高速公路匝道入口處沖突點仿真研究

李慶印， 宋博文, 張俊波

(1. 淄博市公安局交通警察支隊， 山東 淄博 255043； 2. 山東理工大學 交通與車輛工程學院， 山東 淄博 255091)

1 研究背景

近年來，高速公路行車安全性越來越受到廣泛的重視.我國高速公路交通事故致死率與國外相比高得驚人，近幾年其統計平均值高達29%，而德、美、日等國家的高速公路交通事故致死率只有 1%～3%左右[1].盡管2001-2012年高速公路百公里事故率、百公里死亡率和百公里受傷率呈逐年下降趨勢，但仍然需要引起更多重視[2]. Papagcorgiou基于高速交通事故，設計了區間分段交通流誘導控制方法[3],但該方法未實時有效地聯系各區間狀態.1983年，Gershwin以單個出行者為假設，針對高速交通事故，設計了混合最優化規劃模型(HOP) ，但該模型僅適應于單出行者情況[4].Sasaki T[5]和Chen L[6]基于高速公路交通事故對入口匝道的影響，研究了事故條件下入口匝道的模糊誘導控制方法.Parisini及Zoppoli運用神經網絡，以各種交通流為對象，設計了誘導與控制模型[7]，但該模型計算量大，對于大型高速路網難以實現有效控制.2007年，西安交通大學的靳引利，雷雨同樣采用模糊控制的原理試圖解決高速擁擠問題[8].2009年，長安大學的曹偉、孫大躍等人運用GSM通信網絡平臺的緊急救助與誘導控制模式的方法，來解決高速匝道入口的沖突問題，但該方法需在目標位置配備各種通信設備，才能實現實時管理[9].本文提出針對濱博高速淄博段的交通管理措施，以期能夠在基本不改變現實道路狀況的條件下，在保證不降低車輛通行效率的前提下，以最少的資金投入，消除原有沖突點，提高行車安全性.

眾所周知，高速公路主干路與入口匝道存在交匯沖突點，高速公路匝道入口處沖突點示意圖如圖1所示.高速公路車流在平均時速(限速120km/h)較高，車輛主體反應時間有限的情況下，很容易在沖突點處發生嚴重交通事故.

圖1 高速公路入口匝道處沖突點示意圖

所謂交匯沖突點，是指來自于不同方向的車流在相互影響的情況下，易發生沖突的交通事故點.在國內，聶磊、楊曉光等研究了匝道單點控制的問題[10]；張海軍、楊曉光等研究了各種不同形式道路交通銜接的問題[11].而國外目前對于此類沖突點的解決同樣沒有一套成熟的應用體系.在這種情況下，一般通過相應的避讓行動來達到避免沖突事故的目的，但是這顯然不足以完全避免交通事故的發生.

2 交通誘導方法

為解決高速公路入口匝道入流車輛與主干道車輛相沖突的問題，在最大限度降低管理改造成本的前提下，采用設定限制行駛區間的管理措施來達到消除沖突點，進而相應減少發生交通事故的目的.限制行駛區間設定示意圖如圖2所示.

圖2 限制行駛區間設定示意圖

圖2中，C點為入口匝道處沖突點，區間[A,B]為針對最外側車道的車輛限制通行區間.

主干路最右側車道(編號為第1車道)車輛行至A點，通過設置智能車道誘導屏并結合地面變道標識的方式，誘導原先行駛在最右側車道的主干道直行車輛逐步變道至第2,3車道，避免行駛至匝道時與入流車輛發生沖突.而來自于入口匝道的入流車輛在不存在沖突點的情況下，便直接進入第1車道，在主干路上與原有車輛匯流，當匯合流車輛行至B點后，便可繼續行駛，并重新調整大小車型正確行駛車道.

3 仿真驗證

交通仿真是以相似原理、信息技術、系統工程和交通工程領域的基本理論和專業技術為基礎，以計算機為主要工具，利用系統仿真模型模擬道路交通系統的運行狀態，采用數字方式或圖形方式來描述動態交通系統，復現交通流時間空間變化，反映復雜的交通現象，并對這些現象進行解釋、預測、分析，以便更好地把握和控制該系統的一門實用技術.

Transmodeler是美國 Caliper公司為城市交通規劃和仿真開發的多功能交通仿真軟件包.該軟件可以模擬從高速公路到市中心區路網道口在內的各類道路交通網絡，可以詳細逼真地分析大范圍多種出行方式的交通流.為驗證該方法對高速公路入口匝道沖突點影響的可行性，采用TransModeler仿真軟件，以濱博高速淄博段為例進行實例驗證.

濱博高速公路為雙向四車道，主干道車道寬度均為3.75m，應急車道寬度為2.5m(圖3中省略).主干道限制車速為120km/h，入口匝道限制車速為60km/h.仿真周期取30min，每5min為一數據統計間隔.濱博高速公路某收費站處TransModeler仿真模型如圖3所示.

圖3 濱博高速某收費站處TransModeler仿真模型

為驗證該交通管理措施的適用范圍及主干道流量與匝道入口流量的影響作用，在仿真之前調查了濱博高速淄博段各路段的交通流量及各匝道入口的交通流量.經調查分析得到，各匝道入口交通流量較為平均，約為2 800輛/天，而主干道各路段流量則相差較大.濱博高速主干道各路段的交通流量分布圖如圖4所示.

圖4 濱博高速主干道各路段的交通流量分布圖

在TransModeler仿真模型運行之后，通過數據輸出器將Summary Trip Statistics與Summary Dalay Statistics數據統計報告輸出，整理后的仿真模型相關結論數據見表1，仿真結果示意圖如圖5所示.

由仿真模型相關結論數據表可以看出，根據實行限制行駛區間交通管理措施前后的數據對比，在相同的時間間隔內，所有完成行程的主干道車輛平均速度提高了14.1%，而匝道車輛平均速度提高了26.89%.在車輛平均延誤方面，主干道車輛平均延誤降低了4.13%，而匝道車輛此數據提高了28.72%.這表明實行限制行駛區間的管理措施，對于提高濱博高速淄博段主干道車輛及入口匝道車輛的通過率，提高所有車輛的平均行駛速度，以及降低車輛平均延誤都具有積極的作用.最重要的是，該管理措施雖然一定程度上降低了直行車輛的優先通行效率，但是消除了原有的高速沖突點，保證了車輛行駛的安全性.

表1 仿真模型相關結論數據

(a)平均速度 (b)延誤圖5 交通管理措施實施前后數據對比分析

4 結束語

高速公路交通管理誘導策略直接消除了濱博高速淄博段各收費站匝道入口與主干道之間的沖突點，宏觀上保證了所有車輛的通行效率，以最小的交通設施投入成本，最大限度地提高了高速公路行車安全性.該方法對于解決目前濱博高速淄博段各收費站匝道入口處的交通安全問題，具有重要的實踐意義.

[1]周錢，陸化普，徐薇.交通事故規律及其模型[J].交通運輸工程學報，2006，6(4): 112-115.

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[10]聶磊，楊曉光，楊曉芳，等.上海快速路入口匝道單點控制策略仿真評價研究[C]//第一屆中國智能交通年會論文集,2005.

[11]張海軍,楊曉光,趙建新.城市快速路交通銜接組織研究[J].城市交通，2005(1)：51-54.