（模式识别与智能系统专业论文）快速路立交适应性研究.pdf

s t u d y o na d a p t a b i l i t yo fu r b a n e x pr e s s w a y i n t e r c h a n g e 一 一一 ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e df o rt h ed e g r e eo fm a s t e r c a n d i d a t e ：l i uc h a o s u p e r v i s o r ：p r o f y a n gs h a o w e i c h a n g a nu n i v e r s i t y , x i a n ，c h i n a 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：务l 趋 7 , - 01 0 年6 月舻日 论文作者签名：l 趁 1 年b 月舻日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 利等权 文或成 摘要 在我国城市快速路大量建成通车的背景下，交通量的剧增使许多快速路立交成为交 通“瓶颈”，造成交通拥堵，制约了快速路发挥疏导过境交通的作用。出现拥堵的根本 原因是立交与交通发展不相适应，应从区域路网的交通需求出发，分析交通流的特点， 根据交通功能确定立交方案。 目前，国内外对立交适应性的研究不足，对快速路立交的相关研究较少，本文对快 速路立交适应性的研究，可为快速路立交的设计规划提供一定的理论依据。 本文在分析快速路立交发展历史、存在问题的基础上，对快速路立交进行了合理分 类，确定了制约立交方案选择的交通条件，对立交交通量预测方法做了深入分析，提出 了快速路立交通行能力的计算方法，对服务水平进行分类并提出计算方法，计算确定了 各类型快速路立交通行能力的适用范围，以及各立交适应的服务水平，并用v i s s i m 软 件对不同车道组合通行能力下的交通流进行仿真，并对延误时间进行分析，检验论文提 出的通行能力范围的可行性。 关键词：城市快速路，立交，适应性，通行能力，服务水平，仿真 a b s t r a c t b e c a u s eo fi n c r e a s i n gt r a f f i c ，al a r g en u m b e ro fc o n g e s t i o n so ne x p r e s sw a ya r e b e c o m i n g ”b o t t l e n e c k ”i nt h ec o n t e x to fn u m e r o u se x p r e s s w a yo p e n e dt o t r a f f i ci nc h i n a , w h i c hr e s t r i c t st h eu r b a ne x p r e s s w a yi nd r e d g i n gt h ep a s s i n gt r a f f i c t h et r a f f i cd e v e l o p m e n t a n dt h ei n t e r c h a n g ea r ei n c o m p a t i b l e ，a sar e s u l t ，c o n g e s t i o na p p e a r s a c c o r d i n gt ot h el o c a l r o a dn e t w o r k ，t h ea u t h o ra n a l y z e dt h ef e a t u r eo ft r a f f i cf l o wa n dd e f i n e di n t e r c h a n g eo p t i o n o nt h eb a s i so ft r a f f i cf u n c t i o n a tp r e s e m ，t h e r ea r ev e r yf e ws t u d i e so nt h er e s e a r c ho fu r b a ne x p r e s s w a yi n t e r c h a n g e a d a p t a b i l i t y t h es t u d i e so nt h ee x p r e s sw a yi n t e r c h a n g ea d a p t a b i l i t yc a np r o v i d ea b a s i sf o r d e s i g na n dp l a n n i n g f u r t h e r m o r e ，t h ep a p e ra n a l