高速公路與城市道路交叉口的智能交通管控改造研究

高速公路與城市道路交叉口的智能交通管控改造研究

石湖相連位于蘇州吳中區(qū)南部，是蘇州灣北工業(yè)園區(qū)和越溪地區(qū)快速進(jìn)入和退出的主要交通入口。近年來，石湖互聯(lián)接站的入口和出口流量顯著增加。2019年，64103輛，2020年達(dá)到751653輛。分析了蘇州周邊高速公路管理有限公司的運(yùn)營(yíng)報(bào)告。2020年，石湖互聯(lián)環(huán)路碼頭的平均等待時(shí)間為39.3秒，平均隊(duì)列車輛數(shù)量為3.4輛。車輛高峰（7:00至8:00）的平均等待時(shí)間達(dá)到116.2秒，平均隊(duì)列車輛數(shù)量達(dá)到15.3輛，列車延伸至城市道路。如圖1所示，車輛等待時(shí)間的概率分布情況如上所述。2020年，蘇州市民中心收到了石湖互聯(lián)環(huán)路碼頭26號(hào)的持續(xù)區(qū)域內(nèi)的擁堵投訴。應(yīng)急時(shí)間、隊(duì)列長(zhǎng)度和投訴數(shù)量均位于蘇州周邊高速公路管轄的24個(gè)跨境碼頭之一。因此，迫切需要解決石湖互通區(qū)域城市路網(wǎng)與高速路網(wǎng)的銜接問題，緩解內(nèi)環(huán)快速路交通壓力，完善城市綜合交通體系，滿足居民日趨增長(zhǎng)的出行需求，實(shí)現(xiàn)城市各組團(tuán)間的快速聯(lián)系，推動(dòng)中心城市空間合理布局和優(yōu)化發(fā)展本文研究石湖收費(fèi)站入口設(shè)置智能交通管控方案，加強(qiáng)連接線入口的流量管控，提高交通事故反應(yīng)和處理速度，提高交通服務(wù)質(zhì)量，全面提升交通管理能力，為公眾出行提供便利和良好的服務(wù).1擁堵原因1.1交通設(shè)施所提供的交通不交通擁堵是指在某一特定的時(shí)間范圍內(nèi)和一定的空間區(qū)域內(nèi)，交通需求超出交通容量或運(yùn)力供給時(shí)，超過部分滯留在道路上的交通現(xiàn)象.這種停滯現(xiàn)象的發(fā)生可能由交通設(shè)施所能提供的交通供給容量不足引起(如車道數(shù)較少)、可能由交通行為過程中的行為矛盾產(chǎn)生(如車輛交織)、也可能因各種突發(fā)事件以及天氣等的影響而產(chǎn)生.1.2頭下通信口通道交通流量不足石湖互通入口連接線的擁堵是典型的常發(fā)性擁堵，是由于交通流量突然增大、超出道路設(shè)施正常容量所引起的，擁堵情況相對(duì)穩(wěn)定，且有規(guī)律可預(yù)測(cè).石湖互通入口連接線的車輛分別由西環(huán)高架吳中方向、蘇州方向與地面道路蘇州駛來，這3條匝道在連接線起點(diǎn)相匯聚(詳見圖2),使車流產(chǎn)生無(wú)序交織.另外，數(shù)據(jù)顯示，石湖互通連接線入口方向的年高峰小時(shí)流量為3030輛/h(出現(xiàn)在2020年3月20日7:00至8:00,詳見圖3),貨車比例高達(dá)24%,遠(yuǎn)超收費(fèi)站最大服務(wù)能力.且由于互通連接線較短(僅為200m),其蓄車能力不足，車輛排隊(duì)至城市道路的下匝道口.當(dāng)超限車輛需掉頭駛離時(shí)會(huì)進(jìn)一步加劇擁堵.2交織區(qū)的管控為使連接線上車輛交織行為合理有序，提高連接線整體通行效率，必須通過有效手段來調(diào)控連接線車輛運(yùn)行.為此，國(guó)內(nèi)外相關(guān)從業(yè)者做了大量研究與試點(diǎn).從措施來看，對(duì)交織區(qū)的管控可分為靜態(tài)管控和動(dòng)態(tài)管控，靜態(tài)管控大都是在連接線設(shè)置標(biāo)志標(biāo)線，動(dòng)態(tài)管控則根據(jù)交通流參數(shù)決定對(duì)應(yīng)的控制措施，主要分為匝道管控與主線管控2.1單匝道控制策略匝道管控分為單匝道管控與多匝道管控.單匝道管控主要通過占有率管控、需求與容量管控、可接受間隙管控和ALINEA算法管控等實(shí)現(xiàn)車輛有序交織2.2訴訟服務(wù)及設(shè)備總可控制法常用的主線控制方法有全線統(tǒng)一限速法、局部限速法、分車道/車型限速法、可變限速法等.其中可變限速系統(tǒng)根據(jù)道路實(shí)時(shí)交通狀況及環(huán)境等因素動(dòng)態(tài)調(diào)整信息板上的限速值，實(shí)現(xiàn)車流安全﹑高效、平穩(wěn)行駛，可優(yōu)化車輛出行時(shí)間、提升出行效率、減少交通事故率3匝道統(tǒng)計(jì)控制—設(shè)計(jì)方案石湖互通連接線3個(gè)方向的車流交織導(dǎo)致連接線通行能力下降.采用連接線入口匝道控制直接對(duì)入口匝道的交通量進(jìn)行調(diào)節(jié)，對(duì)連接線交織區(qū)部分的交織行為進(jìn)行ALINEA算法控制，能夠有效提高交織區(qū)的通行效率.