基于交通微觀仿真的多互通立交路段交通運行特征分析

鄭楠

摘要：由于城市建設的擴張，新城區道路接入城郊高速公路的需求日益增加，同一城市區域的高速公路存在多個互通的情況也越來越多。互通立交間的距離較近時，立交分合流區的交通會產生相互的干擾。研究針對多個互通立交的路段，通過交通流微觀仿真，對多個互通立交區分、合流區主要斷面的平均速度、延誤以及交通沖突等交通運行特征進行分析。并通過不同的預測交通量，對遠期多互通立交路段的交通運行與交通需求的適應性進行分析。

Abstract： Due to the expansion of urban construction， the demand for new urban roads to access suburban expressways is increasing， and there are more and more multi-interchange situations in the same urban area expressway. When the distance between the interchanges is short， the traffic in the interchange and junction area will cause mutual interference. The study analyzes the traffic flow characteristics of multiple intersecting interchange sections and the average speed， delays and traffic conflicts of the main sections of the intersecting interchange through traffic flow micro-simulations. Based on the different forecast traffic volume， the adaptability of traffic operation and traffic demand of long-term multi-interchange sections is analyzed.

關鍵詞：多互通立交區;交通微觀仿真;分合流區;平均速度;延誤;交通量

Key words： multi-interchange;traffic micro-simulation;split and merge area;average speed;delay;traffic volume

中圖分類號：TP391.9 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2020）08-0255-04

0 ?引言

由于城市建設的擴張，在城郊高速公路新增互通立交連接新城區道路的需求也日益增加。在同一城市區域內的高速公路存在多個互通立交的情況也越來越多。而互通立交之間在距離較近的情況下，各分、合流區域的交通會存在相互的干擾，在高速公路主線形成連續的分、合流交織區域，會降低主線以及分合流區域的交通通行效率。而隨著遠期交通量的不斷增加，在分、合流區域可能會產生擁堵，進而影響主線交通的通過效率。

研究主要通過交通微觀仿真，對存在多個互通立交的路段的交通流運行特征進行仿真。通過主要分合流區域的主線、連接部、匝道等斷面的平均速度、平均延誤以及交通擁堵現象等指標，基于不同的預測交通量，對遠期多互通立交路段的交通運行特征及其與交通需求之間的適應性進行分析。

1 ?互通立交區仿真建模流程

針對高速公路多互通立交區的建模，主要包括了路網模型、交通流輸入數據、仿真模型參數標定、仿真運行參數采集以及數據分析評估[1]四個步驟。其目標是為了評價多互通立交區的交通運行狀態以及方案對遠期交通增長的適應性。

1.1 路網仿真模型建立

在路網仿真模型中，主要包括靜態路網模型、通行規則以及各車道通行車輛類型、限速等進行建模。

第一步，根據設計圖或現場衛星圖等，通過準確的主線、匝道及變速車道的寬度、車道數以及長度等信息，建立高速公路靜態路網基礎模型。

第二步，根據主線優先的讓行原則，對沖突點設置優先通行的規則。并在分、合流變速車道及其連接部與主線、匝道之間的沖突點前，建立減速讓行的分界線，當優先通行的車道斷面檢測到有車輛通過時，讓行的車道的車輛在分界線前會提前減速讓行。

第三步，對主線各車道的通行車輛類型進行定義。主要根據實際的高速公路對各類型車輛通行規則的管理方式，定義車道是能夠通行所有機動車、禁止大貨車通行禁止大車通行等通行車輛類型進行定義。

第四步，依據路段限速規則，可以對各個車道進行限速設置。

1.2 交通流輸入數據

交通流輸入數據可以依據實際觀測交通量，或者特征年交通量預測的結果，對不同交通組成、交通量等在仿真中進行定義。根據轉向交通量分布，對立交區不同車型轉向交通的比例在仿真中進行設置。

在仿真過程中，可以對不同時間段設置不同的交通量，從而得到不同交通量條件下的運行狀態仿真結果。

1.3 仿真模型參數標定

在仿真模型的參數標定時，主要對斷面的車輛運行速度進行標定。依據實際對高速公路在分、合流區域的主要斷面以及路段隨機選取的斷面進行速度調查，根據不同車型的速度的分布曲線，在仿真中調整不同車道、車型的速度分布曲線分布。

1.4 仿真運行參數采集與評估

在對立交區域的交通運行狀態進行分析，主要通過平均速度、最大排隊延誤以及平均行程時間等指標進行評估[2][3]。在仿真中，主要通過設置斷面數據采集器獲取平均速度、最大排隊延誤等信息，通過在第一個立交起點前至最后一個立交終點后一定長度的路段，設置行程時間檢測器獲取路段的平均行程時間數據。采集的數據可以對不同的立交方案、交通量等進行對比分析。

2 ?交通運行狀態仿真評估實例分析

項目通過對某新區高速公路在A、B兩個互通立交之間新增C互通立交為例，采用仿真分析方法，對新增立交后對交通流運行狀態的影響進行分析。在建立仿真模型時，主要對道路模型、交通組成、（轉向）交通量、沖突區、路段限速以及交通流狀態檢測設施的設置進行建模。