y z e st h eh i s t o r yt o g e t h e rw i t hp r o b l e m so fu r b a ne x p r e s s w a y o v e r p a s s ，i nt h e b a s e o fw h i c hs o m er e a s o n a b l ec l a s s i f i c a t i o n s o fu r b a n e x p r e s s w a y i n t e r c h a n g eh a v eb e e nd o n e i na d d i t i o n ，t h et r a f f i cc o n d i t i o n sw e r ed e t e r m i n e d ，w h i c hr e s t r i c t t h ec h o i c eo fi n t e r c h a n g ep r o g r a m s t h ec a l c u l a t i o nm e t h o d so ft h et r a f f i cc a p a c i t yo fu r b a n e x p r e s s w a yi n t e r c h a n g ew e r ep u tf o r w a r d t h es e r v i c e l e v e l sw e r ec l a s s i f i e d ，a n dt h e c a l c u l a t i o nm e t h o d so ft h e mw e r ep r o p o s e d t h e n ，s o m ec a l c u l a t i o n sa n da n a l y s i so ft h e t r a f f i cc a p a c i t yt o g e t h e rw i t hs e r v i c el e v e l sw e r ed o n e ，w h i c ha r eu s e df o rv a r i o u st y p e so f e x p r e s s w a yi n t e r c h a n g e s o nt h ec o n d i t i o n so f t h et r a f f i cc a p a c i t yf o rd i f f e r e n tc o m p o s i t i o no f l a n e s ，s o m ee m u l a t i o n so ft h et r a f f i cf l o w w e r em a d eb yv i s s i m ，w h i c ha n a l y z e dd e l a y a sa r e s u l t ，w ec o u l d t e x tt h ef e a s i b i l i t yo ft h er a n g eo ft h et r a f f i cc a p a c i t y k e y w o r d s ：u r b a ne x p r e s s w a y ；i n t e r c h a n g e ；a d a p t a b i l i t y ；t r a f f i cc a p a c i t y ；s e r v i c e l e v e l ； e m u l a t i o n 目录 第一章绪论1 1 1 研究背景1 1 2 国外现状2 1 3 国内现状3 1 4 研究的目的和意义4 1 5 主要研究内容和技术路线4 第二章快速路立交型式的选择及交通量预测6 2 1 快速路立交选型。6 2 1 1 菱形立交6 2 1 2 环形立交7 2 1 3 苜蓿叶式立交7 2 1 4 组合式立交：1o 2 2 立交交通量预测1 1 2 2 1 交通预测的步骤1 l 2 2 2 交通预测的方法1 3 2 2 3 交通发生吸引预测18 2 2 4 交通分布预测1 9 2 2 5 快速路道路交通量分配2 2 2 3 本章小结2 7 第三章快速路立交通行能力及服务水平分析2 8 3 1 快速路立交通行能力研究2 8 3 1 1 立交主线通行能力。2 9 3 1 2 立交匝道通行能力3 2 3 1 3 立交进口道通行能力3 3 3 1 4 立交交织路段通行能力一3 4 3 1 5 平面交叉的通行能力3 5 3 1 6 立交总通行能力3 8 3 2 快速路立交服务水平分析3 8 3 2 1 立交主线服务水平4 l 3 2 2 立交匝道服务水平4 1 3 2 3 立交匝道连接点服务水平4 3 3 3 本章小结4 6 第四章快速路立交适应通行能力及服务水平分类计算：4 7 1 1 1 4 1 快速路菱形立交极限通行能力及服务水平4 7 4 2 快速路完全苜蓿叶式立交极限通行能力及服务水平5 0 4 3 本章小结5 4 第五章v i s s i m 仿真验证5 5 5 1 v i s s i m 仿真软件概述5 5 5 2 快速路立交仿真模型的建立5 5 5 3 本章小结5 8 结论。