城市快速路進口附近區域交通組織與控制方法

王立業

（中國人民公安大學 北京 100038）

自1980年以來，交通擁堵問題在我國隨著交通需求量和機動車數量的增加也日漸突出，特別是較大城市這一問題尤為嚴重。作為城市路網的核心，快速路的設計初衷在于解決城市中長距離交通問題，有著安全、暢通、快速等特點。但如今，高效快捷的理念指導作用正在日趨減弱，機動車高峰期，交通擁堵更為突出，對城市快速路系統所產生的道路交通擁擠問題的研究已經迫在眉睫。優化城市快速路入口匝道處交通組織與控制，提高快速路使用效率，讓快速路能夠再次“快速”起來，成為了無數交通人不懈地追求。實踐證明，道路交通建設已經難以改善城市交通擁擠狀況，只有優化交通組織與控制，才能保證正常的交通運行秩序。因此，加強快速路出入口附近區域的交通組織控制十分必要。同時，加強入口匝道感應信號控制系統的建設，有利于利用當前已有的道路資源，進一步提升交通效率，保證城市道路安全暢通[1]。

鑒于城市快速路進口附近區域交通組織與控制的重要作用，本文通過多方分析比較提出了相應研究課題，以期得出一套適合絕大多數城市的快速路入口組織、優化、控制方法，為應對城市快速路系統所存在的道路交通擁擠難題提供參考。

一、問題的提出

“城市快速路”是指在城市周邊區域修建的，具有單向雙車道或多車道的城市道路[2]。作為城市承載大運力交通的主要設施，城市快速路服務于中長距離的交通，多由城市的環路、貫穿城市的放射線組成。現由于日益增長的交通需求、交通合流沖突點事故頻發等原因，導致常發性交通擁堵。因此，預先誘導和實時控制快速環路已有的交通流[3]，完善交通組織與控制系統，對保障快速路安全有序運行意義重大。城市快速路作為城市道路交通網的結構核心，是城市內部及城市對外進行交通聯絡的關鍵點。從設計初衷來說，城市快速路系統預設的核心功能有以下幾點：1.貫穿、環繞城市的快速路是連接城市內較遠距離的“高速橋梁”，能夠有效縮短交通出行時間，進而提高城市交通便捷性，改善日常交通環境，達到“快速”的目的；2.提供高效、快捷的交通服務，用以連接為城市之中各部分功能分區。同時減少了交通沖突點的產生，形成了具有速度快、運力強的城市交通橋梁，起到了屏障和疏導作用；3.在完善市內交通和外界交通的銜接，加強與周邊城市的交通交流，增強便捷程度的同時，增大了城市影響力和吸引力；4.按照交通需求劃分為不同等級，實施分類管理，使城市路網得以充分利用，進一步優化道路資源配置；5.推動城市結構調整，打破現有城市用地不等價性，改善生活區、工作區分隔的現狀；6.將過境交通轉換為環流，緩解中心城交通壓力，進而緩解城市中心地區擁堵，改善市區交通環境。

對入口匝道與地面銜接交叉口的協調控制研究起始于上世紀90年代[4]。交通協調控制，英文名稱“Traffic Coordinated Control”，簡稱“TCC”，許多學者也稱之為“協同控制”或“整合控制”。這種操控方式是在交通流理論和交通管理概念基礎上，實現了交通管理與控制子模塊的協同運作，子模塊主要包括交通流疏導、交通信號控制、交通流動態分析、匝道區域調節等。隨著道路交通信息、通信共享、應用集成等技術的發展，道路交通協調控制趨于智能化、信息化[5]。研究發現，協調控制的實施基礎理念在于交通流動態分布以及制定合乎實際控制情況的交通信號周期，兩者分別從空間概念上協調了交通流的分布，以及在時間上給予合理分配[6]。

1995年，Papageorgiou提出城市快速路與地面道路集合控制思想[7]。最初對集成控制策略開展研究的是Turner-Fairbank公路研究中心。但是Turner-Fairbank公路研究中心并不是完全對快速路與地面道路整合控制的課題研究，其更側重于交通集成控制產品的推廣應用。

ZongTian[8]利用微觀仿真模型工具對地面道路交叉口與入口匝道處菱形區域進行仿真研究，發現了地面道路交叉口與入口匝道的集成控制對地面交叉口及城市快速路交通狀況的重要作用，對地面交叉口與入口匝道處有效集成控制可以極大改善城市快速路的交通運行狀況。而后，自適應性的控制概念被提出并廣泛運用到集成控制的方法中。

