可变车道文献综述及智能车路协同环境下实时动态可变车道展望

毛丽娜，周桂良，王 成，张慧婷，曹惠敏 MAO Lina, ZHOU Guiliang, WANG Cheng, ZHANG Huiting, CAO Huimin

（1. 淮阴工学院 管理工程学院，江苏 淮安223001；2. 东南大学 交通学院，江苏 南京210096）

(1. School of Management Engineering, Huaiyin Institute of Technology, Huai'an 223001, China; 2. School of Transportation,Southeast University, Nanjing 210096, China)

0 引 言

随着社会经济的快速发展，城镇化进程不断的推进，居民生活方式得到了巨大的改变。截止2019 年底，中国汽车保有量达到2.6 亿辆，比2018 年增加了2 122 万辆，增长了8.83%。受到城市规划的影响，居民生活方式发生了很大的改变，工作场所多在城市中心范围，居住区域多在城市外围附近，这较容易形成早晚高峰时期潮汐交通流现象。潮汐交通流现象往往呈现重交通流与轻交通流车辆之间的不均衡性，造成了现有道路资源的严重浪费。如今，城市潮汐交通拥堵现象愈演愈烈，为了有效缓解此现象产生的交通拥堵等问题，交通研究者和管理者通常在道路时空资源优化中采用可变车道技术解决该类问题。可变车道的实施既保证了道路交通畅通，又使得现有道路资源得到了充分利用，对缓解此类交通拥堵具有较强的现实意义。

1 可变车道研究综述

1.1 可变车道设计研究

日常交通拥堵现象通常发生在早晚上下班出行时间段。针对早晚高峰期间潮汐交通现象产生的交通拥堵等问题，交通研究者对可变车道技术展开了研究。美国运输研究协会对可变车道的设置位置、组织方式、设计形式等做了进一步的研究，并提出可变车道的设计方法以及实施标准；Wong 等人[1]基于车道优化交叉口和信号配置，提出交叉口车道优化和信号相位一体化的设计方案；Hoose H J[2]对可变车道技术的信号相位及道路实施标准做了比较系统的研究，分析可变车道设置的可行性、安全性、通畅性；英国的布莱恩劳伦斯·兰伯特对可变车道的设置条件以及可变车道技术的用途进行了总结，分析可变车道技术的适用性；Wang J，Deng W[3]对可变车道的信号路网容量问题进行研究，并基于某种双层优化模型分析可变车道设置过程中所考虑的因素；张国华[4]通过对存在潮汐车流路段进行分析，论证道路设置潮汐车道的条件，进一步回答了潮汐车道设置时需要解决的问题；商振华[5]基于交叉口交通组织存在的问题，进一步挖掘道路潜力，提出逆向交叉口可变车道的交通组织新方法；孟杰、孟志广等人[6]基于交通流特性的分析，对可变车道的实施过程及管理措施进行了研究；魏依[7]以天津市南马路为研究对象，提出可变车道设置方案；原龙、张勃[8]研究了可变车道交通标志的设置，并对交通安全标线的作用进行说明；徐书东、鲁贺贺[9]针对城市交叉口早晚高峰交通流分布不均衡的现象，提出逆向可变车道的设置方案。

1.2 可变车道控制研究

可变车道是在现有道路资源条件下，改变车道行驶方向，保证重轻交通流之间的通行效率，提高道路利用率。但由于车辆性能，驾驶员的反应敏感度等因素，在车道功能进行转换时，驾驶员通常需要一定的时间进行适应调整。从交通安全角度出发，合理地控制可变车道运行，对于降低交通事故率以及提高驾驶司机的适应能力具有重要的意义。 李丽丽、曲昭伟等人[10]基于在交叉口渠化区处布设的检测器所收集到的动态数据，提出基于检测器检测实时动态交通数据的可变车道控制方法；张雪梅[11]基于对交叉口交通特性以及信号相位的分析，提出信号配时优化算法来解决交叉口渠化处交通延误等问题；刘恋[12]基于道路阻抗函数提出的车道优化控制模型；马鑫俊[13]基于实时交通流量以及换道基础设施，对路段可变车道进行分析判断，提出动态信号控制可变车道运行方案；曹俊业[14]对单点、干线和交叉口群处可变车道控制优化方案进行了研究，建立可变车道与变向车道协同设置的车道模型及协同信号控制优化计算方法，并进行动态车道控制；姚荣涵，张晓彤等人[15]为均衡交叉口轻重交通流之间的分布，降低总车辆之间的交通延误，提出交叉口导向可变车道的时空资源优化模型以及信号相位与可变车道交通安全标志协调控制的方法研究。