6 0 参考文献6 2 致谢6 2 i v 长安大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 研究背景 城市快速路( u r b a ne x p r e s s w a y ) 是指城市道路中有中央分隔带，具有四条以上的 车道，全部或部分采用立体交叉与控制出入，供车辆以较高速度行驶的道路。城市道路 分类从建国初期至2 0 世纪7 0 年代是按主干路、次干路、支路分为三类。随着城市交通的 增长，人们对快速交通的需求增加，北京市北二环路在城市地铁修建的条件下设立1 4 座 立体交叉，因而提出建设一条连续通行的快速路，经有关部门同意后在城市道路设计规 范编制中将城市道路分为快速路、主干路、次干路、支路四类。城市快速路，特别是城 市快速环路，具有连续、快速、大容量的优点，是大城市解决“过境交通 、提高运输 效率的重要设施，是道路网系统中的主骨架。快速路立交作为城市快速路系统中重要的 交通节点，起着车流转换和道路之间连接的作用，并直接影响路网系统的运行效果。 道路交叉口，构成了道路交通的咽喉，是行人和车辆集散的必经之处。立体交叉是 是借助空间完成两条或两条以上道路的交叉，在交叉点的中心，多条相交道路具有相同 的平面位置及不同的空间位置。立交是在道路平面交叉的基础上产生发展起来的，为了 满足较大交通量道路交叉运行的要求，解决平面交叉带来的服务水平低的问题而提出 的。立交在道路交通中起着非常重要的作用。它取代了平面交叉路口上的信号管理，基 本上消除了所有冲突点，使车辆能够连续不断地通过交叉路口，大大提高了道路的通行 能力，同时也节省了燃料、时间等，具有较高的经济效益，为高等级道路的快速、安全、 经济、舒适提供了保证。城市快速路全部或部分控制出入，立体交叉是城市快速路必不 可少的组成部分，是城市快速路系统中的重要交通节点，是限制城市快速路交通荷载的 关键。随着我国城市快速路的迅速发展，为实现道路之间空间交叉和行车方向的转换， 必然需要修建大量的立体交叉。 互通式立交是高等级路网的重要组成部分，对高等级路网的通行能力和交通质量运 行起关键作用。如何科学合理地规划、设计、建设、管理互通式立交已经引起人们的极 大关注，而决定互通式立交的建设规模、设计标准、设计总体方案和建设时机、控制管 理策略等的重要依据是互通式立交的通行能力。城市快速路系统中互通式立交的选用型 式必须与转换交通量相适应，若不适应，必将造成立交区域内交通拥堵或造成立交的浪 费。 第一章绪论 1 2 国外现状 上世纪2 0 年代末，国外就已在新建城市中构想提出并建成采用多层、空间交叉的高 效快速的交通系统。 美国于1 9 2 1 年在布朗克斯河风景区干路上建成第一座设有匝道的不完全互通式立 交，1 9 2 8 年又在新泽西州首次建成完全苜蓿叶式互通式立交，该立交平均每昼夜通过的 交通量达6 2 5 0 0 辆，高峰小时达至i l j 6 0 7 4 辆，即每分钟容许1 0 0 辆汽车通过。1 9 3 0 年芝加哥 又建成了第一座拱式立体交叉，至u 1 9 3 6 年共建成了1 2 5 座立交。 瑞典于1 9 3 1 年1 9 3 5 年在斯德哥尔摩建成了举世闻名的斯鲁先立体交叉，此立交采 用了3 个小环道来解决交通问题。 德国从1 9 3 5 年起开始修建部分苜蓿叶式立体交叉，之后在柏林环城干道长达1 8 5 k m 的道路上修建了2 4 座立交，平均间距是7 7 k m 。 加拿大于1 9 3 6 年在安大略省别尔里格顿城附近的公路上建成了第一座三路t 形喇叭 式立体交叉，之后于1 9 3 7 年又在克列奇特港城附近的1 0 号干线公路与米德尔一鲁乌德公 路相交处建成了一座全苜蓿叶式立体交叉，1 9 3 8 年又在别尔里格顿城东建成了第一座四 路环形立体交叉，该立交被一条铁路横跨而过。 第二次世界大战后，公路交通迅速发展，不少公路干线交通阻塞，车祸日增。在这 种情况下高速公路得到了迅速发展，与之相应的立交大量兴建。从上世纪5 0 年代中期开 始，美、英、德、法和日本等国开始大量修建高速公路，立体交叉向多层化方向发展。 进入6 0 年代，澳大利亚、墨西哥、西班牙、加拿大、捷克斯洛伐克、南斯拉夫以及一些 发展中国家也加入到大量修建立体交叉的行列。 高速公路的发展促进了公路交通与城市交通的联系，逐渐发展了城市周围的快速环 路，在环路上修建了立交。如6 0 7 0 年代苏联在莫斯科花园环路上修建了1 9 处立交，公 路环路上修建了4 3 处立交。法国在巴黎林荫环路上修建了9 处立交。 与此相对应的，国外十分重视对道路通行能力的研究，并取得了一系列研究成果。 