远引调头车辆对主路交通流的影响分析
2021-06-29邱美华林雨平方欣欣黄艳芳
邱美华,林雨平,方欣欣,黄艳芳
(福建农林大学 金山学院,福建 福州 350002)
0 引言
尽管近10年的道路建设里程数迅速增长,但仍无法满足机动车保有量对道路需求的增加[1-2]。而仅通过增加城市道路里程数的建设来解决交通拥堵问题显然是行不通的,必须通过加强城市道路交通的管理和控制措施来解决交通问题,提高道路交通运行效率[3-4]。远引调头便是较为有效的一种交通管制措施,其基本思路是使需要直接左转的车辆先右转绕行,间接实现左转,以达到减少直接左转车辆与直行车辆的交通冲突的目的,进而提高道路交通的运行效率和安全性[5-6]。
1 模型建立
行程时间是指车辆驶过某一路段的总时间,包括车辆的行驶时间及延误时间[7]。延误时间是指车辆在行驶过程中,由于受到各种因素的影响所损失的时间[8-9]。现分析车辆直接左转与车辆远引调头的行程时间以及延误时间。
1.1 车辆直接左转的行程时间及延误时间
交通情形:车辆从次路直接左转进入主路,根据主路优先通行的原则,车辆在即将到达交叉口之前开始减速或停止,等待主路车辆提供车流间隙,驶入主路穿过直行车辆至中央分隔带,等待主路车辆出现合流间隙,再汇入主路车流。
行程时间:tLT=tL1+tL2+tL3
(1)
tLD=tL1+tL2
(2)
式中:tLT——车辆直接左转的行程时间，s;
tLD——车辆直接左转的延误时间，s;
tL1——直接左转车辆在次路前等待主路车辆提供车流间隙的时间，s;
tL2——直接左转车辆在中央分隔带等待主路车辆提供合流间隙的时间，s;
tL3——直接左转车辆从次路驶入主路全过程的行驶时间，s。
从行程时间的公式上可以看出,车辆直接左转的行程时间是等待车辆提供车流间隙、等待车辆提供合流间隙以及车辆行驶过程的行驶时间的总和,车辆直接左转的延误时间是车辆等待主路车辆提供车流间隙以及等待车辆提供合流间隙的总和。
1.2 在下游中央分隔带处调头的行程时间及延误时间
交通情形:车辆从次路右转至下游中央分隔带调头,根据主路优先通行的原则,车辆在即将到达交叉口前开始减速或停止,等待主路车辆提供与主路车辆合流的间隙,右转进入主路的左转或调头专用车道,直行到达中央分隔带时进行车辆调头进入对向直行车道,完成车辆间接左转的过程。
行程时间:tRT=tR1+tR2+tR3+tR4
(3)
tRD=tR1+tR3
(4)
式中:tRT——车辆右转至中央分隔带调头的行程时间，s;
tRD——车辆右转至下游中央分隔带调头的延误时间，s;
tR1——车辆在次路前等待与主路车辆合流的时间，s;
tR2——车辆右转至下游中央分隔带的行驶时间，s;
tR3——车辆右转至下游中央分隔带等待与主路车辆合流的时间，s;
tR4——车辆完成调头行并行至原直接左转地点全过程的行驶时间，s.
从行程时间的公式上可以看出,车辆右转至下游中央分隔带的行程时间是等待两次主路车辆提供合流间隙、行驶至下游中央分隔带的行驶时间以及车辆完成远引调头行驶过程的行驶时间的总和,车辆右转至下游中央分隔带的延误时间是车辆等待两次主路车辆提供合流间隙的总和。
1.3 在下游信号交叉口处调头的行程时间及延误时间
交通情形:车辆从次路右转至下游中央分隔带调头,根据主路优先通行的原则,车辆在即将到达交叉口前开始减速或停止,等待主路车辆提供与主路车辆合流的间隙,右转进入主路的左转或调头专用车道,直行到达中央分隔带时进行车辆调头进入对向直行车道,完成车辆间接左转的过程。
行程时间:tRL=tR1+tR2+tR3+tR4
(5)
tRD=tR1+tR3
(6)
式中:tRL——车辆右转至下游信号交叉口调头的行程时间，s;
tRD——车辆右转至下游信号交叉口调头的延误时间，s;
tR1——车辆在次路前等待与主路车辆合流的时间，s;
tR2——车辆右转至下游信号交叉口停车线前的行驶时间，s;
tR3——车辆右转至下游信号交叉口停车线前等待信号灯的平均等待时间，s;
tR4——车辆完成调头并行至原直接左转地点全过程的行驶时间,s.
