基于vissim仿真的快速路出入口加减速车道效益研究
2020-10-26余永汉王周全吴静雯钟瀚涛
文/余永汉、王周全、吴静雯、钟瀚涛
1 前言
快速路作为城市路网系统中的骨干道路,主要为长距离、跨区交通出行提供连续快速的交通服务,同时兼顾沿线的地块,因此城市快速路通常采用主辅道的断面形式,主道设计速度快、通行能力高,一般为连续交通,辅道速度相对较慢,主要承担沿线地块以及相交道路的交通集散功能。
城市快速路通过主辅道出入口实现主道与辅道间的交通转换,由于主辅道存在速度差,同时出入口分合流造成交通紊流,会对主辅道通行能力产生较大影响,因此相关学者针对快速路出入口布局与形式开展了大量研究。出入口布局方面,主要对出入口间距、组合顺序进行了相关研究。出入口的形式主要有直接式、平行式和混合式三种形式。虽然快速路设计规程规定城市快速路出入口必须设置加减速车道,但规范中并未给出加减速车道对道路通行效率的提升程度,设计人员并不能直观评估不同流量状态下变速车道的交通效率。特别是针对无加减速车道出入口的改造项目,缺乏改造效果的事前评估,不利于项目的决策与推进。因此,本文基于vissim交通仿真技术,在对模型进行参数标定且检验有效的前提下,开展不同流量状态下有无加减速车道对出入口附近道路通行效率的影响分析,探寻不通交通饱和度条件下快速路主辅道出入口加减速车道对道路通行效率的提升效果,可以为快速路出入口方案的效益评估提供参考。
2 实测数据的采集
2.1 数据来源
实测数据的调查对象为成都市三环路成彭立交至交大立交之间外环主辅道段落。入口几何数据采用实测地形,流量数据采用2017年7月现场视频卡口数据。
图1 研究区域主辅入口平面图
2.2 数据整理
调查点位车道规模为主4辅3,主道单车道为3.75m,期望速度设定为80km/h。辅道车道仅能满足3m宽度,期望速度设定为50km/h。主辅道入口采用简易直接式入口,未设置加速车道,入口宽度7m,期望速度设定为30km/h。主道入口前100m,靠近辅道一侧设60km/h的限速标志(见表1)。
3 参数标定与有效性检验
3.1 模型参数标定
Vissim是德国PTV公司开发的微观交通仿真软件,模型默认参数与国内交通环境存在一定差异,因此在利用它分析我国交通问题时,需对其模型主要参数进行标定,使其符合我国城市道路交通的主要特征。本次仿真模型中主要对主辅道期望速度、出入口期望速度、驾驶员行为、平均停车间距、车头时距进行了参数标定,并根据实测地形数据建立了相应的仿真路网模型。
表1 调查对象交通流量及平均车速数据
3.2 有效性检验
通过多次仿真,对不通时段流量内的仿真结果取平均值与实际数据对比,主辅道流量实际观测值与仿真模拟值对比如图2所示。主辅道平均车速实际观测值与仿真模拟值对比如图3所示,从图中可以看出,主辅道流量实际值与仿真值差异较小,主辅道实际速度与仿真速度在流量较高与较低时偏差相对有所扩大。
图2 主辅道实际流量与仿真流量对比
图3 主辅道实际车速与仿真车速对比
根据视频卡口实测数据,结合vissim模型输出指标,对实际主辅道流量和速度与仿真结果进行基于配对数据的t检验。主道实际流量与仿真流量配对t检验p为0.63,辅道实际流量与仿真流量配对t检验p为0.357,主道实际速度与仿真速度配对t检验p为0.976,主道实际速度与仿真速度配对t检验p为0.883。经配对t检验,四组配对数据,均没有呈现出差异性(p>0.05),证明构建的仿真模型有效。
4 交通仿真对比研究
4.1 仿真实验设计
为有效测试加减速车道对快速路通行效率的提升效果,本次仿真实验共设三组出入口模型,分别为设置无加减速车道的直接式出入口、主道单侧设加减速的平行式出入口以及主辅道同时设置加减速车道的出入口。
无加减速车道方案:主辅道采用简易直接式出入口,入口在主道与辅道不增加任何变速车道,出口在辅道一侧设车道渠化标线。