国外对道路通行能力的研究始于美国，1 9 5 0 年，美国交通工程师协会( a m e r i c a n a s s o c i a t i o no fs t a t eh i g h w a ya n dt r a n s p o r t a t i o no f f i c i a l s ，a a s h t o ) 出版了道 路通行能力手册( h i g h w a yc a p a c i t ym a n u a l ) 第一版，随后于1 9 6 5 年修订出版了第二 版，1 9 8 5 年，第三版问世。与前两版相比，第三版除详细论述了公路与城市道路的通行 能力外，又增加分析了高速公路和无信号交叉口等交通设施通行能力的内容。1 9 9 4 年又 2 长安大学硕十学位论文 出版了对第三版的最新修订本，它着重对信号交叉口和无信号交叉口通行能力的研究方 法进行了修正，采用了许多新思想、新方法。2 0 0 0 年又出版了名为h c m 2 0 0 0 的新手册， 它对在不同交通条件下有道路、交叉口的通行能力进行新的修订，并增加了车辆安全设 施、智能交通系统( i n t e l l i g e n tt r a n s p o r ts y s t e m ，i t s ) 的内容。现在美国仍然在进 行深入地研究，例如，美国交通工程师协会于2 0 0 4 年在通行能力研究方面设专项研究互 通式立交系统合流区、分流区的通行能力，计划于2 0 1 0 年出版新的道路通行能力手册 h c m 2 0 1 0 。 1 3 国内现状 我国的立交发展较晚。1 9 5 5 年，武汉在滨江路上建成了第一座苜蓿叶式立体交叉。 1 9 5 6 年，北京开始在京密引水工程滨河路上修建三座部分苜蓿叶式立体交叉。1 9 6 4 年， 广州市在大北路建成了第一座双层环形立体交叉，此立交在1 9 8 6 年又改建为三层环形立 体交叉。7 0 年代北京在二环路上修建了1 0 处立交，其中两处是机动车和自行车分行的立 交。进入n 8 0 年代，随着我国改革开放政策的深入，经济的快速增长，全国各地纷纷开 始修建高速道路和环城高速道路。北京、天津、广州、沈阳、西安、南京、上海等城市， 修建了许多全立交或部分立交的环城高速公路以改善城市交通；为了改善一些交通量 大、阻塞严重的交叉口的交通问题，也都修建了立体交叉。以北京西直门的三层环形立 体交叉，建国门三层苜蓿叶式立体交叉，天津中环线八里台立体交叉，中山门蝶式立体 交叉，上海真北路立体交叉，广州区庄四层环形交叉、人民路高架桥，西安星火路立体 交叉，大连萨大路立体交叉，鞍山解放路立体交叉，上海延安中路立体交叉、延安西路 立体交叉、罗山路立体交叉和浦东新区龙阳路立体交叉等为代表的城市道路立体交叉也 如雨后春笋，迅速发展。立体交叉已经成为一个城市、一个地区交通发达的象征，标志 着该地区的经济状况。 我国的立体交叉尽管起步较晚，但发展的速度是举世瞩目的。线形设计也从人工化 逐步向机械化、自动化，直到参数化、集成化的大规模信息发展。要求构造物材料轻质、 高强和便于拼接。施工向快速简便、工业化制造等方向发展。从整体上看，立体交叉向 造型美观，功能齐全，构造物少，线形平顺，施工方便，造价低廉等方向发展。 我国在立交交通工程方面的研究相对较少。一些设计者对如何保证车辆在匝道上的 运行顺畅安全和如何提高互通式立交的通行能力等问题考虑较少。我国变速车道长度不 足，该问题在建成的交通量较大的高速公路上已有明显的暴露。由于减速车道的长度较 3 第一章绪论 短，它所连接匝道的平面线形指标又较低，驾驶者见此情景后往往在进入减速车道之前 就开始减速，影响随后直行车辆的正常行驶。加速车道由于长度不足而使汇流区交通不 畅。变速车道长度与连接变速车道的匝道部分线形指标不匹配的情况也常有发生，造成 立交的设计不合理。 修建立交，尤其是互通式立交的投入很大。例如，建造一个匝道交通量调节信号机 需要投资几十万元，而建造一座立交需要投资上亿元。如果路网中立交系统规划建设时 机不合理，互通式立交系统通行能力利用不充分。或者立交设计不合理，如有些立交匝 道与主路设计不协调，造成上匝道车辆汇不进主路，主路驶出车辆进不了下匝道，而发 生拥堵，甚至发生交通事故。研究立交的通行能力已刻不容缓。 1 4 研究的目的和意义 近年来快速路在全国大量兴建，然而，由于交通量的增长，交通量超过道路负荷， 拥堵严重，车速降低。以西安南二环为例，其平均车速为5 0 k m h ，高峰时为3 0 k m h ，这 与分道限速的最高值7 0 k m h 相差甚远，高峰时拥堵排队现象严重。交叉口处设置立交， 可分离交通流间的相互干扰，提高车速，增加通行能力。但是，许多立交缓解交通阻塞 的作用仅限于建成初期，而随着交通量的增加，往往成为交通要冲。有些立交的通行能 力甚至不如信号交叉口，不得不拆除，以改善交通状况。