基于hkm的北京市交叉口渠化设计及仿真分析

基于hkm的北京市交叉口渠化设计及仿真分析

1问题提出及对策2009年底，北京汽车产量达到401.9万辆，比上年增长14.7%。城市快速公共交通的趋势意味着汽车交通需求的快速扩张与城市资源的承担力量之间存在矛盾。作为城市路网的重要节点，平均门速是主要道路节点，直接影响道路的运营能力和服务质量。如果存在问题，显著降低拥堵速度，严重影响通行能力。因此，对缓解拥堵具有重要的实际意义。城市道路交通拥挤很大程度上是由于平面交叉口通行能力不足造成的.区域路网建设基本成熟,交叉口布局也已基本定型.交叉口渠化作为交通组织优化的重要方法,其所具有的设计投资少、见效快,对于提高道路网运输效率具有明显效果等特点,对于最大限度地挖掘交叉口本身固有的能力以缓解拥堵具有重要的意义.通过实地调查发现,交叉口范围内交通对象的行为特性较为复杂,由于不同方向交通流对时空资源的争夺,交叉口的拥堵会使整个路网的畅通性受到严重影响.针对上述普遍存在的现象,本文阐述平面交叉口典型渠化问题及措施,结合北京市东三—四环之间的朝阳路—西大望路交叉口的调研数据,基于交叉口渠化理论及冲突点分析法,提出改善措施,并利用VISSIM仿真软件对比分析了改善前后的交通运行参数指标,旨在评价交叉口渠化措施前后交通运行状况改善程度.2渠化道路交通拥堵成因分析项目组在2003-2009年北京市交通拥堵调研和缓解措施研究中,从平面交叉口渠化设计角度出发,结合平面交叉口设计方法及《城市道路设计规范》,分别从交叉口几何设计和交通组织角度总结出3类拥堵成因,分别为渠化车道与路段车道功能不匹配、交叉口专左车道渠化不合理和右转车流组织不合理.2.1交通流运行空间与车道设置不匹配从道路交通流整体情况分析,高峰期内,四环以内大部分快速路和主干道已接近饱和状态,路段车流的密集和拥堵给平面交叉口带来了巨大压力.从平面交叉口设施角度考虑,该矛盾主要集中在平面交叉口受空间或地形限制和车道设置与路段功能不匹配2方面:(1)平面交叉口空间不足,车道数缩减或车道宽度不满足要求.车道数在交叉口处缩减,或是车道宽度小于道路设计规范中的最小值,造成车辆在交叉口上游附近交织频繁,造成交叉口拥堵.(2)车道数量不满足车流需求,交叉口进出口间车道数不匹配.车流量大的交叉口,车道数量的设置时常不能满足车辆的空间需求,车道数量相对较少,大量车流在车道上的排队情况较为严重;此外,交叉口各方向进、出口车道数量不匹配也是造成交叉口拥堵的重要原因.2.2主要建筑物根据交叉口车流左转的方法,平面交叉口左转车道渠化不合理问题归纳为以下3方面:(1)左转半径不足或视距内存在障碍物.左转车辆的转弯半径不足或视距范围内存在障碍物会严重影响车辆通行效率,造成左转车辆通行不畅继而形成拥堵.(2)专左车道过短,车道渐变过于急促.专左车道过短时,车辆没有足够的空间从车流中分离;同时,也使左转车辆驾驶员无足够的时间减速,以寻找可插间隙驶入专左车道,不利于交叉口的顺利清空,导致拥堵.(3)设有专左车道的交叉口,缺少左转待转区.缺少左转待转区导致左转车辆在专左车道排队过长,同时交叉口内部区域未被充分利用,一个信号周期内不能全部清空.2.3专右车道设置不合理北京市大多数信号交叉口右转机动车不受信号灯控制,为争夺路权,经常出现人车互不相让的情况,两者冲突严重,主要问题有以下2方面:(1)受地形条件限制,交叉口设置的专右车道过短,宽度不足.由于专右车道受地理条件或周边绿化带的影响,与直行车道间的渐变段过短,车辆换道过于急促,加之车道宽度小于3.25m,使得右转车辆无法及时换道驶入专右车道,专右车道能力浪费.(2)由于路面障碍物影响,专右车道转弯半径小,右转车辆行驶困难且易与非机动车产生干扰.专右车道设置于道路外侧、临近人行道的路段,当路段存在电线杆或路面条件不好时,会造成右转车辆转弯半径过小,车辆转弯过急与非机动车和行人产生干扰冲突.3典型的平坦交叉口措施3.1交叉口空间和车道功能的补充措施路口空间与车道功能匹配措施可通过路口拓宽、车道渠化、车道功能调整实现.(1)扩宽车道数量当交叉口整个进口道通行能力不能满足通过的交通量时,需对路口进行必要的修正拓宽.依据不同拓宽需要,路口拓宽措施分为以下3种情形:①与路段车道数匹配.平交路口车道数少于路段上车道数时,针对车流方向的不同,需通过拓宽路口增加进出口车道数量与连接路段相匹配,满足进、出口道车流通行需求.②提高进出口通行能力.