基于hkm的北京市交叉口渠化設(shè)計(jì)及仿真分析

基于hkm的北京市交叉口渠化設(shè)計(jì)及仿真分析

1問題提出及對(duì)策2009年底，北京汽車產(chǎn)量達(dá)到401.9萬輛，比上年增長14.7%。城市快速公共交通的趨勢(shì)意味著汽車交通需求的快速擴(kuò)張與城市資源的承擔(dān)力量之間存在矛盾。作為城市路網(wǎng)的重要節(jié)點(diǎn)，平均門速是主要道路節(jié)點(diǎn)，直接影響道路的運(yùn)營能力和服務(wù)質(zhì)量。如果存在問題，顯著降低擁堵速度，嚴(yán)重影響通行能力。因此，對(duì)緩解擁堵具有重要的實(shí)際意義。城市道路交通擁擠很大程度上是由于平面交叉口通行能力不足造成的.區(qū)域路網(wǎng)建設(shè)基本成熟,交叉口布局也已基本定型.交叉口渠化作為交通組織優(yōu)化的重要方法,其所具有的設(shè)計(jì)投資少、見效快,對(duì)于提高道路網(wǎng)運(yùn)輸效率具有明顯效果等特點(diǎn),對(duì)于最大限度地挖掘交叉口本身固有的能力以緩解擁堵具有重要的意義.通過實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn),交叉口范圍內(nèi)交通對(duì)象的行為特性較為復(fù)雜,由于不同方向交通流對(duì)時(shí)空資源的爭奪,交叉口的擁堵會(huì)使整個(gè)路網(wǎng)的暢通性受到嚴(yán)重影響.針對(duì)上述普遍存在的現(xiàn)象,本文闡述平面交叉口典型渠化問題及措施,結(jié)合北京市東三—四環(huán)之間的朝陽路—西大望路交叉口的調(diào)研數(shù)據(jù),基于交叉口渠化理論及沖突點(diǎn)分析法,提出改善措施,并利用VISSIM仿真軟件對(duì)比分析了改善前后的交通運(yùn)行參數(shù)指標(biāo),旨在評(píng)價(jià)交叉口渠化措施前后交通運(yùn)行狀況改善程度.2渠化道路交通擁堵成因分析項(xiàng)目組在2003-2009年北京市交通擁堵調(diào)研和緩解措施研究中,從平面交叉口渠化設(shè)計(jì)角度出發(fā),結(jié)合平面交叉口設(shè)計(jì)方法及《城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范》,分別從交叉口幾何設(shè)計(jì)和交通組織角度總結(jié)出3類擁堵成因,分別為渠化車道與路段車道功能不匹配、交叉口專左車道渠化不合理和右轉(zhuǎn)車流組織不合理.2.1交通流運(yùn)行空間與車道設(shè)置不匹配從道路交通流整體情況分析,高峰期內(nèi),四環(huán)以內(nèi)大部分快速路和主干道已接近飽和狀態(tài),路段車流的密集和擁堵給平面交叉口帶來了巨大壓力.從平面交叉口設(shè)施角度考慮,該矛盾主要集中在平面交叉口受空間或地形限制和車道設(shè)置與路段功能不匹配2方面:(1)平面交叉口空間不足,車道數(shù)縮減或車道寬度不滿足要求.車道數(shù)在交叉口處縮減,或是車道寬度小于道路設(shè)計(jì)規(guī)范中的最小值,造成車輛在交叉口上游附近交織頻繁,造成交叉口擁堵.(2)車道數(shù)量不滿足車流需求,交叉口進(jìn)出口間車道數(shù)不匹配.車流量大的交叉口,車道數(shù)量的設(shè)置時(shí)常不能滿足車輛的空間需求,車道數(shù)量相對(duì)較少,大量車流在車道上的排隊(duì)情況較為嚴(yán)重;此外,交叉口各方向進(jìn)、出口車道數(shù)量不匹配也是造成交叉口擁堵的重要原因.2.2主要建筑物根據(jù)交叉口車流左轉(zhuǎn)的方法,平面交叉口左轉(zhuǎn)車道渠化不合理問題歸納為以下3方面:(1)左轉(zhuǎn)半徑不足或視距內(nèi)存在障礙物.