从行程时间的公式上可以看出,车辆右转至下游信号交叉口的行程时间是等待主路车辆提供合流间隙、行驶至下游信号交叉口停车线前的行驶时间、信号灯的等待时间以及车辆完成远引调头行驶过程的行驶时间的总和,车辆右转直下游信号交叉口的延误时间是车辆等待主路车辆提供合流间隙以及等信号灯的等待时间的总和。
2 案例分析
2.1 交通仿真方案的设计
交通仿真是利用计算机系统建立仿真模型来模拟现实道路交通的运行状态,采用计算机的数字图形方式来描述动态交通系统,把握和控制道路交通系统的技术[10-13]。
2.1.1交通仿真路网的建立
交通仿真首先需要构建车辆通行环境,建立仿真路网主要的步骤有:绘制路段、连接路段、设置交通流量、进行路径决策、设置信号配时、设置冲突区等。
1)绘制路段。远引调头设置在双向六车道上,双向六车道东西方向主路与双向四车道南北方向次路的交叉口,下游信号交叉口东西方向为双向六车道的道路网,道路宽度为3.5 m,中央分隔带为2.0 m.
2)连接路段。将绘制好的路段间采用连接器进行道路连接,形成一个完整的道路网[14]。
3)设置交通流量。根据需要设置交通流量,为比较直接远引调头车辆对下游信号交叉口的影响,设置不同的交通量,便于观察远引调头车辆在不同交通流量的情况下的运行情况。
4)路径决策。为比较直接左转车辆与远引调头车辆运行状态,采用控制变量法,在相同道路以及交通流量的条件下,改变道路网路径的决策,从而实现两种运行方式的比较。
5)设置信号配时。本文设置的交叉口为无信号控制的交叉口,下游设置信号控制。信号配时可以根据道路的实际情况来设置,本文在交通仿真方案时会提供信号配时。
6)设置冲突区。对于没有被信号控制从时间上隔离的冲突区,需设置冲突区的让行规则,从而更加符合道路的实际情况,输出的数据也能够更加准确。
2.1.2交通仿真路网的运行以及评价指标的输出
交通仿真路网运行时,观察车辆运行过程中是否有不符合实际情况的地方。如果有,则进行调整;如果没有,则可以设置检测器输出仿真结果[15]。采用1 h为运行时长,将路网中的延误、排队长度进行输出,通过“评价”中的“文件”进行对应输出参数的文件配置,运行交通仿真中的1 h后,即可得到评价指标。
2.2 交通仿真方案
根据单一变量的原则,采取两种设计方案。方案一为控制次路车流100 辆·h-1不变,改变主路车流量,在不同主路车流量的情况下比较直接左转车辆与远引调头车辆的运行结果;方案二为控制主路车流量为1 200 辆·h-1不变,改变次路车流量,在不同次路车流量的情况下比较直接左转车辆与远引调头车辆的运行结果。
2.2.1方案一
保持次路车流量100 辆·h-1不变,改变主路车流量。
1)道路网设置。设置的交叉口为主路东西方向双向六车道与次路南北方向双向四车道,下游信号交叉口东西方向为双向六车道的道路网,道路宽度为3.5 m,中央分隔带为2.0 m.