这些问题的出现，根本原因是 修建的立交与交通发展不适应，盲从“标志性建筑”、大用地范围、美观为主、实用为 辅，应从路网的交通需求出发，分析交叉口的交通流特点，根据交通功能确立立交方案。 快速路立交通行能力的研究对于快速路立交的规划、快速路立交布局的选择、快速 路立交匝道线形的布设、各设施的通行能力的验算将提供有力的理论支持与技术保障， 对快速路立交的规划与设计、控制与管理具有重要意义。因此，有必要对快速路立交进 行交通适应性分析，为以后修建此类立交提供依据、借鉴。 1 5 主要研究内容和技术路线 快速路立交不同的型式适应不同的通行能力大小，通过对各类型立交不同车道组合 情况下的极限通行能力的计算，可以得到各立交适应的通行能力范围，对快速路立交的 交通适应性进行分析验证。本文的主要内容有： ( 1 ) 分析快速路立交形式的分类，及其适用的道路情况，并对各类型的优缺点和构成 做了说明。 ( 2 ) 分析了交通量预测的方法，对快速路的道路交通量分配做了详尽分析。 4 长安人学硕上学位论文 ( 3 ) 详细介绍了快速路立交通行能力的构成、计算方法，对快速路立交的服务水平做 了分类、整理。 ( 4 ) 计算得出快速路各类型立交不同车道组合条件下通行能力。 ( 5 ) 在快速路各类型立交的不同车道组合的通行能力条件下，对立交做仿真分析，分 析平均延误时间，对适应性做出验证。 技术路线如图1 1 所示。 图1 1 论文研究技术路线 5 第二章快速路立交型式的选择及交通量预测 第二章快速路立交选型及交通量预测 2 1 快速路立交选型 立体交叉类型选择的目的，主要是选择：适应设计交通量和设计车速，符合车辆转 弯要求，提高行车效率，改善安全舒适性，并能与环境协调的立交模式。因此，选择的 类型是否合理，不仅影响交叉口本身的功能，如通行能力、行程时间、行车安全和工程 运营经济等，而且与地区的整体规划、地方交通的发挥以及市容、环境等都有着十分密 切的关系。选型时应根据道路、交通条件，结合自然、环境条件综合考虑而定，并应遵 循以下原则：立交的型式首先取决于相交道路的性质、使用任务及远景交通量等；选定 的立交型式必须与立交所在地的自然条件和环境条件相适应；型式选择要全面考虑近远 期结合，既要考虑近期交通要求，减少投资费用，又要考虑远期交通发展需要改建提高 等可能；型式选择要从实际出发，有利于施工、养护和排水，为提高质量、缩短工期和 降低成本，应尽量采用新技术、新工艺、新结构：型式选择和匝道布置要全面安排，分 清主次；型式选择应与定位相结合；城市道路上，立交的结构形式应简单，占地面积应 少。3 3 根据影响立交形式选择的主要因素，快速路因其中央分隔、全部或部分控制出入、 控制出入口间距及形式等特点，立交一般应用以下四种形式：菱形立交、环形立交、苜 蓿叶式立交、组合式立交。 2 1 1 菱形立交 菱形立交是由两条道路十字交叉，主要道路以分离形式穿越次要道路，在以相交道 路为轴线的四个象限内，从主要道路两侧斜向引出单向进出匝道至次要道路平面交叉， 总体布置成菱形结构，如图2 1 所示。适用于快速路与次干路、支路和少数主干路相交 时采用，且多采用扁菱形立交。如上海沪嘉高速公路南翔立交。菱形立交有以下特点： 能以较高速度出入主线，无迂回；主线上具有高标准的单一进出口，交通标志简单；当 主线下穿时，匝道纵坡有利于加减速；形式简单，仅需一座跨线构造物，用地和工程费 用小；被交路平交口的通行能力较低影响行车安全；次线在上层时，可能存在错路运行、 视认性或行车等待等问题。 6 长安大学硕上学位论文 声 jl k ， 爻 a 1 l r f ! 图2 1 菱形立体交叉 图2 2 环形立体交叉 2 1 2 环形立交 环形立交视具体情况可采用二层、三层或四层式，快速路多采用三层式和四层式， 多用于快速路和快速路、主干路、次干路相交，如图2 2 。环形立交的特点是：占地少 但构造物多；对四路或四路以上的立交提供了一个相对简单的方案；交织段限制了速度 和通行能力；环道适应的通行能力不过大。h 1 2 1 3 苜蓿叶式立交 苜蓿叶式立交可分为完全苜蓿叶式和部分苜蓿叶式立交，多用于快速路和主干路相 交以及快速路与快速路相交的交叉。 一、苜蓿叶式立交 完全苜蓿叶式立交如图2 3 所示，通过设置四个对称的环形左转匝道以实现各方向 左转弯车辆的运行。其优点是：交通运行连续、自然；无须设信号控制，无冲突点；可 由部分苜蓿叶式立交分期修建而成；仅需要一座跨线构造物，造价较低。其缺点是：立 交占地较大，左转弯车辆绕行距离较长；环形左转匝道线形较差，行车速度低；上、下 线左转匝道出入口间存在交织运行，限制了立交的通行能力；正线上是双重出入口，而 其中左转匝道出口在跨线构造物后，使标志复杂；为设置附加的变速车道或交织车道， 使跨线构造物长度或宽度增加。 这种立交的最大优点是造价低廉，仅需一座跨线构造物就能实现左转弯运行，成为 全互通式立交。