左轉(zhuǎn)車輛的轉(zhuǎn)彎半徑不足或視距范圍內(nèi)存在障礙物會(huì)嚴(yán)重影響車輛通行效率,造成左轉(zhuǎn)車輛通行不暢繼而形成擁堵.(2)專左車道過短,車道漸變過于急促.專左車道過短時(shí),車輛沒有足夠的空間從車流中分離;同時(shí),也使左轉(zhuǎn)車輛駕駛員無足夠的時(shí)間減速,以尋找可插間隙駛?cè)雽Ｗ筌嚨?不利于交叉口的順利清空,導(dǎo)致?lián)矶?(3)設(shè)有專左車道的交叉口,缺少左轉(zhuǎn)待轉(zhuǎn)區(qū).缺少左轉(zhuǎn)待轉(zhuǎn)區(qū)導(dǎo)致左轉(zhuǎn)車輛在專左車道排隊(duì)過長,同時(shí)交叉口內(nèi)部區(qū)域未被充分利用,一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)不能全部清空.2.3專右車道設(shè)置不合理北京市大多數(shù)信號(hào)交叉口右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車不受信號(hào)燈控制,為爭奪路權(quán),經(jīng)常出現(xiàn)人車互不相讓的情況,兩者沖突嚴(yán)重,主要問題有以下2方面:(1)受地形條件限制,交叉口設(shè)置的專右車道過短,寬度不足.由于專右車道受地理?xiàng)l件或周邊綠化帶的影響,與直行車道間的漸變段過短,車輛換道過于急促,加之車道寬度小于3.25m,使得右轉(zhuǎn)車輛無法及時(shí)換道駛?cè)雽Ｓ臆嚨?專右車道能力浪費(fèi).(2)由于路面障礙物影響,專右車道轉(zhuǎn)彎半徑小,右轉(zhuǎn)車輛行駛困難且易與非機(jī)動(dòng)車產(chǎn)生干擾.專右車道設(shè)置于道路外側(cè)、臨近人行道的路段,當(dāng)路段存在電線桿或路面條件不好時(shí),會(huì)造成右轉(zhuǎn)車輛轉(zhuǎn)彎半徑過小,車輛轉(zhuǎn)彎過急與非機(jī)動(dòng)車和行人產(chǎn)生干擾沖突.3典型的平坦交叉口措施3.1交叉口空間和車道功能的補(bǔ)充措施路口空間與車道功能匹配措施可通過路口拓寬、車道渠化、車道功能調(diào)整實(shí)現(xiàn).(1)擴(kuò)寬車道數(shù)量當(dāng)交叉口整個(gè)進(jìn)口道通行能力不能滿足通過的交通量時(shí),需對(duì)路口進(jìn)行必要的修正拓寬.依據(jù)不同拓寬需要,路口拓寬措施分為以下3種情形:①與路段車道數(shù)匹配.平交路口車道數(shù)少于路段上車道數(shù)時(shí),針對(duì)車流方向的不同,需通過拓寬路口增加進(jìn)出口車道數(shù)量與連接路段相匹配,滿足進(jìn)、出口道車流通行需求.②提高進(jìn)出口通行能力.當(dāng)路口某方向的車流需求未得到滿足,其他方向車流負(fù)荷又較大時(shí),需拓寬路口增加該方向車道數(shù)以提高該路口通行能力,按照進(jìn)出交叉口車流方向的不同,拓寬車道分為增加進(jìn)、出口機(jī)動(dòng)車道.③增加車道寬度.拓寬路口的另一個(gè)目的是增加車道寬度,主要是增加機(jī)動(dòng)車道和非機(jī)動(dòng)車道的寬度,而拓寬非機(jī)動(dòng)車道較為常見.(2)減少4車道寬度和長度車道渠化措施依據(jù)渠化方向分為以下2方面:①渠化車道寬度.車輛通過交叉口時(shí)速度均較低,故可適當(dāng)縮減車道寬度.在無法增加交叉口寬度的情況下,通常利用壓縮車道、側(cè)寬等渠化車道寬度的方式來增加車道數(shù).②渠化車道長度.交叉口進(jìn)口道數(shù)量一般多于上游路段,多出的渠化車道為專左或?qū)Ｓ臆嚨?若該渠化路段過短,則易導(dǎo)致路口車流排隊(duì)時(shí)影響車輛分車道行駛;若渠化路段過長,則會(huì)造成進(jìn)口通行能力的浪費(fèi).