城市道路可变车道设置方法研究.docx

城市道路可变车道设置方法研究温旭丽1，2 ，马东南大学成贤学院，江苏 南京香1 ，刘210088; 2云1 ，叶欣1 ，魏泽1( 1南京林业大学交通学院，江苏 南京210037)摘 要: 分析可变车道特点及实施条件; 以南京市主干道北京西路为研究对象，通过实地调查，在分析交通流量、流向等交通特性的基础上，分析可变车道设置的具体条件，提出北京西路可变车道的基本设置方案及控制方案，主要包 括: 北京西路可变车道起止点及实施范围确定，相关设施设置，与两端正常车道衔接分析设置，并对公交车站的影响 进行分析，同时对检测器的布设和可变车道控制方案进行设计; 最后并结合 VISSIM 仿真软件进行模拟实验，实验表 明可变车道设置效果良好。关键词: 城市主干道; 潮汐交通; 可变车道; 设置方法; 实施条件; VISSIM 仿真中图分类号: U491. 4文献标识码: B近些年，可变车道在全国多个城市广泛出现，实施效果明显。北京市在 2005 年下半年初步确定在试 点道路设置可变车道。青岛结合当地现实情况，针对 “潮汐车流” 特性，普遍运用可变车道技术以缓和高 峰时段的拥挤堵塞状况。上海市在吴淞路四平路路 段运用可变车道技术，并在设置路段的沿途交叉口相 应地采取机动车 “禁左” 措施。2004 年沈阳实施了 十条可变车道。杭州首先于 2005 年 4 月在北山路 保椒路设置了可变导向车道，目前已有 100 多条。国 内经过近几年的研究已经基本掌握了可变车道特别是 其在交叉口上应用的条件、方法和手段。随着实践的 不断深化，将交通时变特征与车道划分相吻合的可变 车道的应用看似简单，但其中仍有很多复杂和具体的 实际问题需要进行不断的探索和研究。施。车道设置条件: 如果某路段运用了可变车道，路段机动车车道数目必须至少为双向 3 车道，在车流 量较大的城市，一般情况下，主干路上的车道数大于6 条或不少于 5 条，能够保障直行、左转、右转车辆 放行顺畅，同时存在供可变车道进行改变的余地。 路段组织情况: 可变车道的设置还需考虑路段的交通 组织情况，具体为沿途经过的交叉口数量和可变车道 的长度 2 个方面。应根据不同时段的车流量确定可变 车道设置的长度，该长度应适中; 可变车道路段沿途 经过的交叉口数量不宜过多，防止造成大幅度改动控 制策略，形成新的交通拥堵。( 2)车流特征稳定的交通流: 交通流的特性是可变车道设置的首要车流条件，该条件必须保障设置可变车道的路 段在某时段内交通流出行持续稳定。交通量方向分 布系数 KD 最低值为 2 /3: 交通流具有明显的潮汐性 是实施可变车道的前提，该前提要求方向分布系数 KD 必须满足尽可能在 3 /4 以上，最低值为 2 /3，才能 保障实施可变车道的交通效益。此外，在轻交通方向 除去可变车道、重交通方向实施可变车道后，其通过 能力应达到满足交通需要的水平。通行能力条件: 由于不同时间段车道布置的情况不同，可变车道设置 后，道路的通行能力也会相应地发生一定变化。设置 可变车道的重要前提是其通过能力应达到满足交通需要的水平。除此之外，实施可变车道的城市道路的起终点也 该具备足够的交通处理能力，可以确保可变车道实施 后不会引发新的交通瓶颈，并且保证道路起终点位置 处的车辆进出可变车道畅通无阻。可变车道交通组织系统理论基础11. 1可变车道特点可变车道围绕一段时间内的交通，以不增添新的道路设施作为供给为前提，以改变、更换行车道的转向或方向为途径，达到行车道分划与现实交通需要相 吻合的效果。