城市道路潮汐车道应用研究

于淏波 吴磊 李雨航 罗伟光 孙宇铎

摘 要：近年来，随着我国的快速发展、人口数量的激增，各大、中城市的交通拥堵问题已严重制约了城市发展。本文基于总延误最小的潮汐车道数计算模型确定潮汐车道的数量，以南京市定淮门大街为例，并结合VISSIM仿真软件进行验证，对比潮汐车道设置前后的交通运行参数，分析发现设置潮汐车道后的平均车速、排队长度、延误等参数均有所改善，从而证明该路段潮汐车道设置的可行性及有效性。

关键词：道路拥堵;交通流特性;潮汐车道;仿真验证

1 引言

南京市定淮门大街是南京市主城区与国家级江北新区之间的重要通道，虽然该道路经过了快速化改造，但早高峰进城，晚高峰出城依旧存在严重道路拥堵现象，需要进一步改善。本项目旨在对其交通量、车速、通行能力等指标的调查，运用VISSIM仿真软件进行模拟，给出该路段潮汐车道的实施方案。

2 绪论

2.1 研究背景

城市的经济发展和空间布局往往具有集聚效应，不免会出现具有潮汐特征的交通拥堵。对于城市道路而言，这种现象在早晚通勤高峰中尤为明显。为使有限的道路资源发挥最大的通行能力，对于具有典型潮汐现象的道路，可变潮汐车道技术是一种高效的解决方案。

2.2 研究意义

城市的发展与交通系统的建设和完善有着密不可分的关系。交通拥堵不仅影响人们的日常出行，还严重制约城市发展，影响城市环境。潮汐交通流造成的交通拥堵具有显著的规律性，所以可通过适当的交通调节和组织得以缓解。

3 潮汐车道设置条件

双向车道的交通量不均衡是潮汐车道的必要条件，只有交通流满足特定条件或达到一定程度时，才可以设置潮汐车道。双向不均衡程度可用临界方向分布系数来确定：

其中：—重交通流方向单一车道交通量

—轻交通流方向单一车道交通量

—重交通流方向车道数

—轻交通流方向车道数

从道路不均衡系数时，表示重交通流方向和轻交通流方向车流量无明显差别，时，表示重交通流方向在整个双向交通流中的比重大，且值越接近1，交通流在整个道路横截面上的分布越不均匀，潮汐现象更加严重。

设置潮汐车道的边界条件为：

4 潮汐车道的设置方法

4.1 基于BPR路阻函数的潮汐车道切换时机及其车道数量调整模型

道路交通阻抗函数（简称路阻函数）为行驶时间与交通负荷之间的函数关系，是交通分配的关键。目前最为广泛使用的路阻函数是美国联邦公路局函数（BPR函数）：

其中：—道路平均行驶时间（min）

—交通量为0时路段行驶时间，即路段长度L与交通量为0时车速的比值

—道路交通量（辆/小时）

—实际的道路通行能力

—参数，推荐值分别取

根据实际情况确定路阻目标函数后，当满足切换条件时，潮汐车道系统则自动开启潮汐车道切换，通过这一机制，实现道路资源的合理运用，使该路段的交通阻抗达到最小。

4.2 基于总延误最小的潮汐车道数量计算

该模型为：

其中：n—路段上单方向车道数

q1—高峰时期轻交通流方向交通量

q2—高峰时期重交通流方向交通量

c1—轻交通流方向道路通行能力

c2—中交通流方向道路通行能力

ci—單一车道道路通行能力

m—轻交通流方向可供重交通流方向在高峰时期占用的车道数

r—单方向车道编号

L—路段长度（km）

T—高峰小时双向交通流中车辆总延误

tk—某一方向上高峰时期单一车辆行车延误

vo—零流车速（路段上为空静状态时车辆自由行使的速度）

w—车道折损系数

j—交叉口折减

k—车道宽度折减系数

通过调整m取值，代入式（3-3）即可得到不同m值对应的总延误T，当总延误T最小时，m的取值即为最优解。

5 实例分析与vissim仿真

5.1 定淮门大街现状分析

由于该道路设置潮汐车道的长度受地理位置限制，本次研究选择西起扬子江隧道口，东至江东北路之间的路段作为研究对象，全长约为1.1km。

项目组利用人工测量法对研究对象路段及交叉口进行了早晚高峰流量调查。调查结果表明，该路段早晚高峰有较为明显的潮汐交通特征，早高峰时段向东进城方向车辆较多，而晚高峰时段向西行出城方向车辆较多。

定淮门大街早高晚高峰时段方向分布系数计算结果如表1所示，根据前述分析，当车道数为6时，道路临界方向分布系数应为0.67。虽然研究路段的方向分布系数未达到临界值，但已经十分接近，所以早晚高峰时段该路段的交通量很大，易形成拥堵。

利用人工观测法，选取10m路段长度作为基准，通过测量不同车辆通过的时间，得到该路段高峰时段平均车速为40-56km，依据《城市道路工程设计规范》（CJJ37-2012）要求，采取折中原则，假定定淮门大街理论通行能力为1725km/h。按照初拟方案，将该路段设置为双向7车道，以最中间车道作为潮汐车道，即早高峰时段东行的城方向为四条车道，西行出城方向为三条车道，晚高峰时段则相反。利用道路通行能力计算公式，得到该路段的理论通行能力计算结果如表2所示，可知设置潮汐车道后其双向通行能力可以满足其需要，因此对于该路段设置潮汐车道理论可行。

