城市快速路入口匝道传感器的控制——以合肥市金寨路为例

卢明宇，唐志华

(安徽三联学院交通工程学院，安徽 合肥 230601)

1 概述

1.1 快速路

快速路是有较高车速，为长距离交通服务的重要道路，主要连接市区各主要地区、主要近郊区、卫星城镇、主要对外公路。城市快速路是指在城市内修建的由主路、辅路、匝道等组成的供机动车辆快速行驶的道路系统，城市快速路的主要形式有高架快速路和地面快速路两种，两者各有其优缺点[1]。

高架快速路即高架桥，又称跨线桥，指搁在一系列狭窄钢筋混凝土或圬工拱上，具有高支撑的塔或支柱，跨过山谷、河流、道路或其他低处障碍物的桥梁。高架快速路的优点：利用现有道路空间增加路网密度，节约土地；能强化快速干线的交通功能，提高通行能力和运输效率；建设周期短，成本低，见效快，避免和其他线路平面交叉，减少路基沉陷(某些地区)[2]。高架快速路的缺点：高架建设在城市内，体积大，外观单一，影响城市美观，污染环境(包括噪音、废气)。

地面快速路就是利用城市现有土地在地面上修建的快速路，主路有单向双车道或多车道。快速路采用分隔带将不同方向的车道分开，因此快速路上的车辆只能单向行驶，车道一般为两个或两个以上。快速路全程控制出入，车辆必须在规定的出入口进出，不能随意上下，这样做的优点是通行能力强。快速路承担城市主交通的责任，有大量的车辆行驶通过，因此必须具备较强的通行能力[3]。

1.2 城市快速路形式之一——高架桥

快速路出入分为两种类型：其一是根据出入口的位置以及功能可以分为互通式立交和路段出入口；其二就是根据出入口的组合类型分为入口入口、入口出口、出口入口以及出口出口。快速路具备高速路和城市干道的双重特点，受用地面积、交通出行目的、交通密度等的影响较大，因此多采用互通式立交，具有出入口间距小的特点。互通式立交占地面积小且避免了拆迁的麻烦，适用于市区内的快速路，因此城市内快速路出入口多数为互通式立交的形式[4]。

互通式立交入口设置在主道和匝道的分流处，为给误行车辆提供返回的余地需要设置边缘偏置加宽，加宽标准如表1、表2。

表1 分流点偏置加宽

表2 分流点处渐变率

1.3 国内外快速路控制方法的研究现状对比

快速路入口匝道控制起源于美国的芝加哥，起初由交通警察人工控制，后来发展出多种智能控制方法，例如匝道感应控制法、匝道系统控制法等。

国外主要采用美国《道路通行能力手册》中提出的依据通行能力和服务水平对道路运行的状况进行评价，但是性能指标的获取仍要靠大量的公式计算，公式预算评估的模型都是建立在美国理想化道路状况的前提下进行的，因此《道路通行能力手册》中的方法不适合我国国情[5]。

我国目前快速路正处于发展阶段，近几年掀起了快速路控制法研究的热潮[6]，而关于交通系统的研究是在文献的基础上根据道路现状建立模型，但并不能完全依据实际交通状况设计控制方法，因此在实时性、准确性、客观性、应用性等方面存在不足[7]。交通系统的研究要在现实交通状况的调查基础上进行，光靠建立数学模型研究不够科学真实，因此旧的数学模型研究终会被现实的科学调查所代替。

2 快速路入口匝道的常见控制方法简介

所谓入口匝道控制就是对驶入快速路的车辆进行合理的组织安排，达到最优化的目的。车辆从入口匝道进入快速路的过程可分为两个阶段：阶段一是车辆从匝道进入加速车道；阶段二是车辆从加速车道汇入主线。阶段一主要是调节进入主干道的交通流量，通过控制进入下游的车辆数从而控制车流量，称为流量控制；阶段二主要是控制安全汇入主线的车流量，称为汇入控制[8]。入口匝道的控制方法有封闭匝道控制法、匝道定时限流控制法、匝道感应交汇控制法、移动交汇控制法、匝道系统控制法[9]。

1)入口匝道的设计

入口应设置在主路右侧平缓路段，纵坡度最大不应超过2%，附近的平、纵曲线半径应该选用较大值。

2)入口设置形式要求

为了保证车辆快速、安全地在主路行驶，对快速路的入口形式要求全部设置在主路右侧，简单、明确、集中，全线入口匝道形式尽量统一，互通式立交宜设置单一入口。

3)入口加速车道设计

由于辅路上车速慢而主路上车速快，为了车辆的安全和道路的畅通，车辆从辅路通过入口匝道进入主路时车速要加快，入口匝道的长度要严格执行国家标准，结合实际交通量和大小车的比例决定。

入口设置要综合考虑交叉处的交通量、区域路网、交通需求、交通组织、通行能力等要求，其合理安排能使长距离车辆快速、安全、高效地利用快速路通行，短距离车辆能快速实现集散，使快速路更好地发挥在城市道路中的重要作用，避免资源浪费。

