高速公路加速车道合流等待理论为基础,探讨了加速车道的设计方法;唐朝晖[3]对匝道组合以及匝道设计进行了分析;杨少伟[4]将汽车在立交匝道上的行驶状态划分为5个行驶过程,在此基础上分析了汽车在匝道上的行驶特性;龙科军等[5]从交织区通行能力的角度分析了城市高架道路出口匝道的设置问题。

所有这些成果为中国高速公路和城市快速路匝道规划和设计提供了很好的参考,然而,现有的研究大多是针对高速公路匝道的,而关于城市快速路匝道的研究则相对薄弱。

高速公路匝道和城市快速路匝道的区别主要体现在3个方面:高速公路出入口匝道一般坡度较缓,匝道车辆和主线合流前即可清楚地观察主线上的交通情况,而城市快速路一般为高架道路,匝道的坡度一般较陡,匝道车辆在进入加速车道前基本上很难了解主线的交通状况,这就导致了快速路加速车道上车辆的交通行为与高速公路的差异性;与高速公路相比,城市快速路匝道数量较多,匝道间距相对较小;为了确保快速路上交通标志对交通流的诱导功能,必须保证足够的交通标志确认距离[6～9]。

针对这些问题,本文首先总结了组合模式与匝道间距的关系,通过模拟匝道车辆进入主线的驾驶行为过程,将之分解为4个步骤:车辆对主线车流的认识感知、间隙确认、加速以及变道,在此基础上,建立了简单的计算模型;借鉴《美国通行能力手册》交织区通行能力计算方法,分析了匝道间的交织类型和交织长度;借鉴文献[6]中标志的设置方法,将车辆变道离开主线的过程分解为认知标志-理解标志-开始操作-完成操作4步,同时将车辆在此过程中经过的轨迹分为认知点、理解点、开始操作点、消失点、标志点和完成操作点6类,在此基础上分析了交通标志的设置位置;最后以上海市南北高架某2个匝道为例,对计算方法进行了检验。

1　匝道最小间距组成分析本文所指的匝道间距是入口匝道或出口匝道的三角区顶点之间的距离。

匝道间距是影响快速路主线运行状况的关键因素,从需求上来说,匝道数量越多,快速路的利用效率就越大,但是如果匝道数量过多,匝道间距过小,车辆上下快速路得不到充分加减速,而且由于车辆频繁进出主线,影响主线车流的速度,安全性也将大大降低。

因此,快速路的匝道间距必须满足某个下限,一旦小于这个下限,主线的道路行驶条件就得不到保证。

研究[1,2]表明,影响匝道最小间距的主要因素有:匝道组合模式、加减速车道长度、交织段长度、标志确认距离,下面分别对它们进行讨论。

111　匝道组合模式根据前后匝道的类型组合关系,可以将匝道组合模式分为4类,如图1～图4所示。

图中L a、L w、L s、L d分别为:加速车道长度、交织长度、标志确认距离、减速车道长度。

从图1～图4中可得到不同匝道组合模式下匝道最小间距的构成,见表1。

图1　匝道组合模式ⅠFig.1　Ramp combinationmodeⅠ图2　匝道组合模式ⅡFig.2　Ramp combinationmodeⅡ图3　匝道组合模式ⅢFig.3　Ramp combinationmodeⅢ图4　匝道组合模式ⅣFig.4　Ramp combinationmodeⅣ表1　匝道最小间距T ab.1　Minimum ramp distances匝道组合模式最小间距模式ⅠL a+max(L w,L s)+L d模式ⅡL a+max(L w,L s)+L a模式ⅢL s+L a模式ⅣL s+L d112　加减速车道长度车辆从匝道汇入主线或从主线进入匝道的过程中通常要经历观察—加速(减速)—变道的操作。

由于主线交通流匝道车流之间的区别,车辆在合流或分流过程中必须利用加减速车道调整车速,这种调整过程中加减速车道必须满足一定的要求。

11211　加速车道长度目前,中国城市快速路匝道设计中基本上沿用了高速公路的设计标准。

而高速公路和快速路的匝道车辆运行特性有一个最大的区别就是:高速公路匝道半径较大,与主线高程相差不大,因此匝道车辆在匝道上行驶的过程中,驾驶员可以比较清楚地掌握主线的交通状况;相反,城市快速路(高架道路)由于匝道一般与主线平行,为节约用地,匝道坡度一般较大,高差影响了匝道车辆驾驶员对主线车流的了解,在进入匝道入口三角区之前,匝道车辆基本上对主线车流一无所知。

因此,在计算城市快速路(高架道路)匝道加速车道长度时,必须充分考虑到这一重要的差异。

701第1期 龙科军,等:城市快速路匝道最小间距模型基于此,可以将加速车道上的车辆驾驶行为分解为4个过程,即:车辆对主线车流的认识感知过程、间隙确认过程、加速过程以及变道过程,对应的匝道加速车道长度为L a=L p+L g+L b+L c(1)式中:L a、L p、L g、L b、L c分别为加速车道长度、对主线车流认知行驶距离、间隙确认距离、车辆加速长度、车辆变道长度(过渡段长度)。

式(1)中L b、L c的计算方法在文献[3]中已有详细的论述,本文不再赘述。

由于缺乏匝道车辆在加速车道上的交通特性原始资料,车辆在加速车道上的行驶速度以及车辆在寻找插入间隙时间难以确定,L p和L g的确定非常困难。

因此,为简化问题,本文建议采用一种比较简单的近似方法:由于匝道车辆在进入匝道三角区以前对主线车流没有任何了解,可以假设匝道车辆在该三角区的顶点处速度为0,当主线外侧车道出现可插入间隙时,车辆加速汇入主线外侧车道,于是,加速车道长度为L a=L′b+L c(2)L′b=v2m/(2a0)(3)式中:v m为快速路主线设计车速;a0为车辆加速度,与车辆性能和道路纵坡有关;L c为过渡段长度,参考中国公路设计规范[1],取值见表2。

表2　过渡段长度规定值T ab.2　Length of transition section主线设计车速v m/(km・h-1)12080605040过渡段长度L c/m806050453511212　减速车道长度减速车道长度主要包括过渡段长度和减速距离,减速车道的过渡段长度与加速车道的过渡段长度基本相等,因此其取值可应用表2中的规定值。