1.3 可变车道管理研究

良好的交通管理措施，是实施可变车道的基本前提，是可变车道技术发展的根本保障。苑敬雅、周彤、梅朱茵[16]基于国外可变车道研究情况，分析国内可变车道管理和信号控制存在的问题，并提出可变车道交通管理的有效手段以及信号控制优化策略；林雄斌[17]通过对交通组织中可变车道管理方法的阐述，分析现有可变车道管理中出现的弊端，提出管理方式细化方法；高霜霜[18]以典型平面交叉口为研究对象，对逆向可变车道、综合待行区及复合可变车道三种交叉口可变车道的管理方法进行系统研究，论证动态可变车道的优异性；徐洪峰、郑启明等人[19]针对道路时空资源以及重交通流周期性变化的问题，提出复合动态车道管理方法，并验证该方法的可行性；史亚赋[20]以珠海市吉柠路为研究对象，分析“分段式渐进诱导潮汐车道”的管控策略，并论证该方案实施成效。

2 可变车道应用概述

在缓解城市潮汐交通拥堵方面，可变车道技术已被国内外较多城市广泛应用。在国外，可变车道率先应用于桥梁、隧道等处。美国旧金山金门大桥通过移动中央隔离护栏的位置，进行改变车道功能；加拿大温哥华狮门大桥，基于对中间车道的控制，改善交通状况；澳大利亚悉尼海港大桥，在早高峰期间将车道设置成6 南2 北，而晚高峰期间车道以3 南5 北形式运行。在国内，上海市外环隧道最先应用可变车道技术，隧道采用三控两管廊形式，车道以3、2、3 形式来进行布置，中间2 车道作为可变车道，根据实时车流状况，改变可变车道行驶方向；河北省石家庄和平路可变车道是国内首条自动可变车道示例，可变车道运作全程自动化，通过机械化电子设备移动中央隔离护栏，实现车道变换；广东省珠海市吉柠路启动国内首条“分段式渐进诱导潮汐车道”，通过车道信号灯以及地面电子显示设备，对该可变车道路段进行分段诱导控制，从而向驾驶员提供路段车道功能信息。

综上，国内外学者在可变车道设计、控制和管理等方面都有较多成果。但目前对于可变车道控制通常采用定时单向控制，一般仅在早晚高峰期间控制运行，当发生突发事故或重大集会活动时无法有效实时缓解交通拥堵；在可变车道基础设施方面，固定指示牌、移动护栏等已不满足当前智慧交通的建设和发展；在实时动态优化调整方面，可变车道相关技术还有较大提升空间。因此，可变车道应以智能交通技术为基础，实现可变车道的实时动态优化调控。

3 智能车路协同环境下实时动态可变车道展望

近年来，智能车路协同技术得到了较快发展，实现“人—车—路”在时空上有效协同，既保证了交通安全又提高了通行效率，使得道路交通系统更加完善。智能车路协同系统的发展，进一步提高了动态交通数据的实时性和准确性，为可变车道的实时动态优化调控技术发展带来了数据和技术支撑。

智能车路协同系统是根据道路交通实时动态服务水平，采用交通检测器、视频监控系统等电子设备与车联网有效地结合起来，实时采集道路网络交通流量、车辆速度、位置等信息，有效进行车辆安全控制与道路协同管理，使得道路交通系统更加安全、高效。

未来，在智能车路协同环境下，结合车联网和道钉灯技术，实时进行信息采集和反馈，并通过协同控制中心控制道钉灯的起亮和变色，实现可变车道的实时动态优化调控。智能车路协同环境下可变车道的应用和发展，车道通行效率和安全性将会得到进一步的提升和优化。

4 总 结

本文基于潮汐交通现象产生的交通拥堵问题，引出可变车道技术在管理措施中的优异性；然后从可变车道设计、控制和管理等方面进行文献综述，并在此基础上对可变车道应用实践进行概述；最后提出智能车路协同环境下实时动态可变车道技术研究方向以及未来发展趋势，以期为可变车道的研究提供新的视角。