城市快速路进口附近区域交通组织与控制方法

王立业

（中国人民公安大学 北京 100038）

自1980年以来，交通拥堵问题在我国随着交通需求量和机动车数量的增加也日渐突出，特别是较大城市这一问题尤为严重。作为城市路网的核心，快速路的设计初衷在于解决城市中长距离交通问题，有着安全、畅通、快速等特点。但如今，高效快捷的理念指导作用正在日趋减弱，机动车高峰期，交通拥堵更为突出，对城市快速路系统所产生的道路交通拥挤问题的研究已经迫在眉睫。优化城市快速路入口匝道处交通组织与控制，提高快速路使用效率，让快速路能够再次“快速”起来，成为了无数交通人不懈地追求。实践证明，道路交通建设已经难以改善城市交通拥挤状况，只有优化交通组织与控制，才能保证正常的交通运行秩序。因此，加强快速路出入口附近区域的交通组织控制十分必要。同时，加强入口匝道感应信号控制系统的建设，有利于利用当前已有的道路资源，进一步提升交通效率，保证城市道路安全畅通[1]。

鉴于城市快速路进口附近区域交通组织与控制的重要作用，本文通过多方分析比较提出了相应研究课题，以期得出一套适合绝大多数城市的快速路入口组织、优化、控制方法，为应对城市快速路系统所存在的道路交通拥挤难题提供参考。

一、问题的提出

“城市快速路”是指在城市周边区域修建的，具有单向双车道或多车道的城市道路[2]。作为城市承载大运力交通的主要设施，城市快速路服务于中长距离的交通，多由城市的环路、贯穿城市的放射线组成。现由于日益增长的交通需求、交通合流冲突点事故频发等原因，导致常发性交通拥堵。因此，预先诱导和实时控制快速环路已有的交通流[3]，完善交通组织与控制系统，对保障快速路安全有序运行意义重大。城市快速路作为城市道路交通网的结构核心，是城市内部及城市对外进行交通联络的关键点。从设计初衷来说，城市快速路系统预设的核心功能有以下几点：1.贯穿、环绕城市的快速路是连接城市内较远距离的“高速桥梁”，能够有效缩短交通出行时间，进而提高城市交通便捷性，改善日常交通环境，达到“快速”的目的；2.提供高效、快捷的交通服务，用以连接为城市之中各部分功能分区。同时减少了交通冲突点的产生，形成了具有速度快、运力强的城市交通桥梁，起到了屏障和疏导作用；3.在完善市内交通和外界交通的衔接，加强与周边城市的交通交流，增强便捷程度的同时，增大了城市影响力和吸引力；4.按照交通需求划分为不同等级，实施分类管理，使城市路网得以充分利用，进一步优化道路资源配置；5.推动城市结构调整，打破现有城市用地不等价性，改善生活区、工作区分隔的现状；6.将过境交通转换为环流，缓解中心城交通压力，进而缓解城市中心地区拥堵，改善市区交通环境。

对入口匝道与地面衔接交叉口的协调控制研究起始于上世纪90年代[4]。交通协调控制，英文名称“Traffic Coordinated Control”，简称“TCC”，许多学者也称之为“协同控制”或“整合控制”。这种操控方式是在交通流理论和交通管理概念基础上，实现了交通管理与控制子模块的协同运作，子模块主要包括交通流疏导、交通信号控制、交通流动态分析、匝道区域调节等。随着道路交通信息、通信共享、应用集成等技术的发展，道路交通协调控制趋于智能化、信息化[5]。研究发现，协调控制的实施基础理念在于交通流动态分布以及制定合乎实际控制情况的交通信号周期，两者分别从空间概念上协调了交通流的分布，以及在时间上给予合理分配[6]。

1995年，Papageorgiou提出城市快速路与地面道路集合控制思想[7]。最初对集成控制策略开展研究的是Turner-Fairbank公路研究中心。但是Turner-Fairbank公路研究中心并不是完全对快速路与地面道路整合控制的课题研究，其更侧重于交通集成控制产品的推广应用。

ZongTian[8]利用微观仿真模型工具对地面道路交叉口与入口匝道处菱形区域进行仿真研究，发现了地面道路交叉口与入口匝道的集成控制对地面交叉口及城市快速路交通状况的重要作用，对地面交叉口与入口匝道处有效集成控制可以极大改善城市快速路的交通运行状况。而后，自适应性的控制概念被提出并广泛运用到集成控制的方法中。