5.2 定淮门大街潮汐车道仿真分析

为验证定淮门大街潮汐车道设置方案的效果，使用vissim仿真软件进行仿真分析，仿真时长为1h，采集时长为600s。根据上文潮汐车道数的确定，增设1条潮汐车道为最优解，但该道路设有中间带，两侧均有非机动车道，因此拟拆除中间带并适当压缩两侧非机动车道来增设1条潮汐车道，改造之后双向共有7条车道。

5.2.1 设置潮汐车道前各参数的设置及仿真

（1）导入定淮门大街卫星图。将定淮门大街的卫星地图导入vissim作为底图，画出定淮门大街路段以及与江东北路的交叉口。设置潮汐车道前，定淮门大街研究路段为双向6车道，车道宽度为3.5m。

（2）车流量设置。对定淮门大街和江东北路交叉口进行实地调查，分别调查四个进口的左转、直行、右转三个行车方向的高峰小时交通量，将各行驶方向的车流量数据输入到对应路段。

（3）路径决策设置。按照道路行驶标志以及车辆实际行驶路径进行路径决策。

（4）让行规则设置。根据交通法规及各项规定设置各行车方向的让行规则。

（5）信号灯控制设置。根据调查所得到的信号灯配时数据设置信号配时方案。

（6）检测器设置（行程时间检测器、数据检测器、排队计算器等）。在漓江路与定淮门大街交叉口东出口处设置行程时间检测器起点，在定淮门大街与江东北路交叉口处设置行程时间检测器终点，以同样方法在交叉口其他进口道和出口道上设置行程时间检测器，用以检测行程时间和延误。并在各进口道及潮汐车道停车线处设置数据检测器和排队检测器，检测各进口车流量情况和排队长度。

5.2.2 设置潮汐车道后参数设置及仿真

导入设置潮汐车道后的定淮门大街卫星图。早高峰时段，将东行进城方向的车道数更改为4条，西行出城方向的车道数更改为3条;在晚高峰时段，将西行出城方向的车道数更改为4条，东行出城方向的车道数改为3条。其余设置条件均保持不变。

5.2.3 定淮门大街潮汐车道设置效果分析

为直观体现潮汐车道设置前后的效果，分别以仿真得到的平均车速、延误和排队长度这三项指标来衡量道路通行情况。

（1）平均车速对比。设置前早、晚高峰的平均车速分别为45km/h和43.7km/h ，设置后早、晚高峰的平均车速分别为48km/h和46.8km/h。

（2）延误对比。设置前早、晚高峰的延误分别为45s和40s，设置后早、晚高峰的延误分别为36s和35s。

（3）排队长度对比。设置前早、晚高峰的排队长度分别为66m和60m，设置后早、晚高峰的排队长度分别为56m和47m。

以上数据表明，设置潮汐车道之后，早晚高峰的车速均有小幅增加，排队长度缩短近20%，因此通行延误有了较为明显的改善。证明设置潮汐车道有助于提高定淮门大街交通通行能力和通行效率。

6 结论与展望

结合实地交通调查数据、研究路段道路参数及相关专业理论基础，提出南京市定淮门大街西起扬子江隧道口东至江东北路路段设置潮汐车道具有可行性，给出了研究路段潮汐车道规划方案及实施建议。vissim仿真结果表明，设置潮汐车道可有效提高道路通行能力。

指导教师：陈青春

参考文献：

[1]Suwansirikul C.Friesz T.L，Tobin R.L. Equilibrium composedoptimization：a heuristic for the continuous equilibrium network design problem[J]. Transportation science.2005（21）：254-263.

[2]Wolshon B，Lambert L.Reversible lane systems：Synthesisof practice[J]. Journal of Transportation Engineering，2006，132（12）： 933-944.

[3]Matthew Hausknecht，Tsz-Chiu Au，Peter Stone. Dynamic Lane Reversal in Traffic Management[J]. 2011 14th International IEEE Conference on Intelligent Transportation Systems，Washington，DC，USA.October 5-7，2011，1929-1934.

[4]Hoose，H J. Planning Effective Reversible Lane Control[J]. TIE Journal，2005，25（2）： 408-413.

[5]崔研，劉东.北京市朝阳区可变车道交通组织研究[J].道路交通与安全，2006，6（9）：21-24.

[6]段进.城市空间发展论[M]. 江苏科学技术出版社，2006.

[7]黄良会，叶嘉安.保持城市交通畅通：香港城市交通管理[M].香港大学出版社， 2008.

[8] 杨涛.城市化进程中的南京交通发展战略与规划[J].现代城市研究，2003（1）：50-55.

[9] 宫晓燕，康胜.“潮汐式”交通中可变车道的通行方向切换算法的研究与应用[J].交通运输系统工程与信息，2006，6（6）：32-40.

[10] 张雪梅.基于变向车道的平面交叉口信号控制方法研究[J].交通与安全，2008，180（8）：143-146.

[11]梁潇.信号交叉口渠化区可变车道设计原理研究[D].吉林大学，2008.