高速公路与城市道路交叉口的智能交通管控改造研究

高速公路与城市道路交叉口的智能交通管控改造研究

石湖相连位于苏州吴中区南部，是苏州湾北工业园区和越溪地区快速进入和退出的主要交通入口。近年来，石湖互联接站的入口和出口流量显著增加。2019年，64103辆，2020年达到751653辆。分析了苏州周边高速公路管理有限公司的运营报告。2020年，石湖互联环路码头的平均等待时间为39.3秒，平均队列车辆数量为3.4辆。车辆高峰（7:00至8:00）的平均等待时间达到116.2秒，平均队列车辆数量达到15.3辆，列车延伸至城市道路。如图1所示，车辆等待时间的概率分布情况如上所述。2020年，苏州市民中心收到了石湖互联环路码头26号的持续区域内的拥堵投诉。应急时间、队列长度和投诉数量均位于苏州周边高速公路管辖的24个跨境码头之一。因此，迫切需要解决石湖互通区域城市路网与高速路网的衔接问题，缓解内环快速路交通压力，完善城市综合交通体系，满足居民日趋增长的出行需求，实现城市各组团间的快速联系，推动中心城市空间合理布局和优化发展本文研究石湖收费站入口设置智能交通管控方案，加强连接线入口的流量管控，提高交通事故反应和处理速度，提高交通服务质量，全面提升交通管理能力，为公众出行提供便利和良好的服务.1拥堵原因1.1交通设施所提供的交通不交通拥堵是指在某一特定的时间范围内和一定的空间区域内，交通需求超出交通容量或运力供给时，超过部分滞留在道路上的交通现象.这种停滞现象的发生可能由交通设施所能提供的交通供给容量不足引起(如车道数较少)、可能由交通行为过程中的行为矛盾产生(如车辆交织)、也可能因各种突发事件以及天气等的影响而产生.1.2头下通信口通道交通流量不足石湖互通入口连接线的拥堵是典型的常发性拥堵，是由于交通流量突然增大、超出道路设施正常容量所引起的，拥堵情况相对稳定，且有规律可预测.石湖互通入口连接线的车辆分别由西环高架吴中方向、苏州方向与地面道路苏州驶来，这3条匝道在连接线起点相汇聚(详见图2),使车流产生无序交织.另外，数据显示，石湖互通连接线入口方向的年高峰小时流量为3030辆/h(出现在2020年3月20日7:00至8:00,详见图3),货车比例高达24%,远超收费站最大服务能力.且由于互通连接线较短(仅为200m),其蓄车能力不足，车辆排队至城市道路的下匝道口.当超限车辆需掉头驶离时会进一步加剧拥堵.2交织区的管控为使连接线上车辆交织行为合理有序，提高连接线整体通行效率，必须通过有效手段来调控连接线车辆运行.为此，国内外相关从业者做了大量研究与试点.从措施来看，对交织区的管控可分为静态管控和动态管控，静态管控大都是在连接线设置标志标线，动态管控则根据交通流参数决定对应的控制措施，主要分为匝道管控与主线管控2.1单匝道控制策略匝道管控分为单匝道管控与多匝道管控.单匝道管控主要通过占有率管控、需求与容量管控、可接受间隙管控和ALINEA算法管控等实现车辆有序交织2.2诉讼服务及设备总可控制法常用的主线控制方法有全线统一限速法、局部限速法、分车道/车型限速法、可变限速法等.其中可变限速系统根据道路实时交通状况及环境等因素动态调整信息板上的限速值，实现车流安全﹑高效、平稳行驶，可优化车辆出行时间、提升出行效率、减少交通事故率3匝道统计控制—设计方案石湖互通连接线3个方向的车流交织导致连接线通行能力下降.采用连接线入口匝道控制直接对入口匝道的交通量进行调节，对连接线交织区部分的交织行为进行ALINEA算法控制，能够有效提高交织区的通行效率.这种控制方法是当前应用最为广泛的局部匝道控制方法，通过控制匝道调解率，维持主线下游占有率处于期望值附近，同时配合标志与地面标线等，达到最大化交织区通行能力的目的3.1控制机防水层方案在3个方向合流交织的区域设置交通信号灯，通过控制间歇放行来调节交通流量.信号灯附着于现有灯杆上，在前端单独设置1套交通信号控制机.本文设计两种备选方案：1)在入口3个匝道各设置一套信号灯附着于灯杆上，在3个匝道上设置两级交通安全提示牌，并在地面施画停车线及纵向减速标线，详见图4;2)在入口3个匝道合流点设置交通安全标志、信号灯组合式门架，将3个方向的车辆按4个车道固定方向行驶，信号灯分车道进行控制.信号灯及交通安全标志牌设置于组合式门架上，路面重新施画停车线及纵向减速标线，详见图5.3.2信号配时方案比选本项目信号灯主要为控制早高峰时段交通秩序，通过信号灯控制3条匝道行驶车辆有序通过，并根据各条匝道交通量大小、匝道长度等合理设置信号灯配时，尽量避免车辆交织和排队积压的情况，信号灯配时方案如图6所示.信号灯循环周期为90s,Signalgroup1设置于高架吴中至石湖匝道，Signalgroup2设置于地面苏州至石湖匝道，Signalgroup3设置于高架苏州至石湖匝道.此信号灯配时方案仅在工作日7∶00～9∶00使用，其余时间信号灯均为黄闪，发挥警示作用.此外，项目运营期拟在城市道路设置交通量检测设备，交通时序可由现场交通量变化进行调整.3.3u2009石湖立交互联互通仿真采用VISSIM平台，仿真场景选取每日车辆最高峰时段7∶00～8∶00.高架吴中至石湖匝道、地面苏州至石湖匝道、高架苏州至石湖匝道交通量分别设置为1230、1080、690辆自然车/h(2020年第30小时交通量).小客车、货车与大客车的车型比例为0.61∶0.24∶0.15,车辆到达强度模型设置为泊松分布，仿真精度设置为10.根据交通流理论，车辆到达的时间间隔受某一特定区间的车头时距影响，其交通流的主要特性为：1)在一定时间间隔，收费站到达的车辆数量的分布是离散的；2)某个时间间隔内的车辆到达频率不受上一个时间间隔内车辆到达频率的影响.车辆通过信号灯驶入连接线后减速并观察各收费车道的排队长度，选择并驶入ETC或E/MTC收费车道.ETC车辆通过ETC车道时，以服从正态分布仿真运行图如图7至图9所示.从仿真模型运行图中可以明显看出，通过信号灯对入口匝道交通量进行调节，可以有效缓解连接线的交通拥堵.各方案仿真运行结果如表1所示.两种方案均能在一定程度减轻连接线的排队情况，且对石湖立交主线的拥堵也有一定的缓解作用.与方案2相比，方案1减少了对车辆合流区域的占用，使车辆有更多的空间与时间用于变道，且信号灯设置的位置视角较好，易于观察.根据仿真运行结果可知，方案1连接线上的平均排队长度比方案2缩短了53m,车辆平均等待时间减少6.7s;虽然匝道上排队车辆较多但对主线影响较小.方案1能较好缓解连接线上车辆排队的情况，减轻交通管理的压力.经与交通管理部门讨论，最终采用方案1为实施方案.4智能交通管控改造本