高速公路互通式立体交叉关键技术研究
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摘要
本文运用数学分析、概率论分析、计算机仿真等方法，分别对互通式立交匝道通行能力、互通式立交最小净距、互通式立交集散车道的设置条件、互通式立交安全性评价等方面进行了深入的研究，并得出相应的成果。本论文主要研究成果如下：
在深入分析互通式立交匝道车流运行特性的基础上，运用数学建模的方法，将单向单车道匝道分为基本路段、分流区、合流区三部分，分别建立通行能力模型，计算出不同设计速度下的通行能力，为《规范》对匝道通行能力的修订与增补提供了理论支撑，也为合理控制互通式立交规模提供基础。
以增设辅助车道的相邻互通式立交为研究对象，选择冲突率f作为交织区交通安全的评价指标，通过聚类分析将交织区的安全水平进行分级，采用模糊评价的方法将分级的安全水平进行量化，利用VISSIM技术对A类和B类交织区进行仿真，建立了影响交织区交通运行安全性的主要效率指标即冲突率与辅助车道长度的关系模型，确立了增设辅助车道的相邻互通式立交最小净距。
在详细分析影响集散车道设置条件的因素和车辆在交织区的运行特性的基础上，运用数学建模的方法，建立互通式立交车辆交织运行模型。并利用计算交织区服务水平的计算方法，在满足目标一定的服务水平条件下，反算交织区长度所能适应的最大转弯交通量，根据所得结果，利用VISSSIM交通仿真软件进行仿真，检验计算所得结果的正确性，确立了集散车道的设置条件，为《规范》的修订提供理论依据。
在详细分析研究影响互通式立体交叉安全因素的基础上，结合《规范》和《指南》，对互通式立交间距和形式、匝道及其出入口、辅助车道、变速车道长度、互通式立交范围的安全视距及交通沿线设施的布设进行了研究，确立了集散车道、辅助车道、变速车道、匝道视距、分流点视距、合流点视距及通视三角区安全设计措施评价方法和标准，并运用运行速度和设计速度的速差原理控制互通式立体交叉匝道线形设计。
Interchange ramp capacity, the minimum spacing of interchanges, distribution lane setconditions of Interchange, safety evaluation ofinterchange are researched by mathematicalanalysis, probability theory analysis, computer simulation in this paper, and the correspondingresults are obtained as follows:
Based on in-depth analysis of the operating characteristics of the interchange ramp intraffic, different type ramp adaptation capacity model are built by mathematical modelingmethod, and capacity to adapt to different types of ramp design speed are proposed, and thenthe theoretical support for the amendments and additions to ramp capacity in "specification"and the reasonable control of the interchange scale.
As the research object to the addition of auxiliary lanes adjacent interchange, selectingthe collision rate f as weaving area traffic safety evaluation, the security levels of interweaveare classified by cluster analysis, then the classification of safetylevel are quantified by thefuzzy evaluation method, weaving area of class A and class B are simulationed by theVISSIM technology, the main efficiency indicators relational model that impact intertwineddistrict traffic operations safety are biuilt between collision rate and the length of the auxiliarylane l, lane minimum spacing of additional auxiliary of adjacent interchanges are established.
According to the detailed analysis of the factors that affect the distribution lanes setconditions and vehicle the weaving area running characteristics, the interchange vehiclesintertwined run model are established by the use of mathematical modeling. And bycalculation methods of the weaving area service level, under the conditions of meeting acertain level of servicelevel, the maximum turning traffic adapting to weaving section lengthare calculated. And then according to the results obtained, using VISSSIM traffic simulationsoftware simulatesto test the correctness of the results.In the end, the set conditions ofdistribution lane are establishedto provide a theoretical basis for the revision ofthe"specification ".