主道变速车道方案:主道设置加减速车道,辅道不设置变速车道,入口端辅道不做处理,主道加速车道长180m,渐变段长60m;出口端主道减速车道长90m,渐变段长60m,辅道设车道渠化标线。
主辅道变速车道方案:主道、辅道同时设置加减速车道,入口端辅道减速车道长70m,渐变段45m,主道加速车道长180m,渐变段长60m;出口端主道减速车道长90m,渐变段长60m,辅道加速车道长120m,渐变段长45m。
4.2 车流输入参数
4.2.1 车辆组成参数
根据对三环路车流组成调查发现,三环路白天禁止货车通行,因此三环路车流组成主要以小汽车为主,同时兼有部分客车通行,辅道有公交车。考虑三环路主辅道车流组成的差异,对于车流组成参数,主道为小汽车0.9、客车0.1、公交车为0,辅道为小汽车0.7、客车0.1、公交车0.2。
4.2.2 车流量参数
为合理设定不同服务水平下的主辅道流量参数,首先采用标定好的仿真参数测试标准路段的最大通行能力。经测试,主道实际最大通行能力约6000pcu/h,辅道实际最大通行能力约4000pcu/h。
图4 主道仿真输入与输出流量关系
图5 辅道仿真输入与输出流量关系
基于主辅道实际最大通行能力,分别对主辅道按饱和度0.25、0.45、0.65、0.85、1.05进行流量设置,分别在以上主辅道饱和度条件下测试加减速车道对主辅道行车速度的影响,不同饱和度条件下的车流量设置如表2所示设置。
表2 不同饱和度条件下的主辅道车流量输入参数表
备注:主线进出口流量统一设为主道流量的10%。
4.3 仿真结论分析
针对不同的出入口设置形式,不同路段流量饱和度条件下经多次vissim仿真模拟,得到变速车道对主道有效通行能力以及主道行驶速度的影响结论如图6~图9所示。
图6 出口变速车道对主道通行能力影响
图7 入口变速车道对主道通行能力影响
图8 出口变速车道对主道行驶速度影响
图9 入口变速车道对主道行驶速度影响
图6中,出口形式采用主辅道双侧同时设置变速车道时,辅道一侧在出口位置未对辅道最内侧车道进行渠化,出口车辆需利用车辆间隙并入辅道,当辅道饱和度较高时,出口车流并入辅道受阻,一定程度上反堵主道,造成主道实际通过的流量有所降低;主道单侧减速车道与不设置减速车道时,不同饱和度状态下主道实际流量基本一致。图7中,入口在无变速车道、主道单侧设变速车道、主辅道同时设置变速车道形式下,主道实际通行的流量基本一致,综合表明,在不出现反堵前提下,出入口有无变速车道对实际有效通行能力基本无影响。
图8表明,当路段流量饱和度小于0.45时,无论主辅道有无变速车道,出口附近主道行驶速度基本一致,但路段流量饱和度介于0.45-0.9是,设有减速车道的出口附近主道行驶速度明显高于未设置减速车道的出口主道行驶速度,但当流量继续增大,路段饱和度超过0.9时,受出口辅道反堵以及主道变道困难等影响,主道速度降至20km/h,出入口附近行驶缓慢,变速车道对主道速度提升作用也极为微弱。图9表明,当路段流量饱和度小于0.45时,无论主辅道有无变速车道,入口车流总能轻易通过车辆间隙并入主线,对主线行驶速度的影响较弱,但当路段交通量继续增加至饱和度大于0.65时,加速车道对主道运行速度的影响就开始显现,特别是当路段流量饱和度介于0.7-0.9之间时,加速车道对主道运行速度的提高效果显著。
5 结语
通过对不同流量组合条件下有无加减速车道出入口的道路通行效率进行对比研究,表明出入口有无变速车道对实际有效通行能力基本无影响,但变速车道可有效提高出入口附近道路行驶速度。减速车道在路段流量饱和度介于0.45-0.9时,加速车道在路段流量饱和度大于0.45时,变速车道对出入口附近主道行驶速度提升明显。基于以上研究结论,对于全天主要时段路段流量饱和度大于0.5的城市快速路,为有效提高道路通行效率,建议对未设置加减速车道出入口的城市快速路,尽可能按加减速车道设置要求对出入口进行改造。