为了满足主要交通流方向的交通需求， 该方法借助了次要交通流方向的富裕通行能力，从而 提升了道路整个使用率。其特点: 道路通行能力双 向不平衡; 可按照潮汐交通流量确定可变车道的数 量; 根据早晚高峰的变化而变化。1. 2可变车道实施条件( 1) 道路条件路面设施条件:设置可变车道的城市道路上一般不设有中央分隔带或路面电车轨道等不可移动设作者简介: 温旭丽 ( 1979 ) ，女，河南平顶山人，硕士，在读博士，讲师。384 2014 年 12 期( 总第 120 期)条机动车道，交叉口处进口道拓宽为 3 车道，对向车道之间未设置中央分隔带，满足可变车道实施条件中 关于行车道数目的要求。南京市北京西路交通特性分析22. 1 北京西路基本状况北京西路位于南京市鼓楼区，是一条东西向的干 道，以银杏和梧桐为主要行道树，是南京风景最漂亮 的林荫大道之一。东至鼓楼广场，西起石头城路，全 长 3412m，路幅宽 27 49m。调查对象选取北京西路 与宁海路交叉路口处，其中北京西路为双向 4 车道， 进口道拓宽为 3 车道，外侧两条车道直行，最内侧车 道为左转专用车道，右转车道在进口道处设置在非机 动车道上，与非机动车之间设有机非隔离栏杆。道路 横断面形式为三板块横断面，设有两侧分车带，未设 置中央分隔带。2. 2 道路交通特性于 2013 年 3 月份分别对北京西路与宁海路交叉 路口东西方向的直线路段早、晚高峰交通流量进行调 查，以掌握流向和分布特征，分析潮汐交通流的特 性。早高峰调查时间为 7: 00 9: 00，晚高峰调查时 间为 17: 00 19: 00，调查地点为交叉口向东方向北 京西路路段。将数据收集之后分析处理的蜀西路早晚 高峰交通量柱状图见图 1，交通特性分析结果如表 1。表 1 北京西路交通流量调查结果流量流向条件可变车道的设置条件中对交通流方向性系数也有 相关规定，北京西路早高峰及晚高峰的交通量调查数 据见表 1，其方向性系数分别为 0. 6627 及 0. 6556， 已经达 2 /3 以上，符合实施可变车道的标准。3. 3 通行能力条件北京西路属城市主干道，设计车速为 60km / h， 单车道的理论通行能力 为 1700pcu / h，通 过 车 道 宽 度、多车道、平面交叉口、机非混行等影响因素对该值 进行修正，可确定其可能通行能力，北京西路设置可变 车道后路段双向通行能力均能满足实际交通需求。3. 23. 4道路条件北京西路属三块板式道路，机动车道与非机动车道之间设置有分车带，对向行驶的车道之间并无中央分隔带或不可移动的隔离设施，并且不存在路面电车 轨道，便于设置可变车道。3. 5 信号配时条件 道路交叉口为四相位信号配时，左转与直行相位分开，有专用的左转相位，满足可变车道交叉口的信 号配时要求。早高峰( 8: 00 9: 00)晚高峰( 17: 00 18: 00)时间出城方向( 东西)进城方向( 西东)出城方向( 东西)进城方向( 西东)行车方向可变车道方案设计及仿真模拟44. 1交通量( 辆 / h)方向系数 平均车速( km / h)731. 00. 337348. 501436. 40. 662720. 501460. 90. 655624. 00767. 30. 344448. 00可变车道设置方案设计( 1) 起止点及实施范围确定 根据交通量的分析，此道路在与宁海路的交叉口调查结果表明，早高峰时段北京西路进城方向车辆数明显大于出城方向，进城方向交通流量占总流量 比例达到 61. 4% ，晚高峰时段出城方向交通量大于 进城 方 向， 出城交通流量占总流量比例达到 60. 