Based on the detailed analysis of the factors of interchange security, combined the"specification" and "Guidings", the spacing and the form of the interchanges, ramp and itsentrance, auxiliary lanes, variable speed lane length, security-horizon of interchange rangeand transport facilities along the laid are researched. The valuation methods and standards ofcollector-distributor road, auxiliary lanes, variable speed lane, ramp-horizon, diversion pointline-of-sigh, confluence line-of-sight and the safety design measures of the pass triangle areaare established. Then the interchange ramp linear design is controled by the principle of speed difference between running speed and design speed.
在深入分析互通式立交匝道车流运行特性的基础上，运用数学建模的方法，将单向单车道匝道分为基本路段、分流区、合流区三部分，分别建立通行能力模型，计算出不同设计速度下的通行能力，为《规范》对匝道通行能力的修订与增补提供了理论支撑，也为合理控制互通式立交规模提供基础。
以增设辅助车道的相邻互通式立交为研究对象，选择冲突率f作为交织区交通安全的评价指标，通过聚类分析将交织区的安全水平进行分级，采用模糊评价的方法将分级的安全水平进行量化，利用VISSIM技术对A类和B类交织区进行仿真，建立了影响交织区交通运行安全性的主要效率指标即冲突率与辅助车道长度的关系模型，确立了增设辅助车道的相邻互通式立交最小净距。
在详细分析影响集散车道设置条件的因素和车辆在交织区的运行特性的基础上，运用数学建模的方法，建立互通式立交车辆交织运行模型。并利用计算交织区服务水平的计算方法，在满足目标一定的服务水平条件下，反算交织区长度所能适应的最大转弯交通量，根据所得结果，利用VISSSIM交通仿真软件进行仿真，检验计算所得结果的正确性，确立了集散车道的设置条件，为《规范》的修订提供理论依据。
在详细分析研究影响互通式立体交叉安全因素的基础上，结合《规范》和《指南》，对互通式立交间距和形式、匝道及其出入口、辅助车道、变速车道长度、互通式立交范围的安全视距及交通沿线设施的布设进行了研究，确立了集散车道、辅助车道、变速车道、匝道视距、分流点视距、合流点视距及通视三角区安全设计措施评价方法和标准，并运用运行速度和设计速度的速差原理控制互通式立体交叉匝道线形设计。
Interchange ramp capacity, the minimum spacing of interchanges, distribution lane setconditions of Interchange, safety evaluation ofinterchange are researched by mathematicalanalysis, probability theory analysis, computer simulation in this paper, and the correspondingresults are obtained as follows:
Based on in-depth analysis of the operating characteristics of the interchange ramp intraffic, different type ramp adaptation capacity model are built by mathematical modelingmethod, and capacity to adapt to different types of ramp design speed are proposed, and thenthe theoretical support for the amendments and additions to ramp capacity in "specification"and the reasonable control of the interchange scale.
As the research object to the addition of auxiliary lanes adjacent interchange, selectingthe collision rate f as weaving area traffic safety evaluation, the security levels of interweaveare classified by cluster analysis, then the classification of safetylevel are quantified by thefuzzy evaluation method, weaving area of class A and class B are simulationed by theVISSIM technology, the main efficiency indicators relational model that impact intertwineddistrict traffic operations safety are biuilt between collision rate and the length of the auxiliarylane l, lane minimum spacing of additional auxiliary of adjacent interchanges are established.
According to the detailed analysis of the factors that affect the distribution lanes setconditions and vehicle the weaving area running characteristics, the interchange vehiclesintertwined run model are established by the use of mathematical modeling. And bycalculation methods of the weaving area service level, under the conditions of meeting acertain level of servicelevel, the maximum turning traffic adapting to weaving section lengthare calculated. And then according to the results obtained, using VISSSIM traffic simulationsoftware simulatesto test the correctness of the results.In the end, the set conditions ofdistribution lane are establishedto provide a theoretical basis for the revision ofthe"specification ".