這種控制方法是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的局部匝道控制方法，通過控制匝道調(diào)解率，維持主線下游占有率處于期望值附近，同時(shí)配合標(biāo)志與地面標(biāo)線等，達(dá)到最大化交織區(qū)通行能力的目的3.1控制機(jī)防水層方案在3個(gè)方向合流交織的區(qū)域設(shè)置交通信號(hào)燈，通過控制間歇放行來調(diào)節(jié)交通流量.信號(hào)燈附著于現(xiàn)有燈桿上，在前端單獨(dú)設(shè)置1套交通信號(hào)控制機(jī).本文設(shè)計(jì)兩種備選方案：1)在入口3個(gè)匝道各設(shè)置一套信號(hào)燈附著于燈桿上，在3個(gè)匝道上設(shè)置兩級(jí)交通安全提示牌，并在地面施畫停車線及縱向減速標(biāo)線，詳見圖4;2)在入口3個(gè)匝道合流點(diǎn)設(shè)置交通安全標(biāo)志、信號(hào)燈組合式門架，將3個(gè)方向的車輛按4個(gè)車道固定方向行駛，信號(hào)燈分車道進(jìn)行控制.信號(hào)燈及交通安全標(biāo)志牌設(shè)置于組合式門架上，路面重新施畫停車線及縱向減速標(biāo)線，詳見圖5.3.2信號(hào)配時(shí)方案比選本項(xiàng)目信號(hào)燈主要為控制早高峰時(shí)段交通秩序，通過信號(hào)燈控制3條匝道行駛車輛有序通過，并根據(jù)各條匝道交通量大小、匝道長(zhǎng)度等合理設(shè)置信號(hào)燈配時(shí)，盡量避免車輛交織和排隊(duì)積壓的情況，信號(hào)燈配時(shí)方案如圖6所示.信號(hào)燈循環(huán)周期為90s,Signalgroup1設(shè)置于高架吳中至石湖匝道，Signalgroup2設(shè)置于地面蘇州至石湖匝道，Signalgroup3設(shè)置于高架蘇州至石湖匝道.此信號(hào)燈配時(shí)方案僅在工作日7∶00～9∶00使用，其余時(shí)間信號(hào)燈均為黃閃，發(fā)揮警示作用.此外，項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)期擬在城市道路設(shè)置交通量檢測(cè)設(shè)備，交通時(shí)序可由現(xiàn)場(chǎng)交通量變化進(jìn)行調(diào)整.3.3u2009石湖立交互聯(lián)互通仿真采用VISSIM平臺(tái)，仿真場(chǎng)景選取每日車輛最高峰時(shí)段7∶00～8∶00.高架吳中至石湖匝道、地面蘇州至石湖匝道、高架蘇州至石湖匝道交通量分別設(shè)置為1230、1080、690輛自然車/h(2020年第30小時(shí)交通量).小客車、貨車與大客車的車型比例為0.61∶0.24∶0.15,車輛到達(dá)強(qiáng)度模型設(shè)置為泊松分布，仿真精度設(shè)置為10.根據(jù)交通流理論，車輛到達(dá)的時(shí)間間隔受某一特定區(qū)間的車頭時(shí)距影響，其交通流的主要特性為：1)在一定時(shí)間間隔，收費(fèi)站到達(dá)的車輛數(shù)量的分布是離散的；2)某個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)的車輛到達(dá)頻率不受上一個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)車輛到達(dá)頻率的影響.車輛通過信號(hào)燈駛?cè)脒B接線后減速并觀察各收費(fèi)車道的排隊(duì)長(zhǎng)度，選擇并駛?cè)隕TC或E/MTC收費(fèi)車道.ETC車輛通過ETC車道時(shí)，以服從正態(tài)分布仿真運(yùn)行圖如圖7至圖9所示.從仿真模型運(yùn)行圖中可以明顯看出，通過信號(hào)燈對(duì)入口匝道交通量進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以有效緩解連接線的交通擁堵.各方案仿真運(yùn)行結(jié)果如表1所示.兩種方案均能在一定程度減輕連接線的排隊(duì)情況，且對(duì)石湖立交主線的擁堵也有一定的緩解作用.與方案2相比，方案1減少了對(duì)車輛合流區(qū)域的占用，使車輛有更多的空間與時(shí)間用于變道，且信號(hào)燈設(shè)置的位置視角較好，易于觀察.根據(jù)仿真運(yùn)行結(jié)果可知，方案1連接線上的平均排隊(duì)長(zhǎng)度比方案2縮短了53m,車輛平均等待時(shí)間減少6.7s;雖然匝道上排隊(duì)車輛較多但對(duì)主線影響較小.方案1能較好緩解連接線上車輛排隊(duì)的情況，減輕交通管理的壓力.經(jīng)與交通管理部門討論，最終采用方案1為實(shí)施方案.4智能交通管控改造本