62% ，潮汐交通现象也非常显著。进口处作为可变车道的起点，交叉口出口道东西向各300m 设置可变车道，通过交叉口进行过渡 ( 见 图2) 。可变车道路段为进口道 4 车道、出口道一车道， 原 2 条出口道中靠近双黄线的车道改为可变车道。数据分析可知，早高峰时交叉口西进口处为合流 点，东出口道为分流点，在北京西路上聚集了大量车 流; 晚高峰时车辆集散点与早高峰相反，因此在上述 两点设置可变车道是适宜的。2. 3交通需求及问题晚高峰期间，该交叉口主要存在的问题:( 1)北京西路往西去的交通需求大，一个信号周期等候车辆不能全部放完，经常会出现交叉口排队几乎延伸到云南路。 ( 2 ) 东进口左转弯车辆需求不 大，一个信号周期内左转相位绿灯有浪费。 ( 3 ) 东 西进出口直行的交通需求不均衡，东进口大于东出 口，出城方向车道直行相位绿灯有浪费。( 2)相关设施设置车道标线: 不改变原道路中间的双黄线，画出双白虚线分隔可变车道与其他车道，可变车道线设置 于可变车道的两侧，采用两条黄色虚线并列组成的双 黄虚线作为可变车道的指示标线，并涂写 “可变车 道” 字样。路段标志: 北京西路可选择的可变路段标志 有: 预告标志牌; 黄闪、绿箭头、红叉三合一双面提可变车道方案可行性分析33. 1 车道条件北京西路规划设置可变车道的路段上共有双向四2014 年 12 期( 总第 120 期) 385交通工程示信号灯; 交叉口处可变指示标志; 电子 / 左侧变窄警告牌。可变隔离护栏: 可变隔离设施可左右移动，完 成道路重新分割。北京西路可变隔离设施宜采用整体 可移动护栏，该护栏设置在主路车行道中心线上，10m 一组，共设 10 组，改变车道布置时向左移动一 条车道。在每日出现单向流量高峰前十分钟，利用信 号灯或道闸，封堵所选可变路段两端的中间两条车 道，同时在此时段内将进口道第二条车道变为直行加 左转车道，以进行清场。清场期间，路段在十分钟内 变为双向通行的单车道路段。借助检测、监控等手段 确认中间两条道内并无车辆行驶之后，手动或自动发 出操控指令，使得可变护栏左移。此时，该路段变行 车道为右 3 左 1，进口道处变为右 4 左 1。潮汐式信号灯: 在该交叉口入口处的排队车道 后方，离停车线适当的距离，设置潮汐式信号灯。该 信号灯可以较好地解决北京西路与宁海路交叉路口的 交通延误问题，明显地提高了路口的通行量。此外，还可利用北京西路现有显示牌提示可变车 道的转换时机。行驶时，将可变护栏左移或右移，转换车道行车方向。全过程可采用视频监控系统进行监控。( 4)可变车道与公交停靠站相互影响分析主要考察所选交叉口向东路段上的公交停靠站对可变车道设置的影响。由实地调查，北京西路该路段 上的公交停靠站为直线型停靠站，停靠站设置在两侧 分隔带上，公交车辆占用运行车道停靠，不专设港湾 停靠区，公交车流易于驶入、 驶出车站，行驶轨迹 顺畅。通过交通量调查，得到该路段晚高峰时期公交车 车流量占机动车流量的比例分别为 6. 64% 和 8. 48% 。 以交叉口向东北京西路路段为例，提出的可变车道设 置方案中，将左侧车道中的一条车道改为可变车道， 占用了出口道的通行能力，此时公交停靠容易堵塞其 他非停靠公交车的通行，形成路段的局部瓶颈。为解 决这一问题，考虑到该路段内非机动车需求较小，可 将公交车停靠位置由机动车道改为非机动车道，需停 靠的公交车提前转入非机动车道，以减小高峰时段内 对其他机动车的影响。( 3)与两端正常车道衔接转换时机的确定应根据北京西路上交通流量的变化确定可变车道 上行车方向的转换方案。