但因用地的限制，环形左转匝道的圆曲线半径不能过大，因而行车速度 和通行能力会受到影响；此外，跨线桥上、下存在交织路段，限制了通行能力，因此多 用于高速道路与一般道路或等级较高的道路之间相交的立交，而在城市内因受用地的限 7 第二章快速路口交型式的选择及交通量预测 制较少采用。因其形式美观，若在城市外围的环路上采用，并加之适当地绿化，也是较 为合适的。 布设时根据具体条件，环形匝道可以采用单曲线、多心复曲线、方形或压扁形等。 为了消除正线上的交织，避免双重出入口而使标志简化，提高立交的通行能力和行车安 全，还常在正线的外侧加设集散车道，成为带集散车道的苜蓿叶式立交。 ? 1 l l 彩 i i l 乃 i _ 一 厂 图2 3 完全苜蓿叶式立交 二、部分苜蓿叶式立交 部分苜蓿叶式立交是相对于全苜蓿叶式立交来说的，在部分左转弯方向不设环形左 转匝道，而在次要道路上以平面交叉的方式实现左转运行的立体交叉。如图2 4 所示， 可根据场地的限制或转弯交通量的大小，采用图示任一种形式或其它变形形式。其优点 是：可保证主要道路上的直行车辆快速通过；单一的驶出驶入方式简化了主要道路上的 交通标志；只需一座跨线构造物，用地及工程费用较小；便于分期修建，远期可扩建为 全苜蓿叶式立体交叉；除了图( g ) 和图( h ) 外，在主要道路上消除了交织运行。其缺点是： 次要道路上存在平面冲突点，影响通行能力及行车安全；次要道路可能岑在停车等待和 错路运行现象；有时在次要道路平面交叉上需设信号控制，在出口匝道储存能力不足时， 往往会影响主要道路的交通。 8 长安人学硕十学位论文 j i | | j ，一八 、 l1 b 厂 、i j 、眇 ，r c ) 7 k彳 1 i ji 一 厂| | ， e ) 9 kk li 巡 j 厂| | i ， f ) 第一二章快速路立交型式的选择及交通量预测 ? l 允 、j 、 i1 g r ， 了 f l 冗 一， 、 i 、 iil 捞 。 i 了 i ， 图2 4 部分苜蓿叶式立体交叉 h ) 当主要道路与次要道路相交时可采用部分苜蓿叶式立交。布设时应使转弯车辆的出 入尽可能少对主要道路的交通造成阻碍，平面交叉应布设在次要道路上，必要时，可在 次要道路上组织渠化交通或设置信号控制。当跨线构造物前后存在两个连续出口或入口 时，宜在主要道路的外侧设置集散车道以简化出入口。此外，除了以上形式的立交可供 选用外，还可视具体条件采用图示的反象限布置或其它变形形式，例如将某一象限的单 独右转直接式匝道取消，改为平面交叉。 5 1 2 1 4 组合式立交 组合式立交是依据交通量并结合地形、地物等的限制条件，在同一座立交中采用两 种或两种以上不同形式的左转匝道组合而成的立交，如图2 5 所示。 图2 5 组合式立体交叉 1 0 长安大学硕士学位论文 这种立交正线双向载立交范围不拉开距离的情况下，左转匝道多为环形和半定向式 匝道，立体形式多种多样；匝道布设形式与交通量相适应；充分利用地形、地物，因地 制宜、造型别致、美观。适用于一个或两个左转弯交通量较小的枢纽互通式立交。 2 2 立交交通量预测 预测技术广泛应用于社会、经济和工程技术等领域，是一门综合性的方法论科学。 其基本思想是根据历史和现状预测未来，即在研究事物发生、发展的过程所呈现的规律 性和分析现状条件、环境因素等的制约及影响的基础上，推测事物未来的演变状态和发 展趋势。 预测具有科学性、近似性和局限性的特点。它遵循可知性、可能性、相似性、关联 性、系统性和反馈性的原理。 交通预测属于预测技术在交通领域的运用，是对在规划期内的道路运输发展作出的 科学评估。通过分析过去和现有的交通运输网的组成和特性，推知未来区域运输网上的 交通流量构成及分布特征。道路运输发展预测应以社会经济发展预测为基本依据。1 2 2 1 交通预测的步骤 交通预测的一般步骤是： ( 1 ) 确定预测目标。预测应为决策服务，所以要跟据决策提出的要求确定预测目标。 ( 2 ) 选择预测影响因素。从大量的因素中鉴别、选择和确定与预测目标有关的影响因 素。 ( 3 ) 搜集、整理资料。资料是预测的依据，应按照预测目标的要求，搜集预测时所需 的路网发展、社会经济发展、国土规划等资料，做好预测前的准备工作。 ( 4 ) 数学模型的选择和建立。通过分析预测对象的内部因素间的相互关系和外部环境 的制约条件，选择合适的预测途径和方法，使构造的模型能满足简洁性、适应性和确切 性等要求。通常选用的预测模型的型式有递推型、统计型、连续型、时间序列模型、因 果模型等。 ( 5 ) 数学模型的检验。模型是根据历史资料得出来的，反映的是事物发展的历史规律， 所以，要根据搜集的有关未来情况的资料，对所得的预测模型进行分析研究，检验其能 否应用于对未来实际的预测。如看模型是否能反映出事物发展的未来规律，利用回归技 术得到的数学模型是否能通过各种有关的检验；事物发展的概率分布是否将会发生较大 变化，等。 