(3)功能靜態(tài)或動(dòng)態(tài)改變車道功能調(diào)整是在車道數(shù)量不變的前提下將原有車道功能靜態(tài)或動(dòng)態(tài)改變,一方面,它將交叉口空間資源重新分配,以提高交叉口空間利用率;另一方面,它是信號(hào)控制方案設(shè)計(jì)的前提,間接影響交叉口時(shí)間利用率.3.2在平交交叉口，特殊左轉(zhuǎn)道路的渠化措施平交路口的左轉(zhuǎn)車道渠化措施主要可分為以下3方面:(1)美國雙車道專左車道方案除單向行駛的單車道道路和設(shè)計(jì)速度低于60km/h、交通量小于500veh/h且左轉(zhuǎn)車比例小的雙車道道路外,一般均應(yīng)在交叉口進(jìn)口設(shè)專左車道,其長度應(yīng)根據(jù)路口交通量與左轉(zhuǎn)車比例確定,一般取40-100m.(2)左轉(zhuǎn)待轉(zhuǎn)區(qū)在左轉(zhuǎn)交通量較大且設(shè)置專用左轉(zhuǎn)車道與專用信號(hào)顯示時(shí),需在交叉口內(nèi)設(shè)置左轉(zhuǎn)待轉(zhuǎn)區(qū),該區(qū)域起始端與進(jìn)口道左轉(zhuǎn)彎停車線對(duì)應(yīng),終止端與對(duì)向直行車通行區(qū)域?qū)?yīng)以明確左轉(zhuǎn)車在路口內(nèi)的占用權(quán)與先行權(quán),以路口空閑面積來換取機(jī)動(dòng)車通過路口的綠燈時(shí)間,減少損失時(shí)間增加路口通行能力.(3)左后通道的配置在未設(shè)置左轉(zhuǎn)專用相位的條件下且左轉(zhuǎn)車流量較小時(shí),可通過設(shè)置直左車道來完成左轉(zhuǎn)車道渠化.3.3右轉(zhuǎn)車行人信號(hào)設(shè)置平交路口右轉(zhuǎn)車與行人干擾削弱措施通過將二者時(shí)間或空間分離來實(shí)現(xiàn),主要可分為以下3方面:(1)右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車信號(hào)燈設(shè)置.在交叉口信號(hào)設(shè)置時(shí),右轉(zhuǎn)車運(yùn)行一般不受信號(hào)燈控制,而當(dāng)交叉口右轉(zhuǎn)流量過大,長時(shí)間內(nèi)連續(xù)通過交叉口導(dǎo)致行人沒有通過間隙時(shí),則需要設(shè)置右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車信號(hào)燈以保障行人過街的需求.(2)行人信號(hào)燈設(shè)置.增設(shè)行人信號(hào)燈可以降低紅燈內(nèi)進(jìn)入交叉口的行人數(shù)量,從而降低右轉(zhuǎn)車受到的干擾.(3)行人駐足區(qū)設(shè)置.行人駐足區(qū)的設(shè)置給行人提供了安全等待區(qū)域,減小其與右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車流的沖突面積.4案例分析：朝陽路-西望路交叉口交通組織優(yōu)化方案的應(yīng)用4.1交通流運(yùn)行狀況朝陽路—西大望路交叉口位于東三—四環(huán)之間.該交叉口向北經(jīng)金臺(tái)路通往朝陽北路,向南經(jīng)西大望路通往建國路,東西向與朝陽路貫通.根據(jù)調(diào)研數(shù)據(jù),以HCM2000計(jì)算分析流程為基礎(chǔ),朝陽路—西大望路交叉口各進(jìn)口道的修正飽和流率、通行能力及v/c比如表1所示.從表1可知,朝陽路—西大望路交叉口東、西進(jìn)口的直行車道的飽和度均超過1.00,專左車道的飽和度分別為0.93和0.74;南、北進(jìn)口各車道的飽和度均較低.