通过对北京西路平峰时段的 路段流量进行观测，得到双向交通流的方向性系数分 别为: 向东行 0. 53，向西行 0. 46。此数值是符合正 常数量范围的，因此，平峰时段不需要在某一流向上 增加车道。由此，北京西路可变车道行车方向转换的图 1 早晚高峰交通量柱状图时间段设置方案可预设 为: 早 高 峰 时 段( 7: 00 10: 30) ，向东行 ( 进城方向) 4 条，向西行 ( 出城方向) 一条; 晚高峰时段 ( 17: 00 20: 00 ) ，向西行 ( 出城方向) 4 条，向东行 ( 进城方向) 1 条; 其他 时段，向西行 ( 出城方向) 3 条，向东行 ( 进城方 向) 2 条。方向转换时路段内车辆清空方法 北京西路可变车道的设计长度为 800 多 m，当车道行车方向即将改变时，首先要将路段内现有车辆清 空，具体方案可如下: 为了保证安全利用对向车道， 在每天出现单向流量高峰前十分钟，启亮可变车道两 端点外侧 350 400 m 处正常道路上的可变信息提示 板，提示车辆向外侧道路合流。同时，随着可变车道上方车道灯变为红色，通过 监控、检测等手段从起点处提示车道内的机动车离开 整个可变车道路段，实施清场，确认中间车道无车辆图 2 可变车道设置起点及过渡段可变车道控制方案设计4. 2( 1)检测器的布设由于所选交叉口观测监控设施有限，可在该交叉口北京西路进口道处布设一定数量的检测器，以确定 溢出车流流向。结合实际交叉口渠化现状，检测器布 设设计如下 ( 见图 3) :检测车流释放情况可将检测器埋设在停车线位置 ( 1 3 号检测器) ，检测各条车道流量情况; 检测渠386 2014 年 12 期( 总第 120 期)图 4 设置可变车道前晚高峰时期车道运行模拟图图 3 检测器布设图化左转车道的使用情况，需要在过渡段初始位置布设4 号检测器; 检测直行车道的占用情况需要在直行车 道渠化末端安装 5 号检测器; 在路段上要根据检测数 据来判断是哪种车辆产生溢出，因而需要检测器 6 7 号检测器，由于要检测到路段上各条车道的时间占 有率以及流量情况，所以埋设位置应该避免检测到车 流换道行为，因而需要检测器应距离渠化段有一定距 离，距离 L3 与车流换道所需距离有关。( 2) 可变车道控制方法北京西路可应用可变车道控制系统实现可变车道 控制。保证可变车道功能的顺利转换是可变车道控制 系统的关键。系统中央控制器统一管理可变车道的信 号灯，按照设定方案的时间规定定时触发，确保不出 现冲突的信号; 在开启每个控制时段前 ( 通常提前 三分钟) ，对可变车道的目前方向与设定方向是否一 致做出判断，若两者一致，方向保持不变，反之则启动 转换程序。在车道变换方向的过程中，可通过人工或者 视频监控清道是否完成，保证可变车道车辆通行安全。4. 3 方案实施效果仿真模拟 在对现状道路几何条件、交通流量、交通组成和车辆特性调查的基础上，本文采用 VISSIM 5. 0 软件 对本文所提出的可变车道设置效果进行仿真，为可变车道方案实施提供测试和验证。由于评价交通运行效果的指标有很多，本文主要从出行者的角度出发，以 延误最小为约束来评价可变车道的交通运行效果。采用 VISSIM 仿真的运行模拟图分别如图 4、图 5 所示。从图中可以看出: 设置可变车道之后，进口道 的排队明显减少，且不会造成左转车的大量溢出，从 宏观上 来 看，交通运行效果较设置可变车道之前 要好。通过 VISSIM 仿真模拟，对设置可变车道后车辆 的延误及排队情况的评价，综合分析可以得出在交通图 5 设置可