[科普中国]-交织区

简介

交织区的长度：交织区的长度是从会合三角区上一点，即从车道右边缘至入口车道左边缘的距离为0.6m的那一点，至分离三角区车道右边缘至出口车道最边缘距离3.7m那一点的距离。1

基于交通冲突技术的交织区交通安全评价为了分析城市快速路多个交织区之间的相对交通安全状况，及比选同一个交织区的多个设计方案，建立基于交通冲突技术的交织区交通安全评价方法。交织区交通冲突率越高，其服务水平往往越低； 交织区的交通冲突率有随交织区交通量增加而增加，随交织区长度、交织区车道数的增加而降低的趋势。2

对交织区的分析，一般采用《美国道路通行能力手册》的方法。这一方法建立在大量实测数据回归统计的基础上，主要考虑了交通设施的通行能力和服务水平。鉴于短间距互通立交之间的交织区往往是事故高发路段，因此还有必要从交通安全度对交织区进行分析和评价。2

基于交通冲突技术的交织区交通安全评价方法在新建或改建道路之前，无法通过直接观测获得未来的交通冲突数据，而交通仿真则为交通安全评价提供了另一个研究思路。微观交通仿真能够模拟出交通设施的交通运营状况，为基于交通冲突技术评价交通设施的交通安全提供了可能。以交织区交通冲突数与交织区交通量、交织区长度的比值作为主要评价指标。2

1） 微观交通仿真

VISSIM 是一款基于时间与驾驶行为的微观仿真软件，可用于模拟和评价城市交通的运行状况。它可以分析各种交通条件下，如车道设置、交通构成、交通信号、公交站点等，城市交通和公共交通的运行状况，是评价交通工程设计和城市规划方案的有力工具。2

通过分析车辆运行的轨迹数据，能够获得仿真过程中“发生”的交通冲突情况，进而对交通设施的交通安全状况做出评价。此外，为了降低仿真软件随机性对交通冲突分析结果的影响，应采用不同的随机种子进行多次仿真。

2） 交通冲突分析

基于微观交通仿真输出的车辆轨迹文件，进一步对仿真过程中车辆间的交通冲突进行分析。运用交通安全评价软件 SSAM 对车辆轨迹文件进行处理，可以得到交通冲突次数及交通冲突严重程度。

距离碰撞时间是指在一次交通冲突中所观测到的距离碰撞发生前的最短时间，该值以 2 车当前的位置、速度和未来的轨迹为基础进行测算。后侵占时间是指在一次交通冲突中第 1 辆车最后占用某个位置的时刻到第 2 辆车在随后到达相同位置的时刻之间的时间差。2

3）交通安全评价

通过 SSAM 可以得到交织区交通冲突数及交通冲突类型，要进一步比较不同交织区的交通安全状况，还需要建立一个科学的评价指标。考虑到交织区中车辆要在一定的长度内完成交织操作，交织区的交通冲突数与交织区长度有着密切关系。此外，交织区交通量大小也显著影响着交织区的交通运行状况。2

交通冲突的敏感性分析为提出交织区交通安全的改善方案，以 2 号交织区为例，分析交织区交通冲突随交通量、交织区长度、交织区车道数的变化情况。2

1 交通量

为了解交通量变化对交织区交通冲突的影响，将交通量降低为原交通量的 40% 和 70% ( 即交通量分别为 2 311 pcu /h 和 4 044 pcu /h) 进行交通冲突分析。对于特定的交织区而言，随着交织区交通量的增大，交通冲突率明显具有增大的趋势。随着社会的不断发展，道路上的交通量也会逐年增加，因此，交织区的交通安全状况将会逐年变差。

2 交织区长度

交织区长度是交织区最为重要的参数之一，交织区的长短直接影响着交织区内交通流运行状况，并对于交织区内车辆能否安全地完成交织运行起着举足轻重的作用。2

3 车道数

交织区的车道数能粗略地代表交织区承担交通负荷的能力。2 号交织区主线为单向 4 车道，并设置了一个辅助车道，因此交织区共设置了 5 个车道。通过 VISSIM 仿真模拟该交织区设置 2 个辅助车道后的交通冲突情况。仅从交通冲突分析角度来看，增设一个辅助车道也能够明显改善该交织区的交通安全状况。2

道路交织区运行分析研究进展交织定义为行驶方向 大致相同的两股或多股车流，沿着相当长的路段，不借助于交通控制设施进行的交叉运行 。道路上，一个进口紧接着一个出口，或一个进口紧接着多个出口，或多个进口紧接着一个出口，或多个进口紧接着多个出口时，进出口之间的路段上多形成交织区。3

由于交织路段通行能 力低于基本路段的通行能力，是道路系统的瓶颈。所以交织区运行分析有助于降低或消除瓶颈影响，提高整个道路系统的通行能力和服务水平。研究道路交织区运行规律对于道路设计和道路交通管理工作都具有实际意义。3