綜上,朝陽路交通流具有明顯的潮汐現(xiàn)象,早、晚高峰時(shí)段機(jī)動(dòng)車流量大,各進(jìn)口交通供需不平衡,主要存在以下問題:(1)東西方向交通流潮汐現(xiàn)象明顯,早晚高峰時(shí)段東西向擁堵現(xiàn)象嚴(yán)重,且由于地鐵6號(hào)線施工,致使大量機(jī)動(dòng)車選擇繞行朝陽北路及京津高速,造成晚高峰時(shí)段東、西進(jìn)口交通流量大,其雙向的直行車道飽和度均超過1.00,專左車道飽和度均接近0.90;又由于東口進(jìn)出口道各有一根線桿占路,既影響了車道的通行能力又導(dǎo)致車輛行駛路線不暢,加劇了東西向的擁堵程度,如圖1(a)所示.(2)高峰時(shí)段南進(jìn)口的右轉(zhuǎn)流量為所有流向中最大,其專右車道飽和度為0.57,但由于東出口距路肩6m處有1根線桿,完全擋住一條機(jī)動(dòng)車道,致使右轉(zhuǎn)車行駛路線不良,同時(shí)阻塞西進(jìn)口直行車輛行駛,導(dǎo)致其安全性、通行能力及效率降低,如圖1(b)所示.(3)高峰時(shí)段北進(jìn)口的右轉(zhuǎn)流量較大,占整個(gè)進(jìn)口流量的34.1%,但由于北進(jìn)口右轉(zhuǎn)車轉(zhuǎn)向路線處有1根電車線桿,致使右轉(zhuǎn)車行駛路線不良,存在嚴(yán)重安全隱患,導(dǎo)致其通行能力及通行效率的降低,如圖1(c)所示.4.2當(dāng)前描述4.2.1快速車道及brt專用道朝陽路—西大望路交叉口為典型十字形平面信號(hào)交叉口,東西向的朝陽路為主干路,中央為雙向4車道的快速車道及BRT專用道,兩側(cè)為輔路,主輔路之間以綠化帶隔離,其中東、西進(jìn)口均渠化為專左、直行及專右車道;南進(jìn)口上游路段為金臺(tái)路,進(jìn)口渠化為專左、專右車道各1條及3條直行車道;北進(jìn)口上游路段為西大望路,進(jìn)口渠化為專左、專右車道各1條及3條直行車道.4.2.2東、西方貨車組成朝陽路—西大望路交叉口機(jī)動(dòng)車流主要由小汽車、公交車、大中型客運(yùn)汽車及中小型貨車組成.東、西方向的直行車流量大,占各自進(jìn)口流量的59.4%和64.5%;南進(jìn)口的右轉(zhuǎn)車流量較大,占整個(gè)進(jìn)口流量的71.2%,北進(jìn)口的右轉(zhuǎn)車流量較大,占整個(gè)進(jìn)口流量的34.1%.具體數(shù)據(jù)如表2所示.4.2.3信號(hào)控制系統(tǒng)朝陽路—西大望路交叉口采用4相位定周期信號(hào)控制,周期時(shí)長為163s,黃燈時(shí)間為2s.相位及配時(shí)具體數(shù)據(jù)分別如圖2所示.4.3優(yōu)化北進(jìn)口右轉(zhuǎn)車輛行駛路線根據(jù)對(duì)該交叉口及周邊設(shè)施的調(diào)研情況及存在問題的分析,建議將占路線桿移除;重新渠化東進(jìn)口輔路車道,完善東出口的地面標(biāo)志標(biāo)線.具體措施如下:(1)向北挪移東進(jìn)口占路電車線桿1根,至人行步道距路肩0.5m處,并重新渠化其輔路車道功能,將原來由于線桿占路而阻塞的車道渠化為直右車道.(2)向北挪移東出口距路肩6m處線桿1根,至人行步道距路肩0.5m處,優(yōu)化西進(jìn)口的直行車輛和南進(jìn)口的右轉(zhuǎn)車輛的行駛路線.(3)向南挪移北進(jìn)口右轉(zhuǎn)車轉(zhuǎn)向路線處電車線桿1根,至人行步道距路肩0.5m處,優(yōu)化北進(jìn)口右轉(zhuǎn)車輛的行駛路線.4.4vissim仿真關(guān)鍵交叉口是城市相交道路上不同方向交通流選擇和變換運(yùn)行方向的場所,是混合交通流的主要集散點(diǎn),其交通組織優(yōu)化是緩解大城市交通擁堵問題的關(guān)鍵所在.