2)设置交通流量。次路的车流量保持100 辆·h-1不变,主路的车流为400～1 600 辆·h-1,以每隔300辆做一次交通仿真,模拟直接左转车辆与远引调头车辆的运行。主路的转向比例为:
主路西进口:左转车辆数∶直行车辆数∶右转车辆数=2∶5∶3
主路东进口:左转车辆数∶直行车辆数∶右转车辆数=2∶5∶3
下游信号交叉口的车流量以及转向比例为:
下游信号交叉口北进口:1 000 辆·h-1,左转车辆数∶直行车辆数∶右转车辆数=2∶5∶3
下游信号交叉口南进口:1 000辆·h-1,左转车辆数∶直行车辆数∶右转车辆数=2∶5∶3
3)信号配时。交叉口为无信号控制的交叉口,次路车辆通过主路车辆提供的车流间隙或合流间隙通过交叉口,下游信号交叉口为四相位信号控制,并且设有专用左转相位。
信号配时为:tC=180 s,tR1=180 s,tG1=41 s,tR2=44 s,tG2=111 s,tR3=114 s,tG3=30 s,tR4=147 s,tG4=177 s,tA=3 s
其中:tC——信号周期，s；
tR1——东西进口左转红灯结束时间，s;
tG1——东西进口左转绿灯结束时间，s;
tR2——东西进口直行红灯结束时间，s;
tG2——东西进口直行绿灯结束时间，s;
tR3——南北进口左转红灯结束时间，s;
tG3——南北进口左转绿灯结束时间，s;
tR4——南北进口直行红灯结束时间，s;
tG4——南北进口直行绿灯结束时间，s;
tA——黄灯时间，s.
2.2.2方案二
保持主路车流量1 200 辆·h-1不变,改变次路车流量。
1)道路网。设置的交叉口为主路东西方向双向六车道与次路南北方向双向四车道,下游信号交叉口东西方向为双向六车道的道路网,道路宽度为3.5 m,中央分隔带为2 m.
2)设置交通流量。主路的车流量保持1 200 辆·h-1不变,次路的车流50 辆·h-1、100 辆·h-1、200 辆·h-1、400 辆·h-1、600 辆·h-1,模拟直接左转车辆与远引调头车辆的运行。主路的转向比例为:
主路西进口:左转车辆数∶直行车辆数∶右转车辆数=2∶5∶3
主路东进口:左转车辆数∶直行车辆数∶右转车辆数=2∶5∶3
下游信号交叉口的车流量以及转向比例为:
下游信号交叉口北进口:1 000 辆·h-1,左转车辆数∶直行车辆数∶右转车辆数=2∶5∶3
下游信号交叉口南进口:1 000 辆·h-1,左转车辆数∶直行车辆数∶右转车辆数=2∶5∶3
(3)信号配时。交叉口为无信号控制的交叉口,次路车辆通过主路车辆提供的车流间隙或合流间隙通过交叉口,下游信号交叉口为四相位信号控制,并且设有专用左转相位。
信号配时为:tC=180 s,tR1=180 s,tG1=41 s,tR2=44 s,tG2=111 s,tR3=114 s,tG3=30 s,tR4=147 s,tG4=177 s,tA=3 s
其中:tC——信号周期，s；
tR1——东西进口左转红灯结束时间，s;
tG1——东西进口左转绿灯结束时间，s;
tR2——东西进口直行红灯结束时间，s;
tG2——东西进口直行绿灯结束时间，s;
tR3——南北进口左转红灯结束时间，s;
tG3——南北进口左转绿灯结束时间，s;
tR4——南北进口直行红灯结束时间，s;
tG4——南北进口直行绿灯结束时间，s;
tA——黄灯时间，s.