第二章快速路宽交型式的选择及交通量预测 ( 6 ) 进行预测。根据搜集的相关资料和经过检验所确定的预测模型，可推测或计算出 预测对象发展的未来结果。在假设现在和过去规律能够延续到未来条件下，这种预测才 能进行。 ( 7 ) 分析和确定预测的结果。由于模型是对实际客观现象的抽象和简化，在建模的时 候，还会存在一些难以考察得或者技术上的困难而被简化、被忽略的复杂环节，所以， 预测结果与实际结果之间难免会出现比较大的偏差。因此，每次在得到预测结果后，都 应对其进行分析、评价，通常都是根据经验和常识去检查、判断预测结果合理与否。如 果不合理，则重复上述步骤；如果满足要求便可以提交预测告。 通常，交通预测中的道路交通量预测多采用四步模式法，其总体思路为：第一，预 测远景年规划区域内的各小区交通发生量；第二，在各规划区交通的o d 现状资料的基 础上，对远景年份区域交通分布情况进行分析预测；第三，在区域交通分布预测结果的 基础上，进一步分析确定各种运输方式承担的运量；第四，根据交通量分布预测的结果， 以一定的方法对小区间的各条道路进行分配，最终获得高速道路所在路网上各路段上的 交通量。应该注意的是，只有当前两步预测的结果是综合运输量时才需要进行交通方式 承担预测。通常情况下，在可行性研究和道路规划的过程中，交通发生预测仅要考虑道 路交通量分布，而不需要进行交通方式承担预测。因此，四步模式法可以演变成为“四 阶段预测法”，其过程框图如图2 6 。 图2 6 四阶段预测法工作步骤 长安大学硕上学位论文 2 2 2 交通预测的方法 交通预测的方法很多，通常可分为定量预测和定性预测两种。在应用时常常将定量 与定性两种方法结合起来，但应以定量分析为主。 定量预测是以历史数据和统计资料为基础，应用数学或其他的分析技术，建立模型， 并能够表现数量关系，在此基础上，计算得出预测对象在未来可能表现的数量。常用的 定量预测方法主要有时间序列趋势外推法、回归法以及经济计量学中的其他方法。在交 通运输预测中，定量预测方法被广泛应用。在道路网规划及可行性研究中，常对路网流 量分布构成和特征进行定量分析，以研究和推测未来路网交通流量发展趋势及其结构关 系，进而确定合理的建设规模。 定性预测的目的是探讨和研究预测对象表现出的性质，例如事物发展的总体趋势， 事件发生和发展的各种可能性以及因此造成的影响，目前确定并且将要执行的决策能否 达到制定决策的目的等。在进行定性预测时，主要是凭借预测者的逻辑推理能力和主观 经验，分析历史资料、研究未来条件，判断和推测事物未来的表现形式。可用于定性预 测的预测方法主要有类推法、调查法、主观概率法等。定性预测在交通上的应用主要是 在道路建设前期或初期相对粗略的交通流量，进而确定要建设道路的大致规模。口8 1 与道路交通量的预测直接相关的是社会经济发展预测。而社会经济发展预测的目的 是分小区确定与交通需求存在显著关系的影响因素：人口、资源、经济等的未来发展水 平。在充分调查分析相关区域的社会经济发展历史与现状情况的基础上，预测工作分析 和研究未来社会经济发展的有利和不利因素，以及可能存在的发展潜力，结合国家规定 的宏观经济发展战略和政策，以及有关省份的有关规划，应用定量和定性相结合的方法 进行预测。社会经济发展的预测方法有很多种，但定性预测通常采用专家法，定量预测 则以回归分析法为主。 一、专家法( 德尔菲法) 德尔菲法指采用函询调查，分别向所预测问题相关领域的专家提出问题，将这些回 答意见综合、整理、回归，匿名反馈给各专家，并再次征求意见，而后加以综合，再反 馈，如此反复，直到得出尽可能可靠的比较一致的意见时，才对未来做出预测。 根据德尔菲法的匿名性和多次信息反馈等特点，预测者可采用一套特有的综合、统 计方法，得出最后的预测结果。 下面举例介绍一种常用的统计处理方法一四分位法。 第二章快速路立交型式的选择及交通量预测 现有9 位专家对某交通小区的人均工业产值增长率的第一轮评估值，将评估值按顺 序排列如下： 4 4 5 5 6 6 6 5 6 5 8 8 5 b彳c 处理时，可将该序列分成四等份，其中a 是中分位点，b 是下四分位点，c 是上四 分位点。上、下四分位点之间的范围表示出专家意见的分散程度。 如果将这些信息在下一轮征询中反馈给各专家，那么专家们，有可能对上分位以上 或下分位以下的预测值进行放弃或修改各自的评估意见，自动向中分位靠拢，使得评估 意见相对集中。 二、回归分析法 回归分析法是一中预测过程未来发展的定量方法，该方法从被预测变量和与它有关 的解释变量间的因果关系出发，建立回归分析模型。处在一个系统中的各种变量，通常 可以有两类关系：一种是函数关系，一类是相关关系。当事物间具有确定的关系时，则 变量间就表现为某种函数关系。而有些事物，虽然彼此之间有着密切的联系，但却并不 能用某一函数式准确地确定其间的关系，这类事物之间的关系关系就称为相关关系。