2.1 建立仿真模型

在道路模型中，分別對未增加和新增C互通立交的情況進行仿真。原高速公路主線為雙向六車道;在新增C互通立交的情況下，C互通立交與B之間主線為雙向八車道，C互通立交與A互通立交之間為雙向六車道。

在仿真試驗中，交通組成參照《工可》中的車型構成情況以設計小時交通量進行仿真模擬。在沖突區的設置，按照主線交通優先的原則進行路權分配，對于匝道間的沖突區域以主要的交通流方向優先的原則進行路權分配。道路限速以主線120km/h或100km/h，立交區限速值適當降低的方式進行限速。

在分析中，主要通過對主線設置行程時間檢測器，以及對各主線各分合流區設置斷面數據采集設施的方式，分別對行程時間、平均速度、最大排隊延誤等參數進行分析。

2.2 仿真結果分析

在項目中主要對2018年、2025年以及2037年對應設計小時交通量條件下，對交通運行狀態進行仿真，并對主線行程時間、分合流區平均速度以及最大延誤進行了對比分析。

2.2.1 主線行程時間

在仿真中，從下行A互通起點前至B互通終點后范圍內選取7500m的路段，以及上行B互通起點前至A互通終點后范圍內選取7500m的路段，作為行程時間統計的起終點，對不同方向、不同車型分別在2018年、2025年以及2037年的交通量預測結果下的行程時間進行對比，仿真結果如表1所示。

隨著交通量的增加，各方向行程時間也隨之增加。其中C至A方向在2037年各車型的行程時間增加較為顯著，行程時間均超過了500s。

新增C互通立交后，各方向各車型的行程時間均有所增加，在2018年和2025年，增加的時長并不明顯。但在2037年，A至B方向在新增C立交后，各車型的行程時間增加約110s;B至A方向新增加C立交后，小客車行程時間約增加114s（增幅20%），貨車約增加164s（增幅28%），大客車約增加191s（增幅33%）。

綜上評價，主線內平均行程時間的增加主要受交通量的影響，而在新增立交前后對主線行程時間的影響相對較小。

2.2.2 主要斷面平均速度

在仿真中，主要對A、B、C互通立交的與主線相連接的合流區、分流區等8個斷面進行平均速度的檢測。其仿真結果如表2所示。

由仿真結果可知，在2018年及2025年對應的交通量條件下，新增C互通立交后各斷面的平均速度均有所下降，2025年，新增C互通立交后各斷面小客車速度基本小于100km/h，貨車平均速度基本小于80km/h。而在2037年在新增C互通立交后部分斷面平均速度有所增加，這主要是由于車輛在該斷面前已存在瓶頸，而實際通過該斷面的交通量較小，對平均速度的而影響較小的原因。

綜上所述，在新增C互通立交后，各主要斷面的平均速度均有所降低。而當交通量達到2037年的預測結果時，路段中存在瓶頸，影響道路的實際通行能力。

2.2.3 主要斷面最大排隊延誤

對最大排隊延誤的檢測的斷面設置同平均速度。對各斷面最大排隊延誤的仿真結果如表3所示。

由仿真結果可知，隨著交通量的增加，各主要斷面的排隊延誤明顯增加。而在新增C互通立交后，在2025年和2037年，主線新增C互通立交處的路段的最大排隊延誤增加較為明顯。

2.2.4 交通流運行狀態分析結果

根據仿真的結果，若交通量在2018年對應的交通量的條件下，在新增C互通立交后，主線基本能夠保持正常的通行;在2025年對應的交通量條件下，行程時間及延誤增加;在2037年對應的交通量條件下，各分合流區域容易出現嚴重的擁堵現象，在新增C互通后，由于變道需求的增加，擁堵現象嚴重。

3 ?結論

在同一城市區域內的高速公路存在多個互通立交的情況下，而互通立交之間在距離較近的情況下，各分、合流區域的交通會存在相互的干擾，采用交通微觀仿真的方式對存在多個互通立交的路段的交通流運行特征分析，能夠較為直觀的對交通擁堵現象進行分析，并通過仿真中隊平均速度、延誤以及行程時間等參數的采集，分析不同方案、不同交通量下多互通立交路段的交通通行效率。對遠期多互通立交路段的交通運行特征及其與交通需求之間的適應性進行分析。交通微觀仿真能夠為復雜的多互通立交路段下新增互通方案的比選、分析等能夠提供較為直觀并且科學的輔助決策方法。

參考文獻：

[1]賈獻卓.基于微觀交通仿真的樞紐互通建設交通組織方案實例研究[J].公路，2017，62（02）：153-159.

[2]陳瑾.高速公路互通式立交出口和入口設置相關技術指標研究[D].長安大學，2016.

[3]陳春安，榮建，周晨靜，常鑫.分、合流區通行能力分析方法改進研究[J].道路交通與安全，2015，15（06）：1-5.