我國城市快速路運營已有十幾年的歷史，但是部分城市快速路入口匝道與地面交叉口之間矛盾卻越發顯現，快速路入口匝道處交通擁擠甚至已成為常態，而且當前我國對城市快速路入口匝道的協調控制缺乏系統性研究。對此，本文借鑒國外先進經驗，對城市快速路入口區域交通組織與控制方法進行研究，以期得出一套適合絕大多數城市的快速路入口組織、優化、控制方法，最終用以解決城市快速路系統所存在的交通擁擠問題。

本文試在實際調查與分析的基礎上，采取文獻法、比較法等方法，同時借鑒管理學相關理論，對城市快速路進口附近區域交通組織與控制方法進行研究，基于城市快速路與普通道路的比較，并結合當前交通狀況，對快速路進口處多方交通流特性進行分析，探索城市快速路進口附近區域的組織協調控制方法，期望為緩解交通擁堵問題提供了參考。

二、城市快速路的特點

（一）城市快速路與普通道路的區別

依據2006年出版的《城市道路設計規范》，城市快速路的作用應為城市長距離、大運量和快速交通服務[2]。由此，城市快速路作為道路交通的重要構建，是有效應對城市道路交通中長距離快速運輸的重要手段。正是不同的功能要求，城市快速路主要有以下特點：

1.快速路一般采用全程高架或地下通道，沒有機非沖突，只允許機動車使用，實現其功能。

2.依照設計要求，在道路途中不設置交叉口，減少了橫向交通流沖突。采用立體交叉或者使用進出口匝道和其他形式的交通設施相連。相比高速公路而言，匝道間距比較短。

3.有配套輔路系統。城市快速路一般分主路和輔路兩部門。在實際設計層面中，快速路為中長距離的快速交通服務，這里的“快速路”一般指主路，而輔路設置目的不同，承擔的任務也不同。快速路輔路為解決快速路沿線區域交通、禁止進入快速路的機動車、非機動車及行人的通行需求[9]，具體可分為集散職能、服務職能和通道職能，使快速路系統的使用功能更為完善。

4.城市快速路的道路性質禁止摩托車、拖拉機等低速或安全系數低的車輛行駛，規定只能常規交通工具使用，防止降低道路通行能力，引發交通秩序混亂。

5.由于快速路需要較大的運力，通常在快速路上行駛的交通流為連續流。

6.環境要求高。一般情況下，按照交通需求，城市快速路所經過的區域為經濟發達區域或城市中心區域，有著較高的發展程度和完善的配套設施。因此，在對城市快速路的規劃設計中，要充分考慮與周圍交通環境的配合。

（二）與地面交通銜接方式分類

由于城市快速路上全程不設交叉口，車輛通行不受信號控制和橫向交通沖突的影響，主線上交通流模式為擁有較快速度的連續交通流。城市快速路的出現，很大程度上解決了現行的交通需求。城市路網建設與地面道路建設相輔助、相配套。地面的配套道路建成后，出入口匝道成為連接快速路與地面交通設施之間主要連接方式。出入口的作用不僅保證快速路的原有交通通行順暢，滿足建設初期高速便捷的特點，而且還保證車輛快速安全駛入，主干道上車輛正常運行。因此，均衡快速路和地面道路交通流之間關系，緩解交通流沖突成為道路銜接區域合理規劃的首要任務。

依據臨近的兩個出入口功能形式的不同，快速路匝道的設置距離可分為以下四種模式：入口-出口（設置入口匝道后再設置出口匝道）、入口-入口（入口匝道后依舊設置入口匝道）、出口-入口（先設置快速路出口，再設置入口）、出口-出口（設置出口后依舊設置出口）。在城市快速路系統中，快速路主干道交通不僅受單個進口匝道匯入車流影響，而且受整個線路的協同作用，因此，我們需要完善進出口設置的系統優化模式，以便保證主線車流的穩定性。

三、快速路主干道和入口匝道處交通流特征

一般來說，地面車輛進入快速路主干道，會在入口匝道處產生一個合流沖突點。而主線上原有的車輛速度因為合流效應受到影響。當車流較多時，在合流點附近車輛交織不能平順進行，可能產生較為嚴重的交通沖突。快速路每個車道交通流是不同的，這主要是取決于車輛的行駛速度、車道的交通組成、進口數量和位置，以及交通環境和駕駛員習慣等[4]。

