潮汐車道的設置條件分析及運行效果評價

鄭桂傳，嚴 凌 （上海理工大學 管理學院，上海 200093）

近年來城市道路出現早晚高峰期間雙向交通量不均衡現象，一個方向交通量較大甚至擁堵，另一個方向交通量卻較少，因此設置潮汐車道成為緩解交通擁堵的一個方案。國內外的學者對潮汐車道也進行了大量的研究，史峰、蘇煥銀等建立一主二從雙層規劃模型來對是否開通潮汐車道進行決策；馬瑩瑩提出一種動態的潮汐車道設置方法，較傳統的控制方式更有效率；Waleczek H研究了開通潮汐車道對交通流的影響和對道路安全的影響，并得到潮汐車道可以有效減少行程時間；俞如訥研究了開啟潮汐車道后會對周圍道路路網產出影響并使整體路網達到新的平衡；戴昕研究了潮汐車道需要開通的車道數模型并詳細解釋了潮汐車道清場、入場、退場過程；許雪琦等研究了過飽和狀態下潮汐車道交叉口與周圍其他交叉口的協調控制可以緩解交通擁堵；尚春琳等研究了潮汐車道清空時間與下游交叉口的信號控制之間的協調關系，并提高了潮汐車道清空時間的效率；丁心茹建立雙層規劃模型，得到潮汐車道的開通時機及分配方案。

1 潮汐車道道路狀況

潮汐車道一般設置在城市中心與郊區之間的路段上，早晚高峰期間具有明顯的潮汐現象，通常需要將路中央的車道進行方向隨時調整。根據國內外大量潮汐車道設置條件分析，為方便切換交通流方向，潮汐車道中間一般不允許有中央隔離設施，包括綠化帶、分離帶、欄桿等，所以潮汐車道一般存在于城市次干路、支路中。除此，道路要求三車道以上或者單行道，機動車與非機動車分離行駛。

2 潮汐車道的方向分布系數值

定義潮汐車道的方向分布系數KD：重交通流方向上平均一個車道的交通量與路段兩個方向上每個方向上平均一個車道交通量之和的比值。設置潮汐車道的目的是緩解交通擁堵，但是設置以后需要輕交通流方向上的路段飽和度不能低于重交通流方向上的路段飽和度，據此來限制KD值，需要滿足大于KD值才能開通潮汐車道。

假設重交通流車道數為m，輕交通流車道數為n，道路兩個方向上各個車道通行能力均為c，重交通流方向上每一個車道的實際交通量均為vm，輕交通流方向上每一個車道的實際交通量均為vn。得到如下公式：

現在假設開通1條潮汐車道，此時重交通流方向上飽和度為：

以輕交通流方向上的路段飽和度不能低于重交通流方向上的路段飽和度為臨界值：

得到：

則此時的方向分布系數：

當m=1，n=2,KD=0.8;m=2,n=2,KD=0.75;m=2,n=3,KD=0.69;m=3,n=3,KD=0.67。

3 潮汐車道路阻模型

以BPR函數作為模型基礎，潮汐車道路阻模型如下：

式中：x為輕交通流與重交通流兩個方向上的交通量的比值；i為開啟潮汐車道的車道數；Vm為重交通流方向上的交通量；m、n分別為重交通流、輕交通流方向上原來的車道數；cm、為重交通流、輕交通流方向上各自每一個車道的通行能力，pcu/h；cB為每一個車道上的理想通行能力，pcu/h；γ為非機動車的影響系數，機非分離取1；η為車道寬度影響系數，寬度為3.5米取1；fm,為重交通流、輕交通流各自方向上的車道數修正系數；λ為交叉口的影響系數，與綠信比、路段長度有關；L、vs為潮汐車道的長度、車輛行駛速度；α取推薦值0.15，β取推薦值4。

當f（x,0）≥f（x,1）時，開通1條潮汐車道路阻比不開通潮汐車道路阻小，此時開通1條車道；當f（x,0）≥f（x,1）≥f（x,2），此時開通2條車道。

4 仿真驗證與分析

以上海市楊浦區境內的包頭路（嫩江路—民星路）作為研究對象，白天時從北向南進城方向為兩車道，從南向北出城方向為一車道，如圖1。晚高峰期間存在明顯的潮汐現象，經過連續五個工作日的晚高峰期間交通量調查，得到晚高峰流量如表1所示。

分析該路段是否滿足開通潮汐車道的條件：（1）該路段為三車道，中間沒有分隔帶；（2）KD=0.812≥0.8，滿足潮汐車道開通的分布系數值；（3）經計算，f（x,0）≥f（x,1），開通1條潮汐車道的路阻函數最小，符合條件。設置潮汐車道后晚高峰期間的流向圖，如圖2。

根據收集到的車流量、配時方案等數據，首先用VISSIM仿真軟件進行建模，根據相關文獻取駕駛行為仿真參數平均停車間距取1.6m，安全距離附加部分取2.2m，安全距離的倍數部分取2.8，接著在潮汐車道起點前50米，終點后50米設置行程時間檢測器，總共設置進城與出城方向各自左轉、直行、右轉6個檢測器，最后輸出相應的評價指標：行程時間與延誤，如表2和表3所示。在評價潮汐車道效率的同時，借鑒美國聯邦公路局開發的SSAM軟件進行交通沖突的安全評價，設置TTC閾值2S，PET閾值5S，將VISSIM軟件導出的軌跡數據輸入到SSAM里，得到潮汐車道進城與出城方向路段上的交通沖突數、平均TTC值、平均PET值，如表4。

圖1 晚高峰前流向圖

表1 晚高峰流量

圖2 設置潮汐車道后晚高峰期間的流向

表2 行程時間評價

表3 延誤評價

由表2、表3可知，在晚高峰期間設置潮汐車道后出城的重交通流方向的左轉、直行、右轉的平均行程時間有明顯下降，進城的輕交通流方向行程時間增幅不顯著，潮汐車道路段總的行程時間減少了8.38%；同時，出城方向的左轉、直行、右轉平均延誤均有明顯下降，進城方向的平均延誤增幅較出城方向較少。

表4 安全評價

通過SSAM軟件分析，潮汐車道設置后TTC即兩車距離碰撞的時間和PET即兩車遭遇時間均有小幅提高，沖突數下降了22.72%，表明設置潮汐車道后其安全性能也明顯提高。

5 結論

本文針對城市道路雙向交通量不均衡現象，從潮汐車道道路狀況、方向分布系數值、潮汐車道路阻模型三個方面分析了潮汐車道設置條件，并對潮汐車道設置后的運行效率和安全性能進行評價。通過相關案例，得到潮汐車道設置后總行程時間顯著減少，潛在交通沖突數顯著減少，表明潮汐車道開通后其運行效率和安全性能均有顯著提高。