運用可變形環島提高交叉口通行能力的方法

鄒繼南

摘要：車輛按同一方向繞中心環島自行行駛的交叉口是一種不需要信號燈控制的平面環形交叉口形式，其優勢為車輛安全性高、連續行駛、所需管理設施少，且環島中心多為綠化景觀，有助于美化城市環境。為此，本文主要對對稱的圓形環形交叉口進行分析，以期探索出可可適應各進口道流量變化，又能保障環形交叉口連續行車的方法，并從仿真和理論兩方面論證改進方案。

關鍵詞：可變形環島；交叉路口；通行能力；提高方法

中圖分類號：U491.23 文獻標識碼：A 文章編號：1674-3024（2016）22-0157-01

1環形交叉口通行能力理論計算分析

主要有兩種環形交叉口通行能力理論計算方法：1）根據穿插及合流的間隙接受理論建立模型，以進口道能進入環形交叉口的最大流量反映環形交叉口的通行能力；2）交織理論模型，以交織段能通過的最大交織流量反映環形交叉口的通行能力。下面運用上述兩種方法探討不同環島半徑（即不同環行車道數）下的通行能力。

1.1間隙-接受理論模型

間隙

接受理論反映的是環道內車輛車頭時距及其分布規律對進口道最大流量的影響。當環道內車輛車頭時距大于某一臨界間隙tc/s時車輛才能進入環道，否則必須等待直到大于tc的間隙出現。進一步分析得出，潮汐主交通流方向進口道和交織段的通行能力是制約環行交叉口通行能力增長的主要原因。早晚高峰時段，主交通流進口道方向流量較大而其他進口道流量較小，主方向多為q小Ce大的情況，此時若提高交織段通行能力可使環形交叉口整體通行能力有更大提升空間。分析3車道環形交叉口可得到相同的結論。比較2車道和3車道環形交叉口交織段流量0可以明顯看出，隨著環道車道數從2條增至3條，環形交叉口通行能力增加，這進一步證明增加車道數可提高環形交叉口通行能力。

1.2交織理論模型

對于常規環形交叉口，若交織段相對較長，駕駛人可充分利用這段環道以交織方式完成車道變換，進入或轉出交叉口。因此，交織段上的通行能力決定了環形交叉口的通行能力。假設環形交叉口總面積不變，每條車道寬度均為5m，以南京市中山北路一熱河路環形交叉口規模（3車道，環島半徑為30m）為參照，探討環島半徑以一個車道寬度遞減或遞增若干種情況下的通行能力。將環形交叉口的交織比P的實際觀測值以及通過幾何關系得出的不同環島半徑下的w，e，L作為已知條件進行試算，取環島半徑為15-35m范圍內的5種情況進行討論。（Qm為交織段上的最大通行能力/（pcu·h^-1）；w為交織段寬度/m；e為進口道寬度/m；P為交織段內進行交織的車輛與進入交織段全部車輛的比值（交織比）；L為交織段長度/m。）

當環島半徑為15m時設置專用右轉車道，其上車輛不參與環道的交織，P取公式適用的最小值0.4；當環島半徑為35m時，不設專用右轉車道，P取1.0，其余的P值由內差法獲得。在面積一定的環形交叉口內，其通行能力隨著環島半徑的增大而增大，到達某一值后，通行能力開始降低，環島半徑為30m的3車道環形交叉口在半徑為20～25m時的理論通行能力最大。

2設計方案的改進分析

早晚高峰時段，針對潮汐交通明顯的道路節點，為適應主交通流方向流量的急劇增加，將環島向主交通流進口道左側偏心移動一條車道寬度，以提高整個環形交叉口的通行能力；平峰時段恢復原狀；

針對不同時段變化環島半徑，高峰時將半徑變小，平峰時恢復原有半徑，以適應流量的變化。

為了更加直觀和量化兩種方案對通行能力的影響，采用交通仿真技術，對不同車道數的環形交叉口進行交通流模擬，分析其交通適應性。

3變化環島半徑的仿真驗證

3.1仿真過程

建立基本假設中4種環形交叉口的仿真模型，通過在交織段設置仿真檢測器，并結合仿真輸出的評價文件，比較仿真和實測的交織段運行狀況、交織車流比例、平均速度以及變道位置等交通流特性。通過反復地仿真試驗對路徑設置、讓行規則、駕駛行為等參數進行修正，最終認為仿真模型與實際交通特性吻合，仿真誤差在允許范圍之內。

對4個環形交叉口采用同樣的參數設置，分別進行獨立仿真，逐次增加各進口道流量，直至車輛無法進入環形交叉口。每次仿真選取200-1100s的數據進行分析，考慮到隨機數種子不同對仿真的結果影響較大，選取了多個隨機數種子，保證了仿真結果的穩定性。

3.2結果分析

經統計分析對車輛在不同半徑、不同流量下的延誤及平均車速隨流量的變化趨勢曲線進行繪制。其中，延誤指仿真過程中測得的車輛通過環形交叉口的平均延誤；平均速度指仿真過程中車輛在環道內的平均行駛速度。平均延誤在車流量達到某一極限后隨車流量增加而急劇增大，其拐點約在4500pcu·h²附近，2車道環形交叉口的通行能力遠不如其他環形交叉口。假設條件下的環形交叉口，若平峰時段流量為2000pcu·h²，高峰時段為4000pcu·h^-1，可采用平峰3車道、高峰4車道的改進方案，在最內側車道采用物理隔離或視覺誘導手段，并輔助車道動態指示，實現車道變化。此方法可保證兩種交通狀態下車流運行暢通，且有較好的適應性。

4結語

總之，本文對影響環形交叉口通行能力的研究是基于理論和仿真兩個層面進行的，分別分析了環島位置移動和半徑大小對其能力的影響，并探討利用環島對交通流進行控制和引導的兩種改進方法，并在理論和仿真的基礎上驗證了其可行性。方案經反復校驗，證明該改進方法對提高通行能力、改善環形交叉口交通秩序、適應交通流時空變化特點等方面有明顯優勢。