我国城市快速路运营已有十几年的历史，但是部分城市快速路入口匝道与地面交叉口之间矛盾却越发显现，快速路入口匝道处交通拥挤甚至已成为常态，而且当前我国对城市快速路入口匝道的协调控制缺乏系统性研究。对此，本文借鉴国外先进经验，对城市快速路入口区域交通组织与控制方法进行研究，以期得出一套适合绝大多数城市的快速路入口组织、优化、控制方法，最终用以解决城市快速路系统所存在的交通拥挤问题。

本文试在实际调查与分析的基础上，采取文献法、比较法等方法，同时借鉴管理学相关理论，对城市快速路进口附近区域交通组织与控制方法进行研究，基于城市快速路与普通道路的比较，并结合当前交通状况，对快速路进口处多方交通流特性进行分析，探索城市快速路进口附近区域的组织协调控制方法，期望为缓解交通拥堵问题提供了参考。

二、城市快速路的特点

（一）城市快速路与普通道路的区别

依据2006年出版的《城市道路设计规范》，城市快速路的作用应为城市长距离、大运量和快速交通服务[2]。由此，城市快速路作为道路交通的重要构建，是有效应对城市道路交通中长距离快速运输的重要手段。正是不同的功能要求，城市快速路主要有以下特点：

1.快速路一般采用全程高架或地下通道，没有机非冲突，只允许机动车使用，实现其功能。

2.依照设计要求，在道路途中不设置交叉口，减少了横向交通流冲突。采用立体交叉或者使用进出口匝道和其他形式的交通设施相连。相比高速公路而言，匝道间距比较短。

3.有配套辅路系统。城市快速路一般分主路和辅路两部门。在实际设计层面中，快速路为中长距离的快速交通服务，这里的“快速路”一般指主路，而辅路设置目的不同，承担的任务也不同。快速路辅路为解决快速路沿线区域交通、禁止进入快速路的机动车、非机动车及行人的通行需求[9]，具体可分为集散职能、服务职能和通道职能，使快速路系统的使用功能更为完善。

4.城市快速路的道路性质禁止摩托车、拖拉机等低速或安全系数低的车辆行驶，规定只能常规交通工具使用，防止降低道路通行能力，引发交通秩序混乱。

5.由于快速路需要较大的运力，通常在快速路上行驶的交通流为连续流。

6.环境要求高。一般情况下，按照交通需求，城市快速路所经过的区域为经济发达区域或城市中心区域，有着较高的发展程度和完善的配套设施。因此，在对城市快速路的规划设计中，要充分考虑与周围交通环境的配合。

（二）与地面交通衔接方式分类

由于城市快速路上全程不设交叉口，车辆通行不受信号控制和横向交通冲突的影响，主线上交通流模式为拥有较快速度的连续交通流。城市快速路的出现，很大程度上解决了现行的交通需求。城市路网建设与地面道路建设相辅助、相配套。地面的配套道路建成后，出入口匝道成为连接快速路与地面交通设施之间主要连接方式。出入口的作用不仅保证快速路的原有交通通行顺畅，满足建设初期高速便捷的特点，而且还保证车辆快速安全驶入，主干道上车辆正常运行。因此，均衡快速路和地面道路交通流之间关系，缓解交通流冲突成为道路衔接区域合理规划的首要任务。

依据临近的两个出入口功能形式的不同，快速路匝道的设置距离可分为以下四种模式：入口-出口（设置入口匝道后再设置出口匝道）、入口-入口（入口匝道后依旧设置入口匝道）、出口-入口（先设置快速路出口，再设置入口）、出口-出口（设置出口后依旧设置出口）。在城市快速路系统中，快速路主干道交通不仅受单个进口匝道汇入车流影响，而且受整个线路的协同作用，因此，我们需要完善进出口设置的系统优化模式，以便保证主线车流的稳定性。

三、快速路主干道和入口匝道处交通流特征

一般来说，地面车辆进入快速路主干道，会在入口匝道处产生一个合流冲突点。而主线上原有的车辆速度因为合流效应受到影响。当车流较多时，在合流点附近车辆交织不能平顺进行，可能产生较为严重的交通冲突。快速路每个车道交通流是不同的，这主要是取决于车辆的行驶速度、车道的交通组成、进口数量和位置，以及交通环境和驾驶员习惯等[4]。