具 有相关关系的变量，虽然不能用函数式准确地表达其联系，却可以通过对大量的调查数 据进行统计分析，找出各相关因素间的内在规律，进而近似地确定变量间的函数关系。 这就是回归分析的基本思想与方法。 根据因变量和自变量间的函数形式y = 厂( 五，x 2 ，x m ) 的不同，回归分析可以分为线 性回归和非线性回归；而根据自变量的个数又可分为一元回归和多元回归。 1 一元线性回归预测。该方法适用于两个因素接近线性关系的问题，即对某一个因 素的预测可以转化成对另一个因素的预测。 设有一组调查值共r l 对( 薯，辨) ，江l ，2 ，玎，预测值或和相应x j 可用下列的关系式 按最小二乘法求得 回归系数 多i = a + b x t 1 4 ( 2 1 ) 长安大学硕f ：学位论文 其中 相关系数 剩余标准差 舀= 夕- b x b = l 。 l 。 ；： 窆薯 x = 一 x ； 刀百 一y ：丢兰只 = 一7 。y i 玎百 乞= 善i ( 一蜀2 = 薯2 一言( 薯) 2 。= 主i f f i l ( 一- ) ( 以一歹) = 薯以一去( 薯) ( 乃) 。= 喜( 只一- ) 2 = 咒2 一号( 只) 2 s y = s ，- 南0 1 0 眄 s ：晤 ( 2 2 ) ( 2 3 ) ( 2 4 ) ( 2 5 ) ( 2 6 ) ( 2 7 ) ( 2 8 ) ( 2 9 ) ( 2 1 0 ) ( 2 1 1 ) 相关系数h 越接近1 ，线性相关的程度就越大。同时预测的效果也决定s 值的大小， 而剩余标准差越小，采样点就越接近于回归方程式。 由于在实际中估计值夕和常数a 与回归系数6 会有些波动，所以表示波动程度的标 准差s 实际上比式( 2 1 0 ) 计算出来的值大。 2 多元线性回归。该方法适用于一个因变量和多个自变量五，屯，毛，线性相关的 1 5 第二章快速路立交型式的选择及交通量预测 问题，即对一个因素的预测可转化为对多个其他因素的预测。 设有一组观测值为( 儿，屯，) ，f = l ，刀。可以求得预测值或对应x 的回归 方程式。 允= - g 。+ k k 2 ( 2 1 2 ) k = l 式中的k ( k = o ，m ) 可由观察值按最小二乘法确定。 取 乇：主( 靠一一x 从一x j ) ，( f ，j f = 1 ，聊) t = l ” 一一 f f 。= ( 靠一x ) ( 儿一j ，) ，( 江1 ，1 ) f = l = ( 只一歹) 2 f = l 一1 击 垆i ；只 所以6 l 、6 2 ，吒为 复相关系数 晶去喜靠 ( 扛1 ，一川 l = 厶。2 如。乞： 乙乙： ( 2 1 3 ) 【6 l ，6 2 ，k 】r = f 1 址一，乙。】7 ( 2 1 4 ) 否。：歹一m6 ；， i = l 1 6 ( 2 1 5 ) 长安人学硕士学位论文 剩余标准差 s = ( 2 1 6 ) ( 2 1 7 ) 除可以利用以上介绍的线性回归方法外，社会经济发展预测还常用以下一些非线性 回归方程： 二次曲线模型： 对数模型： 指数模型： 冥函数模型： 渐近发展曲线模型： “=口+bx+cxy 2 l2 口+ b x + c x 。 多。= a + b n x a i n x y t2 + 多t = a e b 多t = a x b b 咒2 l + c e - = ( 2 1 8 ) ( 2 1 9 ) ( 2 2 0 ) ( 2 2 1 ) ( 2 2 2 ) 在实际的应用中，可通过恰当的变量代换，将非线性回归问题转化成为线性回归问 题来求解。 在社会经济发展预测时，通常可采用多种预测方法和模型，并对多个预测结果进行 综合分析，然后最终确定一个合理的预测值。 1 7 第二章快速路立交型式的选择及交通量预测 2 2 3 交通发生吸引预测 小区交通出行总量( 交通发生、吸引量) 是社会经济发展对交通运输需求的具体反 映。发生交通量或者吸引交通量与区域的经济、人口、汽车保有量、土地利用等密切相 关。为了预测各小区的将来发生或吸引的交通量，需要建立现在条件下二者的数学关系， 并且要假定这种关系在将来也不会有实质性的改变。交通发生吸引预测的方法主要有： 增长率法、相关分析法、强度指标法等。 一、增长率法 增长率法是通过研究小区人口和其它经济指标增长情况，以确定小区交通增长率的 一种预测方法。具体模型如下： i z = 嘎 t 只= 专每 q 2 3 式中：z 一未来预测特征年f 区交通发生量( 集中量) ； t o # 一基年f 区交通发生量( 集中量) ； f 一至该预测特征年交通出行量的发展倍数； ，一f 区基年人口； p f 区预测特征年人口； b f 区基年经济指标； e f 区预测特征年的经济指标。 二、相关分析法 相关分析法是通过对发生( 吸引) 交通量与人口、经济、土地利用指标等进行分析， 建立发生、吸引交通量的模型，预测将来发生吸引量的一种方法。常用的模型形式如下： y = a o