本文利用VISSIM軟件,主要從交叉口及進(jìn)口道的服務(wù)水平、飽和度、排隊(duì)長度、車輛延誤4個(gè)方面對(duì)交叉口進(jìn)行仿真評(píng)價(jià).4.4.1進(jìn)口道斷面交通量與比方校核為了保證仿真系統(tǒng)的有效性,選取朝陽路—西大望路交叉口4個(gè)進(jìn)口道的斷面交通量為指標(biāo)進(jìn)行仿真系統(tǒng)有效性校核.經(jīng)計(jì)算,朝陽路—西大望路東、南、西、北4個(gè)進(jìn)口道斷面交通量的相對(duì)校核誤差為15.60%,5.67%,10.64%,3.03%,誤差相對(duì)較小,因此認(rèn)為仿真系統(tǒng)在誤差允許范圍內(nèi)可以用來對(duì)該交叉口進(jìn)行仿真.4.4.2道路交通運(yùn)行狀況對(duì)單點(diǎn)交叉口而言,交叉口及各進(jìn)口道的服務(wù)水平、排隊(duì)長度和車輛延誤是反映該交叉口交通運(yùn)行狀況最基本的3項(xiàng)指標(biāo),可以最直觀地說明交叉口擁堵程度.(1)車輛平均延遲從圖3可以看出,交叉口車輛平均停車延誤由現(xiàn)狀的44.7s降低為38.9s.東、南進(jìn)口的車輛平均延誤均降低,分別由現(xiàn)狀的68.2s及25.7s降低為47.5s及22.1s;西、北進(jìn)口的車輛平均延誤均增加,分別由現(xiàn)狀的42.8s及42.7s增加為55.5s及47.7s.(2)平均停車次數(shù)從圖4可以看出,交叉口車輛平均停車次數(shù)由現(xiàn)狀的1.24增加為1.38.東、南進(jìn)口的車輛平均停車次數(shù)均降低,分別由現(xiàn)狀的1.84及0.94降低為0.83及0.80;西、北進(jìn)口的車輛平均延誤均增加,分別由現(xiàn)狀的1.20及0.78增加為3.41及0.79.(3)南、北進(jìn)口直行車道從圖5可以看出,東進(jìn)口直行及專左車道的平均排隊(duì)長度由現(xiàn)狀的80.9m及47.4m減少為24.9m及47.1m;南進(jìn)口直行及專左車道的平均排隊(duì)長度由現(xiàn)狀的8.2m及10.1m減少為7.7m及9.2m;西進(jìn)口直行車道由現(xiàn)狀的40.8m增加為54.8m,專左車道由13.1m減少為10.3m;北進(jìn)口直行及專左車道由現(xiàn)狀的7.7m及21.7m增加為8.5m及27.1m.(4)e、北口e級(jí),西、北進(jìn)口的服務(wù)水平由e級(jí)上升到d級(jí),提供了保證從表3可以看出,實(shí)施東、北口的交通工程措施后,該交叉口的東進(jìn)口服務(wù)水平由F級(jí)提高到D級(jí),南進(jìn)口服務(wù)水平由D級(jí)提高到C級(jí),西、北進(jìn)口的服務(wù)水平維持E級(jí)水平不變.整個(gè)交叉口的延誤由44.7s改善為38.9s,服務(wù)水平由E級(jí)提高到D級(jí).綜上分析,朝陽路—西大望路交叉口平均停車延誤由44.7s降低為38.9s,平均停車次數(shù)由1.24增加為1.38,服務(wù)水平由E級(jí)提高到D級(jí),交叉口的運(yùn)行指標(biāo)基本得到改善,提高了其通行能力,降低了停車延誤及各車道組排隊(duì)長度.5改善方案仿真分析改善城市道路網(wǎng)絡(luò)中交叉口交通運(yùn)行環(huán)境,提高其通行能力及效率,有利于在一定程度上緩解城市道路交通擁堵現(xiàn)狀.本文以朝陽路—西大望路交叉口作為研究對(duì)象,針對(duì)現(xiàn)狀存在的東西向交通潮汐現(xiàn)象嚴(yán)重,擁堵程度高等問題,根據(jù)調(diào)研,對(duì)問題進(jìn)行分析,提出了改善方案,并用VISSIM仿真對(duì)比分析了改善前后的交通運(yùn)行評(píng)價(jià)基本參數(shù),得出如下結(jié)論:(1)降低了交叉口平均停