（一）城市快速路主线交通流特性

城市快速路主线上交通流的分布并非一成不变，有着潮汐性和地区性。当交通流从匝道汇入主干道时，主干道原有车流和新汇入交通流将产生冲突，冲突流如下图1所示：

图1 城市快速路进口匝道合流冲突点

1.快速路进口匝道上游的主线上交通量分布。在快速路主线上的交通流内侧车道交通量高于外侧车道交通量。因为干线上游的车辆驾驶人注意到前方匝道入口后，处于趋利避害的本能而提前向内侧车道变换，以免因匝道车辆冲突带来延误。

2.快速路进口匝道下游的主线上交通量分布。通常情况下，快速路入口匝道下游的主线上交通量的分布时间动态特征明显。白天内侧道路交通量一般低于外侧车道，而夜间则相反，内侧车道的交通量又高于外侧。这是由于白天整体路网交通量大于夜晚，入口匝道汇入快速路主干道的车辆相对较多，下游外侧车道占用车辆较多造成的。

（二）入口匝道处交通量特性

1.在入口上游，主线最外侧车道交通量明显小于内侧车道。

2.在入口处，外来车辆的汇入将会明显干扰原有交通流的正常行驶，合流处冲突会导致车流行驶速度降低。

3.在入口下游，随着车流的继续行驶干线车流趋于平稳。

四、组织协调控制的方法

由上文中快速路主干道和入口匝道处交通流呈现的特点分析，交通流在主干道上的分布有显著的区域性差别，对外侧车道的交通需求在时间上具体不均衡性。因此，快速路匝道附近交通拥挤具有区域上的不确定性和时间上的潮汐性。在分析问题基础上，我们需要遵循网络分流原则、通行能力匹配和明确区分道路功能等道路交通需求基本原则，提出以下解决问题的方法。

（一）网络分流

宏观上，通过组织快速路主干道上交通流的流向，使快速路网内的交通趋于流量平衡；其次，对于不通过类型的车辆区别对待，限制大型货运车辆进入快速路、进入市中心（如模仿北京禁止大货车在流量较高的时间段进入市区）。同时，合理规划组织地面交通系统，提供多种出行方式，使驾驶人不局限于城市快速路的选择。微观上，我们可以通优化快速路车道分布的渠化和管理、强化路网交通组织、加强合流区域交通控制和快速路进口匝道管理等手段来解决交通拥堵问题。

（二）优化匝道布局设施

城市快速路交通需求具体变化快的特点，因此，在匝道规划布局时，要全面考虑，通过对交通拥堵状态、路网承受能力、交通出行等特点和趋势综合分析，不断完善局部匝道规划[10]。

（三）改善与匝道相邻的地面交叉口

与匝道相邻的地面交叉口直接影响了快速路进出口附近的交通状况。对于地面交叉口的协调优化，可采取分离横向交通、交叉口流向限制、交叉口渠化设计及信号控制优化等措施，提高路网整体通行能力，实现交通流的快速疏散。

（四）完善监控系统，加强实时调整

完善交通监控系统对交叉口的调节意义重大。将交通控制和调节与快速路进口系统相匹配，实现对整体路网的协调控制。近年来，部分城市不断完善交通管理监控系统，对快速路交通状况实时调度指挥，有效避免了入口附近常发性交通事故带来的负面影响。

五、结论与展望

随着改革的全面深入，城市化进程的不断加快，机动车数量仍会急剧增加，对城市道路交通需求也会越来越高。加快城市快速路建设已成为缓解路网交通压力的重要手段。当前，城市快速路入口匝道处拥堵问题凸显，对城市快速路入口匝道区域进行有效的交通组织和协调控制，已成为解决城市快速路拥挤问题最直接的方法之一。对此，本文首先对城市快速路特点进行了阐述，对快速路主干道及入口匝道处交通流特性进行了论述，最后对速路入口匝道和地面衔接交叉口交通控制的方法进行了重点研究，为区域内协调控制思路的形成、问题解决策略的提出提供借鉴参考，以期达到提高城市道路交通效率，提升快速路通行能力，缓解路网交通拥堵的目的。

本文从车道布局、匝道控制管理、交通诱导、交通流疏导、匝道相邻地面交叉口组织优化和加强实时调整等多个方面进行了分析，对城市快速路入口匝道与衔接交叉口协调控制方法进行了研究。但交通状态瞬息万变，实施方案还需要与实践相结合。因此，对协调控制方法的研究还需要在实际应用中不断修正和完善。