立體交叉交通控制設計及仿真優化

羅俊杰

摘 要：本文主要針對立交橋的控制仿真及優化的國內外相關研究進行了總結，目前不僅僅是國內，國外許多國家也針對立交進行了一系列研究。隨著機動車保有量的持續上升，立交的修建也顯得愈加頻繁，但由于立體交叉本身成本的昂貴，所以在進行立交設計方案時需要考慮眾多的因素，國外研究中主要考慮了立交選型的相關步驟并針對立交中的交通流進行預測，同時針對立交進行仿真優化。國內的研究中主要針對立交中的線性、進出口匝道的長度及形式進行了相關的研究并提出優化建議，以實現提升立交的安全性以及通行效率。

關鍵詞：互通式立交;仿真;優化

中圖分類號：U412.352.1 文獻標識碼：A

0 引言

隨著我國經濟的快速發展，近些年而言，更多的人為了使得自身的出行更加便利，導致機動車保有量始終呈現出逐年增長的趨勢。結合實際情況以及相關統計資料，可以總結出城市道路中的平面交叉口往往是交通瓶頸路段，各個方向的來車匯聚于此，將在此處實現轉向以選擇自身的需求路段繼續行駛，立交橋可以將兩條以上的交叉道路交匯處通過建立上下分層，實現空間上的分離使得各個方向的車輛可以各行其道，互不干擾，大大保證了安全性，同時也在一定程度上保證了車輛的運行效率。國內外研究學者利用交通仿真的一系列軟件，對擬實施的立交方案進行仿真評價，針對存在的問題進一步作相應的優化，以保障立交橋的建設能夠實現預期的效果，有效地緩解道路上的交通壓力，在保障安全性的前提下提升交通流通行能力。

1 國外研究現狀

國外的許多研究學者主要針對立體交叉的選型、占地條件、匝道布局、立交設計連續性以及安全性進行了相關的研究，同時針對立交的相關設計通過微觀仿真軟件進行了仿真，實現方案的模擬運行同時也可以針對立交設計方案中存在的問題進行相應的優化設計，進一步使得立交的設計更加合理，同時由于立體交叉事故率相較路段而言要高得多，所以在進行立體交叉選型布設時，需要進行相應的仿真，以保證設計方案能夠提升其通行能力以及安全性。

美國交通運輸于2001年發布的“A policy on geometric design of highways and streets”中針對立體交叉口的形式進行了分類歸納，同時指出立交的設置應該考慮道路交通的擁堵、投資、安全以及選址的地理條件等相關因素。

Park等人主要研究了喇叭形立交，收集相關的數據，針對喇叭形立交的集合形式與交通事故之間的關系作了相應的分析，并指出喇叭形立交形式的選擇對于立體交叉口的安全性有較大的影響。

Fang，Fang Clara等人針對商用的微型仿真軟件的使用提出了一定的指導原則，文中主要針對菱形立交和SPUI立交進行了仿真，研究指出了仿真參數的修正，以及如何逼近現場實際情況，使得對于立交的仿真更加接近于實際的運行情況，進一步使得結果更有參考性。

針對發散菱形立交的交通容量以及其他的效益進行了相應的研究，提出了一種優化模型并通過進一步修改，提供了該種類型立交的左轉和通過交通路徑的相關參數，通過仿真證實了結論的有效性。

針對立交匝道的幾何線形設計和交通流特性，根據相關統計數據，校正了高速公路和立交匝道的車頭時距模型、人車關系模型和換道操作模型，同時預測不同情況下的交通流特征，從而評價線形設計對匝道行車安全的影響。

Yasser Hassan和S.MEasa借助數字動畫技術，分析了立交橋匝道線形組合對行車安全的影響。最后研究得出匝道線形組合中，當平曲線和凸型豎曲線組合，匝道的安全性得到提高，反之，當平曲線和凹型豎曲線組合，匝道的安全性會有所降低。

收集了大量交通事故數據，同時借助統計學和線性回歸相關知識，通過分析互通立交匝道的形式、線形指標、交通流量等與事故率之間的關系，并根據分析提出匝道的事故預測模型。

2 國內研究現狀

國內關于立交的相關研究要比國外晚的多，但是借鑒國外研究成果以及實際工程項目的基礎之上，也迅速的取得了一定的研究成果，國內多為立交選型布設、線性設計、進出口匝道設計等相關研究，同時，結合微觀模擬仿真軟件，在互通式立交的優化設計以及立交橋的交通組織方面也取得了一定的研究成果。

羅霞的研究中結合立體交叉口的位置選擇、立體交叉口之間的間距設置以及其轉向交通量等，提出了立交布局及選型的原則，同時給出了相應的判斷立選型是否合理的方法。

針對菱形立交作了相關的研究，為了提升菱形立交通行效率，實現緩解擁堵的目的，提出了一種基于可逆車道動態控制的菱形立交優化設計的方法。針對信號控制菱形立交，將其兩個平面交叉口間內部路段的所有左轉車道設置為可逆車道，在一個信號周期的不同階段，供往返兩個方向的左轉交通使用。同時結合仿真方法，對其進行了模擬仿真。

張虎利用交通仿真尋求最優的交通控制方案是ITS（智能交通系統）的研究熱點之一。在對現場環境調研的基礎上，利用VISSIM對某交通樞紐立交橋附近路網進行微觀交通仿真，調整微觀交通仿真軟件VISSIM的部分參數以符合實際交通路況，建立固定信號配時下的路網微觀交通仿真，解決了采用單一路口仿真來判斷控制方案優劣的不足，為尋找最優的整體信號控制方案建立了基礎。

分析了各種類型立交的適用性，并從交通、經濟、環境及景觀方面闡述了影響立交選型的因素，給出了立交選型的具體內容及步驟，結合案例，說明了研究成果的實用性及合理性。

肖磊的研究中提出了互通式立交選型的評價指標體系并對指標進行了量化，介紹了層次分析法、均值方差法和綜合評價法三種指標權重值計算方法，以及信息不確定的PROMETHEE方法、灰色關聯理想解法構建混合方程以及擴張矩陣算法FCV三種決策模型方法，對諸多立交方案進行優選分析，并依據Borda函數對所有方案的分數進行排名，所提出的算法和模型，可在眾多方案中選擇出最佳的互通式立交方案。

3 結語

國外的相關研究多次用到了微型仿真軟件對立體交叉進行模擬仿真，同時針對不同形式的線性進行了相關的研究分析，以提升車輛在立交中行駛安全性。另外國內相關研究中也提出了一些立交優化的方法，選型的步驟等等。

國內的研究中大多針對已經修建的立交進行改善設計，由于我國的國情，大力修建立交的同時也需要針對實際情況進行合理的選型以及線性的設計，國內的某些研究成果中也提出了立交選型的步驟，影響立交中交通流行駛安全的相關因素以及進出口匝道和變速車道的相關布設，同時也結合交通仿真軟件對方案進行優化。

通過閱讀文獻，可以發現目前有許多研究立交優化的相關的成果，另外也存在立交仿真的相關研究，國內外研究中主要針對立交研究中一方面進行相關的分析，但很少針對立交的交通控制進行仿真之后改善其信號控制方案，同時結合其他優化方式，從而提升立交的通行效率和安全性，缺乏整體研究的成果。

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