运用可变形环岛提高交叉口通行能力的方法

邹继南

摘要：车辆按同一方向绕中心环岛自行行驶的交叉口是一种不需要信号灯控制的平面环形交叉口形式，其优势为车辆安全性高、连续行驶、所需管理设施少，且环岛中心多为绿化景观，有助于美化城市环境。为此，本文主要对对称的圆形环形交叉口进行分析，以期探索出可可适应各进口道流量变化，又能保障环形交叉口连续行车的方法，并从仿真和理论两方面论证改进方案。

关键词：可变形环岛；交叉路口；通行能力；提高方法

中图分类号：U491.23 文献标识码：A 文章编号：1674-3024（2016）22-0157-01

1环形交叉口通行能力理论计算分析

主要有两种环形交叉口通行能力理论计算方法：1）根据穿插及合流的间隙接受理论建立模型，以进口道能进入环形交叉口的最大流量反映环形交叉口的通行能力；2）交织理论模型，以交织段能通过的最大交织流量反映环形交叉口的通行能力。下面运用上述两种方法探讨不同环岛半径（即不同环行车道数）下的通行能力。

1.1间隙-接受理论模型

间隙

接受理论反映的是环道内车辆车头时距及其分布规律对进口道最大流量的影响。当环道内车辆车头时距大于某一临界间隙tc/s时车辆才能进入环道，否则必须等待直到大于tc的间隙出现。进一步分析得出，潮汐主交通流方向进口道和交织段的通行能力是制约环行交叉口通行能力增长的主要原因。早晚高峰时段，主交通流进口道方向流量较大而其他进口道流量较小，主方向多为q小Ce大的情况，此时若提高交织段通行能力可使环形交叉口整体通行能力有更大提升空间。分析3车道环形交叉口可得到相同的结论。比较2车道和3车道环形交叉口交织段流量0可以明显看出，随着环道车道数从2条增至3条，环形交叉口通行能力增加，这进一步证明增加车道数可提高环形交叉口通行能力。

1.2交织理论模型

对于常规环形交叉口，若交织段相对较长，驾驶人可充分利用这段环道以交织方式完成车道变换，进入或转出交叉口。因此，交织段上的通行能力决定了环形交叉口的通行能力。假设环形交叉口总面积不变，每条车道宽度均为5m，以南京市中山北路一热河路环形交叉口规模（3车道，环岛半径为30m）为参照，探讨环岛半径以一个车道宽度递减或递增若干种情况下的通行能力。将环形交叉口的交织比P的实际观测值以及通过几何关系得出的不同环岛半径下的w，e，L作为已知条件进行试算，取环岛半径为15-35m范围内的5种情况进行讨论。（Qm为交织段上的最大通行能力/（pcu·h^-1）；w为交织段宽度/m；e为进口道宽度/m；P為交织段内进行交织的车辆与进入交织段全部车辆的比值（交织比）；L为交织段长度/m。）

当环岛半径为15m时设置专用右转车道，其上车辆不参与环道的交织，P取公式适用的最小值0.4；当环岛半径为35m时，不设专用右转车道，P取1.0，其余的P值由内差法获得。在面积一定的环形交叉口内，其通行能力随着环岛半径的增大而增大，到达某一值后，通行能力开始降低，环岛半径为30m的3车道环形交叉口在半径为20～25m时的理论通行能力最大。

2设计方案的改进分析

早晚高峰时段，针对潮汐交通明显的道路节点，为适应主交通流方向流量的急剧增加，将环岛向主交通流进口道左侧偏心移动一条车道宽度，以提高整个环形交叉口的通行能力；平峰时段恢复原状；

针对不同时段变化环岛半径，高峰时将半径变小，平峰时恢复原有半径，以适应流量的变化。

为了更加直观和量化两种方案对通行能力的影响，采用交通仿真技术，对不同车道数的环形交叉口进行交通流模拟，分析其交通适应性。

3变化环岛半径的仿真验证

3.1仿真过程

建立基本假设中4种环形交叉口的仿真模型，通过在交织段设置仿真检测器，并结合仿真输出的评价文件，比较仿真和实测的交织段运行状况、交织车流比例、平均速度以及变道位置等交通流特性。通过反复地仿真试验对路径设置、让行规则、驾驶行为等参数进行修正，最终认为仿真模型与实际交通特性吻合，仿真误差在允许范围之内。

对4个环形交叉口采用同样的参数设置，分别进行独立仿真，逐次增加各进口道流量，直至车辆无法进入环形交叉口。每次仿真选取200-1100s的数据进行分析，考虑到随机数种子不同对仿真的结果影响较大，选取了多个随机数种子，保证了仿真结果的稳定性。

3.2结果分析

经统计分析对车辆在不同半径、不同流量下的延误及平均车速随流量的变化趋势曲线进行绘制。其中，延误指仿真过程中测得的车辆通过环形交叉口的平均延误；平均速度指仿真过程中车辆在环道内的平均行驶速度。平均延误在车流量达到某一极限后随车流量增加而急剧增大，其拐点约在4500pcu·h²附近，2车道环形交叉口的通行能力远不如其他环形交叉口。假设条件下的环形交叉口，若平峰时段流量为2000pcu·h²，高峰时段为4000pcu·h^-1，可采用平峰3车道、高峰4车道的改进方案，在最内侧车道采用物理隔离或视觉诱导手段，并辅助车道动态指示，实现车道变化。此方法可保证两种交通状态下车流运行畅通，且有较好的适应性。

4结语

总之，本文对影响环形交叉口通行能力的研究是基于理论和仿真两个层面进行的，分别分析了环岛位置移动和半径大小对其能力的影响，并探讨利用环岛对交通流进行控制和引导的两种改进方法，并在理论和仿真的基础上验证了其可行性。方案经反复校验，证明该改进方法对提高通行能力、改善环形交叉口交通秩序、适应交通流时空变化特点等方面有明显优势。