3 合肥市金寨路高架与南二环路交叉口调查分析及控制设计

3.1 金寨路高架与南二环路交叉口匝道设置

图1为金寨路高架与南二环路交叉口匝道设置图，从图中可以看出由此处入口直行上东流路，然后可以右转上金寨路，也可以左转上金寨路。

图1 金寨路高架与二环路交叉口的匝道设置

图2是东流路入口匝道的现状图，图中在匝道正上方设置提示牌提示司机此处为某某路的入口，在匝道口左侧设置分离设施，进入匝道后在匝道分岔口设置方向提示牌，提示司机正确行驶。

3.2 金寨路高架与南二环路交叉入口交通情况调查

为了解金寨路高架与南二环路交叉处入口匝道的交通情况并做出合理的控制方案，保证交通的畅通和安全，提高交通出行效率，特对路段进行了专项调查。

调查的地点确定在金寨路与二环的交叉处由南向北入口匝道处(东流路)。调查内容为入口匝道的车辆交通情况及车辆的车型分类(小汽车、小型载货车、公共汽车等)。调查时间为每天8：00—10：00、14：00—17：00共2个时间段，调查周期为1周。

城市道路交通调查以小车为标准的换算系数如表3所示。

在1周内8个时间段对车流量进行调查，调查结果如表4。

表3 换算系数表

表4 交通量调查汇总表 辆

注：表内定义的周一指当日上午8∶00至次日上午8∶00，其他日期与此相同。

表4可以看出一个星期内每天交通量不同，周一上午、周五下午及周六的交通量相对较大。对于不同情况下的交通量，必须有一个合理的控制方案，使快速路发挥出最大运营能力。金寨路为合肥的一条主干道，又起着城乡接合的作用，车流量大，常有交通事故、交通拥堵等情况发生，制订合理的控制方案可以极大地改善交通状况。

3.3 入口匝道控制设计方案

根据调查可以得知入口交通流的变动性较大，不同的时间段进入匝道的交通流不同，因此在入口处不适合使用传统的信号控制，要设计一套适用于此处的入口控制方案。

3.3.1 控制方案设计

在距离匝道入口100 m处安装感应计数器1，在快速路入口的上游200 m处安装感应计数器2，在入口处安装信号控制装置，信号控制的指挥信息由2个计数器处理的结果控制。

当感应计数器1的数值达到某个值(设定值)或以上时，信号灯变红，进入匝道的车辆等待等待10 s(10 s内计数器1数值低于设定值也将等待10 s)，10 s后计数器1的数字低于设定值信号灯则变绿，车辆正常通行(10 s后计数器1的数字值未低于设定值则继续红灯直至低于设定值)，车辆通行60 s后变红灯，10 s后又自动变绿如此反复(此种情况为较长时间内计数器1数值始终高于设定值的时候)。

当感应器2的数值高于某值(设定值)，匝道口的信号灯变红，车辆等待，直到数值低于设定值则信号灯随时变绿通行(在进入匝道的路段必须留够充足的空间给车辆等待，如图4)。

图4 方案设计原理图

3.3.2 设计预想

如果入口匝道没有加以车辆控制，高峰期时就会有大量的车辆驶入匝道，当匝道上游的车流量很大时，匝道口就容易造成拥堵，并形成恶性循环，因此在此处增加控制方法是必要的。

入口匝道运用此控制方法能够很好地控制交通量波动对快速路通行能力的影响，通过对入口处交通量的控制可以避免主路上的车辆出现拥堵而导致快速路的优势没有得到充分发挥。

4 结语

在我国城市化进程的初期，城市道路仍然沿用传统的道路形式，导致交通问题日益凸显。为了解决问题，快速路在我国各大城市的建设中被大量应用。因此，要尽快了解传统道路交通体系与快速路之间的内在联系，找到更优化的控制方法，发挥快速路的最大潜能。

本控制方法的优点是能完全发挥快速路的潜能，结合快速路结构和匝道口的结构设计既能保证车辆安全通行又不会造成快速路交通瘫痪，让快速路做到名副其实“畅通、快捷、安全”。

[参考文献]

[1] 李小荣,蔡晓禹.城市道路平面交叉口渠化设计：重庆市北部新区示范路口建设[J].城市道桥与防洪,2009(9):10-14.

[2] 王世彬,査伟雄.城市桥头引道Y型交叉口渠化组织设计：以宜春市为例[J].交通标准化,2010(Z1):245-248.

[3]欧心泉,周乐,戴继锋,等.城市快速路建设先决条件分析[J].城市交通,2012,10(1):32-37.

[4]赵娜乐,于雷,陈旭梅,等.北京城市快速路交通流特性多维度研究[J].北京交通大学学报,2010,34(6):35-39.

[5]张永忠,陈兆盟,李正熙.一种基于排队长度的多入口匝道协调控制算法[J].交通标准化,2008(11):91-95.

[6]张政.交叉口交通组织优化设计研究[D].合肥:合肥工业大学,2007.

[7]杨晓光.城市道路交通设计指南[M].北京:人民交通出版社,2003.

[8]FAN Rong, YU Hao, LIU Pan .Using VISSIM simulation model and sam for estimating field measured traffic conflicts at Freeway Merge Areas[J]. Iet Intelligent Transport Systems,2013(5):77-84.

[9]HUANG Fei, LIU Pan, YU Hao,et al. Identifying if VISSIM simulation model and Sam provide reasonable estimates for field measured traffic conflicts at signalized intersections[J].Accident Analysis and Prevention,2013,50(27):1014-1024.