Based on the detailed analysis of the factors of interchange security, combined the"specification" and "Guidings", the spacing and the form of the interchanges, ramp and itsentrance, auxiliary lanes, variable speed lane length, security-horizon of interchange rangeand transport facilities along the laid are researched. The valuation methods and standards ofcollector-distributor road, auxiliary lanes, variable speed lane, ramp-horizon, diversion pointline-of-sigh, confluence line-of-sight and the safety design measures of the pass triangle areaare established. Then the interchange ramp linear design is controled by the principle of speed difference between running speed and design speed.
引文
[1]中华人民共和国交通部．JTG BO1-2003公路工程技术标准[S]．北京：人民交通出版社，2004
[2]中华人民共和国交通部行业标准．公路路线设计规范（JTG D20-2006）［S］．北京：人民交通出版社，2006
[3] Transportation Research Board. Freeway Capacity Manual2000[R]. TransportationResearch Board publications，2000
[4] L.A. Newman. Dunnett and G. Meis. Freeway Ramp Control: What It Can and CannotDo, Los Angeles: California Division of Highways.1969:25～46
[5] Sigrid Westphal. Capacity of Freeway Weaving Areas[R].Transportation Reasearch Board81th Annual Meeting Juanuary13-17,2002
[6] C.F.Daganzo. The Nature of Freeway Gridlock and How to Prevent It, Transportationand Traffic Theory. Proceedings of13rd International Symposium on Transportation andTraffic Theory. New York,1996:200～214
[7] SangGu Kim, Youngman Son. Development of New Merge Capacity Model and Effectsof Ramp Flow on the Merger Capacity. Proceedings of82nd TRB Annual Meeting.Washington, D.C.,2003:1～19
[8] Robert L, Bertini, Steven Hansen, Klaus Bogenberger. Empirical Analysis of TrafficSensor Data Surrounding a Bottleneck on a German Autobahn[J]. Submitted forPresentation and Publication to the84th Annual Meeting of the Transportation researchBoard. January2005.
[9]交通部工程管理司译制组译.日本高速公路设计要领[M].西安：陕西旅游出版社，1991
[10]American Association of State Freeway and Transportation Officials (AASHTO).APolicy on Geometric Design Of Freeway and Streets,Wshington.D.C，1994
[11]W.杜尔特著.联邦德国道路设计[M]．北京：人民交通出版社，1987
[12]英国公路与运输研究所(IHT).事故率降低与防治指标书[M].London，1980
[13]英国公路与运输研究所.Guideline For The Safety Audit of Highways[M]．London，1996
[14]AASHTO.考虑公路安全的公路设计与操作指南[M]．Washington D．C，1967
[15]AASHTO.道路安全的设计与操作指南[M]．Washington D．C，1991