当路口某方向的车流需求未得到满足,其他方向车流负荷又较大时,需拓宽路口增加该方向车道数以提高该路口通行能力,按照进出交叉口车流方向的不同,拓宽车道分为增加进、出口机动车道.③增加车道宽度.拓宽路口的另一个目的是增加车道宽度,主要是增加机动车道和非机动车道的宽度,而拓宽非机动车道较为常见.(2)减少4车道宽度和长度车道渠化措施依据渠化方向分为以下2方面:①渠化车道宽度.车辆通过交叉口时速度均较低,故可适当缩减车道宽度.在无法增加交叉口宽度的情况下,通常利用压缩车道、侧宽等渠化车道宽度的方式来增加车道数.②渠化车道长度.交叉口进口道数量一般多于上游路段,多出的渠化车道为专左或专右车道,若该渠化路段过短,则易导致路口车流排队时影响车辆分车道行驶;若渠化路段过长,则会造成进口通行能力的浪费.(3)功能静态或动态改变车道功能调整是在车道数量不变的前提下将原有车道功能静态或动态改变,一方面,它将交叉口空间资源重新分配,以提高交叉口空间利用率;另一方面,它是信号控制方案设计的前提,间接影响交叉口时间利用率.3.2在平交交叉口，特殊左转道路的渠化措施平交路口的左转车道渠化措施主要可分为以下3方面:(1)美国双车道专左车道方案除单向行驶的单车道道路和设计速度低于60km/h、交通量小于500veh/h且左转车比例小的双车道道路外,一般均应在交叉口进口设专左车道,其长度应根据路口交通量与左转车比例确定,一般取40-100m.(2)左转待转区在左转交通量较大且设置专用左转车道与专用信号显示时,需在交叉口内设置左转待转区,该区域起始端与进口道左转弯停车线对应,终止端与对向直行车通行区域对应以明确左转车在路口内的占用权与先行权,以路口空闲面积来换取机动车通过路口的绿灯时间,减少损失时间增加路口通行能力.(3)左后通道的配置在未设置左转专用相位的条件下且左转车流量较小时,可通过设置直左车道来完成左转车道渠化.3.3右转车行人信号设置平交路口右转车与行人干扰削弱措施通过将二者时间或空间分离来实现,主要可分为以下3方面:(1)右转机动车信号灯设置.在交叉口信号设置时,右转车运行一般不受信号灯控制,而当交叉口右转流量过大,长时间内连续通过交叉口导致行人没有通过间隙时,则需要设置右转机动车信号灯以保障行人过街的需求.(2)行人信号灯设置.增设行人信号灯可以降低红灯内进入交叉口的行人数量,从而降低右转车受到的干扰.(3)行人驻足区设置.行人驻足区的设置给行人提供了安全等待区域,减小其与右转机动车流的冲突面积.4案例分析：朝阳路-西望路交叉口交通组织优化方案的应用4.1交通流运行状况朝阳路—西大望路交叉口位于东三—四环之间.该交叉口向北经金台路通往朝阳北路,向南经西大望路通往建国路,东西向与朝阳路贯通.根据调研数据,以HCM2000计算分析流程为基础,朝阳路—西大望路交叉口各进口道的修正饱和流率、通行能力及v/c比如表1所示.从表1可知,朝阳路—西大望路交叉口东、西进口的直行车道的饱和度均超过1.00,专左车道的饱和度分别为0.93和0.74;南、北进口各车道的饱和度均较低.综上,朝阳路交通流具有明显的潮汐现象,早、晚高峰时段机动车流量大,各进口交通供需不平衡,主要存在以下问题:(1)东西方向交通流潮汐现象明显,早晚高峰时段东西向拥堵现象严重,且由于地铁6号线施工,致使大量机动车选择绕行朝阳北路及京津高速,造成晚高峰时段东、西进口交通流量大,其双向的直行车道饱和度均超过1.00,专左车道饱和度均接近0.90;又由于东口进出口道各有一根线杆占路,既影响了车道的通行能力又导致车辆行驶路线不畅,加剧了东西向的拥堵程度,如图1(a)所示.(2)高峰时段南进口的右转流量为所有流向中最大,其专右车道饱和度为0.57,但由于东出口距路肩6m处有1根线杆,完全挡住一条机动车道,致使右转车行驶路线不良,同时阻塞西进口直行车辆行驶,导致其安全性、通行能力及效率降低,如图1(b)所示.(3)高峰时段北进口的右转流量较大,占整个进口流量的34.1%,但由于北进口右转车转向路线处有1根电车线杆,致使右转车行驶路线不良,存在严重安全隐患,导致其通行能力及通行效率的降低,如图1(c)所示.4.2当前描述4.2.1快速车道及brt专用道朝阳路—西大望路交叉口为典型十字形平面信号交叉口,东西向的朝阳路为主干路,中央为双向4车道的快速车道及BRT专用道,两侧为辅路,主辅路之间以绿化带隔离,其中东、西进口均渠化为专左、直行及专右车道;南进口上游路段为金台路,进口渠化为专左、专右车道各1条及3条直行车道;北进口上游路段为西大望路,进口渠化为专左、专右车道各1条及3条直行车道.4.2.2东、西方货车组成朝阳路—西大望路交叉口机动车流主要由小汽车、公交车、大中型客运汽车及中小型货车组成.