《手册》 方法1 美国 HCM 中方法：

HCM -50 方法作为交织区的第一个分析方法，为交织区分析建立了基本概念和研究基础。对交织区和匝道连接点的分析方法效果并不理想，已不再用 。

HCM -65 中将交织区划分为简单交织区和多重交织区两类，多重交织区分析可借助于简单交织区的分析方法。而简单交织区可划分为单一目的的交织区和双目的的交织区。

HCM -85 和 HCM -94 修订版中交织区分析方法的显著改进在于考虑了设施构造型式对交通运行的影响，从而使得该方法中的运行分析公式的适用性和准确性都较 HCM -65 方法有了很大提高。3

2 印度尼西亚 《手册》 中的方法：

(1) 分析方法公式

印尼 《手册》 中，将各种具体形式的交织区归并为单一交织区和环形交叉口交织区两种型式。对单一交织区和环形交织口交织区，都分析其通行能力和饱和度指标 。除此之外，对单一交织区还可计算车辆运行速度和运行时间；对环形交叉口交织区计算行车延误和排队概率 。

(2) 公式的应用和限制条件

《手册》 指出，其中的方法可用于道路系统的规划、设计和管理工作中。但是，印尼 《手册》 方法也是在经验数据的基础上经分析得出的，所以，所有公式的应用范围不能超出经验数据的覆盖范围。3

3 德国 《手册》 中方法：

(1) 分析方法

德国 《手册》 中，将匝道入口也作为交织区分析的一部分。所以，交织区类型包括 E1/ E2 入口类型、V 型和 VR 型 3 种形式。并规定，E1/ E2 型入口最大允许的极限交通量为 2 000；V 型交织段的通行能力为 2 000；VR 型为 3 150。

(2) 方法限制条件

同以上所有经验方法一样，德国方法也以建立模型时的经验数据范围作为方法的应用范围。3

《手册》 外的其他方法可能性转移矩阵方法：

可能性转移矩阵方法是由 Worral 等研究者在分析设施构型对交织区交通运行的影响效果时采用的数学处理方法，是将交织区沿长度方向划分为若干个长度仅能供交织车辆进行一次车道变换的小区，并定义该小区上车辆进行车道变换的可能性，然后采用矩阵分析方法对其进行分析。3

已有交织区分析方法的特点分析国外关于交织区运行分析方法，可以得到以下一些结论 。

(1) 方法建立在大量实测数据的基础上

这是国外分析方法共同的特点。国外分析方法的公式多形式简单，公式系数的标定和公式形式的验证与修正 ，都是在大量实测数据的基础上进行的。

(2) 采用统计回归方法

从美国各分析方法先后被提出的顺序和各方法的特点可以看出，统计回归是最常用的研究方法，且多用线性回归模型。3

(3) 公式精确性和普适性不强

由于交织区运行特性的复杂性和随机性以及发展性，由于统计回归方法无法直接并系统地揭示交织区交通运行的内在机理，由于作为模型基础的实测数据的时效性，国外分析公式的一个通有的缺点在于公式的精确性和普适性不强。

(4) 交织区通行能力值的作用

在已有分析方法中，交织区通行能力值都是交织区交通运行分析的中介和手段。也就是说，交织运行分析方法的最终目的是用于交通分析和评价。3

通行能力特性分析交织区是道路交通系统的典型瓶颈，严重影响道路交通系统的运行效率。应用基于元胞自动机的交织区仿真模型，交织流量比和交织比这2个重要影响因素对交织区通行能力的影响，结果显示出匝道车辆对交织区通行能力的影响明显比入匝道车辆的影响严重。针对不同的主路车道数和交织区长度，利用仿真数据对交织区通行能力折减系数模型进行参数标定，得到较好的拟合效果。4

交织区通行能力分析由于实测数据的采集难度较大及驾驶员交织行为的不确定性，采用由元胞自动机模型仿真得到的关于交织流量比VR、入匝道车流交织比WR及交织区通行能力C的模拟数据，然后对A型交织区通行能力影响因素进行分析。由于各个车道的通行能力在一定范围内取值，并且入匝道和出匝道的设计通行能力小于主路，因此VR和WR的取值也受到限制。4

模型校验基于国外交织区的交通状况进行的参数标定。通过对元胞自动机模型的演化规则进行修改，使所建立的模型和仿真数据更符合国内交织区的实际情况。4

结论采用元胞自动机模型对A型交织区进行仿真模拟，分析了VR、WR对交织区通行能力的影响，结果表明出匝道车辆对交织区通行能力的影响明显比入匝道车辆的影响严重。利用 Rakha和 Zhang提出的交织区通行能力折减系数的模型对主路分别为2、3、4车道，交织区长度分别为90、150、300m的情况进行拟合，得到较高的拟合度。该折减系数模型可以用于交织区通行能力的分析。4