[16]AASHTO.Highway safety design and operations guide[M].Washington D．C，1997
[17]美国联邦公路局（FHWA）．Interactive Highway Safety Design Model [M].WashingtonD．C，2000
[18]郭冠英,邹智军.高速道路匝道连接段通行能力的研究[J].华东公路.1998
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[20]覃煌，晏克非.高架道路上匝道通行能力理论模型研究[J].武汉交通科技大学学报.2000
[21]李文权，王炜，李铁柱等.高速公路加速车道上车辆的汇入特征分析[J].东南大学学报.2002
[22]李文权，王炜，周荣贵.高速公路合流区1车道车头时距分布特征[J].公路交通科技，2003
[23]李文权，王莉，王炜.高速公路上诸多合流区通行能力经验模型[J].交通运输工程学报.2004
[24]熊烈强，邵春福，王富等.出口匝道连接处通行能力分析计算模型[J].北京交通大学学报.2005
[25]王登梅，韦维，胡尧.混合车流下单车道道路通行能力分析[J].贵州大学学报，2010
[26]宇文慧，曾伟，王晓华.天津市快速路互通式立交分流区通行能力研究[J].城市道桥与防洪.2010
[27]撒元功，胡郁葱，徐建闽.高速公路动态交通流的神经网络模型[J].华南理工大学学报.2002
[28]贺玉龙，刘小明，任福田.城市快速路互通式立交的最小间距[J].北京工业大学学报，2001
[29]石小法，李文权，李铁柱，常玉林.高速公路互通式立交加速车道长度的设计方法[J].河南大学学报，2000
[30]李文权，王炜，邓卫，刘兆斌，周荣贵.高速公路加速车道上车辆的汇入模型[J].中国公路学报，2002
[31]李铁柱、李文权、周荣贵、石小法，赵春.高速公路加减速车道合流分流特征分析[J].公路交通科技，2001
[32]朱兆芳．城市快速路环线设计标准的研究[J]．城市道路与防洪，1998
[33]龙科军，杨晓光等．城市快速路匝道最小间距模型[J]．交通运输工程学报，2005
[34]裴玉龙，曹弋，薛长龙.交织区长度对车道变换的影响分析[A].第九次全国城市道路与交通工程学术会议论文集[C].2007
[35]张志清，徐有俊.城市菱形立交出入口主路交织长度的仿真研究[J]．交通与计算机，2008
[36]高霄．城市快速路交织区长度确定方法研究[J]．交通与运输，2005
[37]谢洪新，毛洪强，王华，陈荣生．高速公路集散车道设置原则和设计方法[J]．公路交通科技，2003
[38]彭余华，裴晓梅，王东，唐翠仁.互通式立交中集散车道的设置[J].西安建筑科技大学学报，2007
[39]中华人民共和国交通部行业标准．JTJ/TB05—2004公路项目安全性评价指南[S].北京：人民交通出版社，2005
[40]杨少伟.道路立体交叉规划与设计[M].北京：人民交通出版社，1999（重印2008.7）
[41]陈宽民，严宝杰.道路通行能力分析[M].北京：人民交通出版社，2003,10
[42]李硕，张样.高速公路主线流量对入口加速车道设计影响分析[J].中国公路学报，2000
[43]马海峰，王玮，李文权.高速公路流量与入口匝道流量间的相互关系[J].交通运输工程与信息学报，2003
[44]交通部公路科学研究所.公路通行能力手册[M].北京：人民交通出版社，2002
[45]韩宝睿，程建川，林丽.混合交通条件下的车道宽度对通行能力的影响[J].中外公路.2004，24（1）：100～104
[46]邱荣华.互通立交分流区交通流特性研究[D].南京：东南大学，2006,04
[47]张云颜，李文权.高速公路入口匝道通行能力模型研究[J].交通运输工程与信息学报.2004
[48]徐建闽，撒元功.高速公路入口匝道汇合控制下的道路通行能力[J].华南理工大学学报（自然科学版），2002
[49]王莉.高速公路入口匝道结合部通行能力研究[D].南京：东南大学硕士学位论文.2005,03
[50]罗霞.混合车流合流运行模式研究[J].西南交通大学学报,2000,35(1):36～39
[51]王殿海.交通流理论[M].北京：人民交通出版社，2002，8
[52]颜艳霞.分合流区与匝道通行能力协调分析[D].南京：东南大学硕士论文.2007,01
[53]李文权，张云颜，王莉.道路互通立交系统通行能力分析方法[M].北京：科学出版社，2009
[54]吴兵，杨佩昆.高速道路入口匝道通行能力研究[J].同济大学学报，199,27（4）：422-426
[55]GB5768-1999.道路交通标志和标线[S].北京：人民交通出版社，1999
[56]JTG D80-2006．高速公路交通工程及沿线设施设计通用规范[S]．北京：人民交通出版社，2006
[57]PTV Planug Transport Verkehr AG.VISSIM Version4.1Manual[M]． InnovativeTransportation Concepts.2005
[58]交通部公路科学研究所.公路通行能力手册[M].北京：人民交通出版社，2002
[59]周伟，罗石贵.路段交通事故多发点的冲突判定方法[J].中国公路学报，2000