东、西方向的直行车流量大,占各自进口流量的59.4%和64.5%;南进口的右转车流量较大,占整个进口流量的71.2%,北进口的右转车流量较大,占整个进口流量的34.1%.具体数据如表2所示.4.2.3信号控制系统朝阳路—西大望路交叉口采用4相位定周期信号控制,周期时长为163s,黄灯时间为2s.相位及配时具体数据分别如图2所示.4.3优化北进口右转车辆行驶路线根据对该交叉口及周边设施的调研情况及存在问题的分析,建议将占路线杆移除;重新渠化东进口辅路车道,完善东出口的地面标志标线.具体措施如下:(1)向北挪移东进口占路电车线杆1根,至人行步道距路肩0.5m处,并重新渠化其辅路车道功能,将原来由于线杆占路而阻塞的车道渠化为直右车道.(2)向北挪移东出口距路肩6m处线杆1根,至人行步道距路肩0.5m处,优化西进口的直行车辆和南进口的右转车辆的行驶路线.(3)向南挪移北进口右转车转向路线处电车线杆1根,至人行步道距路肩0.5m处,优化北进口右转车辆的行驶路线.4.4vissim仿真关键交叉口是城市相交道路上不同方向交通流选择和变换运行方向的场所,是混合交通流的主要集散点,其交通组织优化是缓解大城市交通拥堵问题的关键所在.本文利用VISSIM软件,主要从交叉口及进口道的服务水平、饱和度、排队长度、车辆延误4个方面对交叉口进行仿真评价.4.4.1进口道断面交通量与比方校核为了保证仿真系统的有效性,选取朝阳路—西大望路交叉口4个进口道的断面交通量为指标进行仿真系统有效性校核.经计算,朝阳路—西大望路东、南、西、北4个进口道断面交通量的相对校核误差为15.60%,5.67%,10.64%,3.03%,误差相对较小,因此认为仿真系统在误差允许范围内可以用来对该交叉口进行仿真.4.4.2道路交通运行状况对单点交叉口而言,交叉口及各进口道的服务水平、排队长度和车辆延误是反映该交叉口交通运行状况最基本的3项指标,可以最直观地说明交叉口拥堵程度.(1)车辆平均延迟从图3可以看出,交叉口车辆平均停车延误由现状的44.7s降低为38.9s.东、南进口的车辆平均延误均降低,分别由现状的68.2s及25.7s降低为47.5s及22.1s;西、北进口的车辆平均延误均增加,分别由现状的42.8s及42.7s增加为55.5s及47.7s.(2)平均停车次数从图4可以看出,交叉口车辆平均停车次数由现状的1.24增加为1.38.东、南进口的车辆平均停车次数均降低,分别由现状的1.84及0.94降低为0.83及0.80;西、北进口的车辆平均延误均增加,分别由现状的1.20及0.78增加为3.41及0.79.(3)南、北进口直行车道从图5可以看出,东进口直行及专左车道的平均排队长度由现状的80.9m及47.4m减少为24.9m及47.1m;南进口直行及专左车道的平均排队长度由现状的8.2m及10.1m减少为7.7m及9.2m;西进口直行车道由现状的40.8m增加为54.8m,专左车道由13.1m减少为10.3m;北进口直行及专左车道由现状的7.7m及21.7m增加为8.5m及27.1m.(4)e、北口e级,西、北进口的服务水平由e级上升到d级,提供了保证从表3可以看出,实施东、北口的交通工程措施后,该交叉口的东进口服务水平由F级提高到D级,南进口服务水平由D级提高到C级,西、北进口的服务水平维持E级水平不变.整个交叉口的延误由44.7s改善为38.9s,服务水平由E级提高到D级.综上分析,朝阳路—西大望路交叉口平均停车延误由44.7s降低为38.9s,平均停车次数由1.24增加为1.38,服务水平由E级提高到D级,交叉口的运行指标基本得到改善,提高了其通行能力,降低了停车延误及各车道组排队长度.5改善方案仿真分析改善城市道路网络中交叉口交通运行环境,提高其通行能力及效率,有利于在一定程度上缓解城市道路交通拥堵现状.本文以朝阳路—西大望路交叉口作为研究对象,针对现状存在的东西向交通潮汐现象严重,拥堵程度高等问题,根据调研,对问题进行分析,提出了改善方案,并用VISSIM仿真对比分析了改善前后的交通运行评价基本参数,得出如下结论:(1)降低了交叉口平均停