（一）城市快速路主線交通流特性

城市快速路主線上交通流的分布并非一成不變，有著潮汐性和地區性。當交通流從匝道匯入主干道時，主干道原有車流和新匯入交通流將產生沖突，沖突流如下圖1所示：

圖1 城市快速路進口匝道合流沖突點

1.快速路進口匝道上游的主線上交通量分布。在快速路主線上的交通流內側車道交通量高于外側車道交通量。因為干線上游的車輛駕駛人注意到前方匝道入口后，處于趨利避害的本能而提前向內側車道變換，以免因匝道車輛沖突帶來延誤。

2.快速路進口匝道下游的主線上交通量分布。通常情況下，快速路入口匝道下游的主線上交通量的分布時間動態特征明顯。白天內側道路交通量一般低于外側車道，而夜間則相反，內側車道的交通量又高于外側。這是由于白天整體路網交通量大于夜晚，入口匝道匯入快速路主干道的車輛相對較多，下游外側車道占用車輛較多造成的。

（二）入口匝道處交通量特性

1.在入口上游，主線最外側車道交通量明顯小于內側車道。

2.在入口處，外來車輛的匯入將會明顯干擾原有交通流的正常行駛，合流處沖突會導致車流行駛速度降低。

3.在入口下游，隨著車流的繼續行駛干線車流趨于平穩。

四、組織協調控制的方法

由上文中快速路主干道和入口匝道處交通流呈現的特點分析，交通流在主干道上的分布有顯著的區域性差別，對外側車道的交通需求在時間上具體不均衡性。因此，快速路匝道附近交通擁擠具有區域上的不確定性和時間上的潮汐性。在分析問題基礎上，我們需要遵循網絡分流原則、通行能力匹配和明確區分道路功能等道路交通需求基本原則，提出以下解決問題的方法。

（一）網絡分流

宏觀上，通過組織快速路主干道上交通流的流向，使快速路網內的交通趨于流量平衡；其次，對于不通過類型的車輛區別對待，限制大型貨運車輛進入快速路、進入市中心（如模仿北京禁止大貨車在流量較高的時間段進入市區）。同時，合理規劃組織地面交通系統，提供多種出行方式，使駕駛人不局限于城市快速路的選擇。微觀上，我們可以通優化快速路車道分布的渠化和管理、強化路網交通組織、加強合流區域交通控制和快速路進口匝道管理等手段來解決交通擁堵問題。

（二）優化匝道布局設施

城市快速路交通需求具體變化快的特點，因此，在匝道規劃布局時，要全面考慮，通過對交通擁堵狀態、路網承受能力、交通出行等特點和趨勢綜合分析，不斷完善局部匝道規劃[10]。

（三）改善與匝道相鄰的地面交叉口

與匝道相鄰的地面交叉口直接影響了快速路進出口附近的交通狀況。對于地面交叉口的協調優化，可采取分離橫向交通、交叉口流向限制、交叉口渠化設計及信號控制優化等措施，提高路網整體通行能力，實現交通流的快速疏散。

（四）完善監控系統，加強實時調整

完善交通監控系統對交叉口的調節意義重大。將交通控制和調節與快速路進口系統相匹配，實現對整體路網的協調控制。近年來，部分城市不斷完善交通管理監控系統，對快速路交通狀況實時調度指揮，有效避免了入口附近常發性交通事故帶來的負面影響。

五、結論與展望

隨著改革的全面深入，城市化進程的不斷加快，機動車數量仍會急劇增加，對城市道路交通需求也會越來越高。加快城市快速路建設已成為緩解路網交通壓力的重要手段。當前，城市快速路入口匝道處擁堵問題凸顯，對城市快速路入口匝道區域進行有效的交通組織和協調控制，已成為解決城市快速路擁擠問題最直接的方法之一。對此，本文首先對城市快速路特點進行了闡述，對快速路主干道及入口匝道處交通流特性進行了論述，最后對速路入口匝道和地面銜接交叉口交通控制的方法進行了重點研究，為區域內協調控制思路的形成、問題解決策略的提出提供借鑒參考，以期達到提高城市道路交通效率，提升快速路通行能力，緩解路網交通擁堵的目的。

本文從車道布局、匝道控制管理、交通誘導、交通流疏導、匝道相鄰地面交叉口組織優化和加強實時調整等多個方面進行了分析，對城市快速路入口匝道與銜接交叉口協調控制方法進行了研究。但交通狀態瞬息萬變，實施方案還需要與實踐相結合。因此，對協調控制方法的研究還需要在實際應用中不斷修正和完善。