2.3 交通仿真结果分析
仿真交叉口如图1所示。
图1 交叉口平面示意图Fig.1 Sketch of intersections
仿真结果如图2所示。车流在400～1 000 辆·h-1时,两种交通组织方式的平均延误差别不大,当流量超过1 000 辆·h-1时,两种交通组织方式的平均延误均开始上升,远引调头的平均延误上升更加明显,因此当车流超过1 000 辆·h-1时,采取远引调头的交通组织方式的平均延误会更大。
图2 次路车流为100 辆·h-1,主路车流变化时主路车流的平均延误Fig.2 The average delay of the main road traffic flow when the main road traffic flow changes with 100 vehicles/hour on the secondary road
如图3所示,车流在400～1 000 辆·h-1内,两种交通组织方式的平均停车延误变化均比较平缓；当流量超过1 000 辆·h-1时,两种交通组织方式的平均停车延误均开始出现不同程度的上升,远引调头的平均停车延误上升更加明显。因此当车流超过1 000 辆·h-1时,采取远引调头的交通组织方式的平均停车延误会更加明显。
图3 次路车流为100 辆·h-1,主路车流变化时主路车流的平均停车延误Fig.3 The average stop delay of the main road traffic flow when the main road traffic flow changes with 100 vehicles/hour on the secondary road
如图4所示,两种交通组织方式的平均排队长度均在逐渐上升。车流在400～1 000 辆·h-1内,两种交通组织方式的平均排队长度差别不大。当流量超过1 000 辆·h-1时,远引调头的平均排队长度上升更加明显。因此当车流超过1 000 辆·h-1时,采取远引调头的交通组织方式的平均排队长度会明显增加。
图4 次路车流为100 辆·h-1,主路车流变化时主路车流的平均排队长度Fig.4 The average queue length of the main road traffic flow when the main road traffic flow changes with 100 vehicles/hour on the secondary road
如图5所示,车流在400～1 000 辆·h-1内,路网中两种交通组织方式的平均停车次数差别不大,变化趋势较为平缓。当流量超过1 300 辆·h-1时,远引调头的平均停车次数明显上升,直接左转车辆的平均停车次数下降。因此当车流超过1 300 辆·h-1时,采取远引调头的交通组织方式的平均停车次数会明显增加。
图5 次路车流为100 辆·h-1,主路车流变化时主路车流的平均停车次数Fig.5 The average number of stops of the main road traffic flow when the main road traffic flow changes with 100 vehicles/hour on the secondary road
如图6所示,路网中远引调头车辆的平均延误缓慢上升,直接左转车辆的平均延误是先上升后下降。在次路车流量为200 辆·h-1,两种交通组织方式开始出现明显上升以及明显下降。因此当次路车流小于200 辆·h-1,可以选择设置远引调头。次路车流超过200 辆·h-1,可以选择设置直接左转。
图6 主路车流为1 200辆·h-1,次路车流变化时主路车流的平均延误Fig.6 The average delay of the main road traffic flow when the secondary road traffic flow changes with 1 200 vehicles/hour on the main road
如图7所示,两种交通组织方式的平均停车延误逐渐接近,次路车流量在50～400 辆·h-1之间,远引调头车辆的平均停车延误明显小于直接左转车辆的平均延误,大于400 辆·h-1,远引调头车辆的平均延误大于直接左转车辆的平均延误。因此,当次路车流小于400 辆·h-1,可以选择设置远引调头,次路车流超过400 辆·h-1,选择设置直接左转。
图7 主路车流为1 200辆·h-1,次路车流变化时主路车流的平均停车延误Fig.7 The average stop delay of the main road traffic flow when the secondary road traffic flow changes with 1200 vehicles/hour on the main road
如图8所示,两种交通组织方式均不同程度上升,次路车流量为200 辆·h-1,直接左转车辆的平均排队长度开始平缓上升,远引调头的平均排队长度,上升趋势明显。因此,当次路车流量小于550 辆·h-1,可设置远引调头,大于550 辆·h-1,可选择设置直接左转。
图8 主路车流为1 200 辆·h-1,次路车流变化时主路车流的平均排队长度Fig.8 The average queue length of the main road traffic flow when the secondary road traffic flow changes with 1200 vehicles/hour on the main road
如图9所示,远引调头车辆的平均停车次数呈现上升趋势,直接左转车辆的平均停车次数为先上升后下降,当次路车流量为200 辆·h-1,远引调头车辆的平均停车次数出现明显上升,直接左转车辆的平均停车次数出现下降。因此,当次路车流量小于380 辆·h-1,可以选择设置远引调头,次路车流量大于380 辆·h-1,可以设置直接左转。
图9 主路车流为1 200 辆·h-1,次路车流变化时主路车流的平均停车次数Fig.9 The average number of stops of the main road traffic flow when the secondary road traffic flow changes with 1200 vehicles/hour on the main road
3 总结
研究车辆直接左转、车辆右转至下游中央分隔带调头及车辆右转至下游信号交叉口调头的行程时间及延误时间模型。利用VISSIM交通仿真软件建立直接左转与远引调头的路网模型,根据单一变量的原则,通过分别控制次干路交通流量不变、主路交通流量不变的方式进行仿真,依据仿真结果数据,分析得出不同交通流量条件下远引掉头车辆对主路交通流的影响。
