高速公路交织区服务水平分析

高速公路交织区服务水平分析
摘要: 随着社会经济的发展，高速公路上互通数量的增多，导致相邻互通或相邻出入口的间距较近，车辆行驶时存在行车交织，为评价交织区的服务水平，保证行车安全，本文讲述了交织区服务水平的分析方法。

通过该方法的运用，可判断出高速公路交织区路段的服务水平，并采取相应的改进措施。

关键词:高速公路；交织区；构型；服务水平；分析
中图分类号：u412.36+6 文献标识码：a 文章编号：
1、引言
行驶方向相同的两股或多股交通流，沿着一定长的路段，不借助交通控制设施进行的交叉，定义为交织。

当合流区后面紧跟着分流区，或当一条驶入匝道紧接着一条驶出匝道，并在二者之间有辅助车道连接时，就构成了交织区。

在交织区内，由于驾驶员必须选择通向不同方向的车道，需要变换车道，因而交织区内的交通流有一定的紊乱，会不同程度的影响路段的通行能力或交通安全。

高速公路需对交织区路段的服务水平进行分析，以确保通行能力及行车安全。

2、交织构型
对于交织区，根据每次交织所需变换车道次数确定交织区构造型式。

交织区分为a、b和c三种交织构型，三种构型的服务水平计算方法一致，具体参数取值不同。

三种交织构型定义如下：
⑴ a型——为完成交织运行，两个交织方向的所有车辆都必须进
行一次变换车道；
⑵ b型——一个方向的交织车辆不需要变换车道即可完成交织运行，但另一方向的交织车辆，必须变换一次车道才能完成交织运行；
⑶ c型——一个方向的交织车辆不需要变换车道即可完成交织运行，而另一方向的交织车辆，必须两次或两次以上变换车道才能完成交织运行。

图1a型交织区图2b型交织区图3c型交织区
3、分析过程
（1）计算交通流率
交织区服务水平分析都是以高峰15分钟流率为依据，单位是辆小客车/小时（pcu/h）。

因此，须使用以下公式将小时流量进行转换。

式中：v ——一小时中高峰15分钟的流率（pcu/h）；v——小时流量（辆/h）；fhv——重型车修正系数；fp——驾驶员总体特征修正系数。

（2）计算交织强度
交织强度系数（ww与wnw）是度量交织行为对交织与非交织车辆平均速度的影响。

该系数可用以下公式计算。

式中：wi——交织车流（当i=w时）和非交织车流（当i=nw 时）的交织强度系数；vr——流量比；v ——交织区内总流率（pcu/h）；
n——交织区内总车道数；l——交织区长度（m）；a,b,c,d——标定的常数，取值见下表。

表1 计算交织强度系数时的常量
（3）确定交织与非交织速度
交织区分析方法的核心内容就是预测交织区内交织车辆与非交
织车辆的区间平均速度。

由于在某些条件下，交织速度与非交织速度可能会差异很大，所以应该分别进行计算。

用以下公式计算交织和非交织的平均速度：
式中：si——平均交织速度（当i=w时）或平均非交织速度（当i=nw时）（km/h）；sff——进入和离开交织区处高速公路基本路段的平均自由流速度（km/h）。

（4）确定运行类型
以上为事先假设交织为非约束型的运行进行车速计算，随后检验该假设，若结果是非约束型运行，则往下进行计算；结果是约束型运行，则需要重新计算交织区速度，这中间有一个判断循环的过程。

运行类型的判断是通过比较以下两个变量的大小来确定给定交织
区是约束型运行还是非约束型运行的。

nw——达到均衡运行或非约束型运行时，交织车辆须占用的车道数；nw (max)——对给定交织区型式，交织车辆可以占用的最多车道数。

由于交织车辆与非交织车辆共用某些车道，所以交织车辆需要占
用的车道数可能出现小数的情况。

根据前面的计算结果计算出nw，当nw＜nw (max)时，由于交织车辆可以占用均衡运行所需的车道数，所以为非约束型。

当nw≥nw (max)时，由于交织车辆受限于最多可用车道数，不能占用均衡运行所要求的道路空间，所以为约束型。

下表给出了计算nw的公式和nw (max)值。

（5）计算交织区内的平均速度
一旦计算出了速度和确定了运行状态（有可能需要重新计算速度），就可以用以下公式计算交织区内所有车辆的区间平均速度。

式中：s、sw、snw——交织区内所有车辆、交织区内交织车辆、交织区内非交织车辆的区间平均速度（km/h）；v——交织区内总流率（pcu/h）；vw——交织区内交织流率（pcu/h）；vnw——交织区内非交织流率（pcu/h）。

（6）计算车流密度
通过以下公式，用所有车辆的平均速度计算交织区内所有车辆的车流密度。

式中，d是交织区内所有车辆的平均车流密度
（pcu/km/ln）。

（7）判断交织区服务水平
通过计算交织区段的道路密度（d），对应下表中的标准，来评价交织区的服务水平。

4、举例分析
为具体阐明交织区服务水平分析过程，简单举例进行说明。

某高速公路上的交织区参数如下：交织区长度l=300m；所有交织
车辆都需变换一次车道；(a-c)流量=975辆/h，(a-d)流量=650辆/h，(b-c)流量=520辆/h，(b-d)流量=0辆/h；phf=0.85；15%的重型车，fhv=0.816；驾驶员为通勤人员，fp=1.0；高速公路自由流速度ffs=110km/h。

判断该交织区的服务水平。

解：①将流量转换为流率，
v(a-d)=937辆小客车/h，v(b-c)=750辆小客车/h，v(b-d)=0辆小客车/h。

因为所有交织车辆都需变换一次车道，所以确定交织区构造类型为a型。

②计算相关参数，
vw=937+750=1687辆小客车/h，vnw=1406辆小客车/h，
v=1406+1687=3093辆小客车/h，vr=1687/3093=0.545，
r=750/1687=0.445。

③在假设为非约束型运行状态下计算交织与非交织速度，
④检验运行状态类型，
nw=1.21(n)vr0.571 l0.234 /sw0.438 =1.21×3×
(0.5450.571 )(3000.234 )/(64.50.438)=1.57,
nw(max)=1.4，nw＜nw (max)，所以为为约束型运行状态，需按约束型运行状态下重复以上步骤
计算交织与非交织速。

⑤计算交织区平均速度，
⑦判定服务水平，
根据交织区车流密度，判定该交织区为d级服务水平。

5、结语
本文简约讲述了高速公路交织区的服务水平分析方法，随着经济的发展，现在高速公路上的互通设置较为密集，导致出入口间距较近，通过本文讲述的方法对交织区路段的服务水平进行分析，可检验高速公路设计的合理性，为采取相应的改进措施提供技术支持，操作简便，具有较高的实用价值。

参考文献
[1] jtg d20-2006, 公路路线设计规范，人民交通出版社，2006.10.01。

[2] 美国交通研究委员会，道路通行能力手册，highway capacity manual（hcm2000），人民交通出版社，2007.10。

[3] 高速公路丛书编委会，高速公路立交工程，人民交通出版社，2000.06。