城市快速路匝道最小间距模型

图1 匝道组合模式 Ⅰ
Fig. 1 Ramp combination mode Ⅰ
图2 匝道组合模式 Ⅱ
Fig. 2 Ramp combination mode Ⅱ
图3 匝道组合模式 Ⅲ
Fig. 3 Ramp combination mode Ⅲ
图4 匝道组合模式 Ⅳ
Fig. 4 Ramp combination mode Ⅳ
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。
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 。 11 21 1 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பைடு நூலகம்; 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 。
′ L b = vm / ( 2 a0 )
2
类型也不同 ,需要的交织长度也各有区别 。一般来 说 ,匝道之间交织段的类型有 2 类 ,下面以主线为 3 车道为例 ,分别对这 2 类交织进行讨论 。 11 31 1 交织类型 Ⅰ 匝道车辆与主线 合流后 , 为了获取更大 的车速 将从 车道 1 变 道进入车道 2 , 而主线 车流 中 部 分 车 辆 因 为
Abstract : The distance of ramp s is t he key fo r designning road ro ute , it has a big effect o n t he mainline t raffic flow of urban exp ressway. According to t he ramp s feat ures of urban exp ressway , t he driving at t he ramp s of urban exp ressway was simulated wit h driver s behavior t heory. In order to determine t he minimum distance of ramp s t he lane lengt hes for acceleratio n and deceleratio n were calculated under different ramp st ruct ures , and t he calculating formulas were given. The mo del fo r 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 vehicleπs speed will be cut down , t he service level of ramp s will be reduced. 4 tabs , 8 figs , 9 ref s. Key words : t raffic planning ; ramp distance ; driving behavior analysis ; ramp co mbinatio n mo de ; lane change Author resume : L ON G Ke2jun ( 19742) , male , lect urer , doctoral st udent , 86221265988372 , lo nkj @so hu. co m.
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交 通 运 输 工 程 学 报
2005 年
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 ( 1) La = Lp + L g + L b + Lc 式中 :L a 、 Lp 、 Lg 、 Lb 、 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 ′ ( 2) La = L b + Lc
Models f or determining minimum distance of ramps on urban expressway
L ON G Ke2jun1 ,2 , YAN G Xiao2guang2 , WAN G Yue2hui2 , ZHOU Zhi2gang1
( 11 School of Highway Engineering , Changsha U niversity of Science and Technology , Changsha 410076 , China ; 21 Depart ment of Traffic Engineering , To ngji U niversity , Shanghai 200092 , China)
表1 匝道最小间距
T ab. 1 Minimum ramp distances
匝道组合模式 模式 Ⅰ 模式 Ⅱ 模式 Ⅲ 模式 Ⅳ
最小间距
L a + max ( L w , L s ) + L d L a + max ( L w , L s ) + L a L s + La Ls + Ld
11 2 加减速车道长度
[1 ] 行了规定 ; 中国最近修编的 《公路路线设计规范》
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
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
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 .
第 1 期 龙科军 ,等 : 城市快速路匝道最小间距模型 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 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 。