[60]许源．立交交织区交通安全、效率与干预措施[D].武汉：武汉理工大学，2007
[61]杨少伟，王晓，冯玉荣等.基于交通冲突技术互通式立交最小净距研究[J].西南大学学报（自然科学版），2011,33（33）：133-138
[62]任福田等译．道路通行能力手册[M].北京：人民交通出版社，2007
[63]张起森、张亚平.道路通行能力分析[D].北京：人民交通出版社，2002
[64]郭忠印，方守恩.道路安全工程[D].北京：人民交通出版社，2003
[65]苏巴布可夫.道路条件与交通安全[M].上海:同济大学出版社，1990.1
[66]李元军．浅谈影响互通式立交安全性的设计因素[J]．山西交通科技，2009
[67]Nicholas J．Garber&Ravi Gadiraju．Factors affecting speed variance and its influence onaccidents．Transportation Research Record1123
[68]胡建荣，许刚，姚国宏．互通式立体交叉匝道纵面设计问题探讨[J]．交通科技．2007，
[69]肖勇.互通式立体交叉安全性分析[J].浙江大学.2008
[70]周玉楠．互通式立体交叉安全设计[J]．东南大学，2007
[71]陈胜营，汪亚干，张剑飞.公路设计指南[M].北京：人民交通出版社，2000
[72]黄陕东．互通式立交端部设计问题的探讨[J]．山西建筑．2007，33
[73]李嘉，方霞．高速公路出入口设计与安全性研究[J]．中南公路．2003，
[74]苏世毅．基于运行速度设计方法的互通式立交出口匝道设计[J]．北方交通．2010
[75]侯涛．基于运行速度的干线公路安全性评价方法研究[J]．重庆交通大学，2009
[76]陈泰忠．互通式立交分流点曲率半径的设计探讨[J]．中外公路．2004
[77]翟艺阳．公路视距安全评价技术研究[D]．长安大学，2008
[78]王华，孙绿松．设计阶段互通式立交安全性评价中若干问题探讨[J]．2009
[79]王伯惠.道路立交工程[M].北京：人民交通出版社.200,5
[80]王志彪.VISSIM交通仿真适用性研究[D].北京：北京工业大学，2006
[81]史静.互通式立交最小安全警戒及变速车道长度研究[D].西安：西安：长安大学硕士学位论文.2011
[2]中华人民共和国交通部行业标准．公路路线设计规范（JTG D20-2006）［S］．北京：人民交通出版社，2006
[3] Transportation Research Board. Freeway Capacity Manual2000[R]. TransportationResearch Board publications，2000
[4] L.A. Newman. Dunnett and G. Meis. Freeway Ramp Control: What It Can and CannotDo, Los Angeles: California Division of Highways.1969:25～46
[5] Sigrid Westphal. Capacity of Freeway Weaving Areas[R].Transportation Reasearch Board81th Annual Meeting Juanuary13-17,2002
[6] C.F.Daganzo. The Nature of Freeway Gridlock and How to Prevent It, Transportationand Traffic Theory. Proceedings of13rd International Symposium on Transportation andTraffic Theory. New York,1996:200～214
[7] SangGu Kim, Youngman Son. Development of New Merge Capacity Model and Effectsof Ramp Flow on the Merger Capacity. Proceedings of82nd TRB Annual Meeting.Washington, D.C.,2003:1～19
[8] Robert L, Bertini, Steven Hansen, Klaus Bogenberger. Empirical Analysis of TrafficSensor Data Surrounding a Bottleneck on a German Autobahn[J]. Submitted forPresentation and Publication to the84th Annual Meeting of the Transportation researchBoard. January2005.
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[21]李文权，王炜，李铁柱等.高速公路加速车道上车辆的汇入特征分析[J].东南大学学报.2002
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[26]宇文慧，曾伟，王晓华.天津市快速路互通式立交分流区通行能力研究[J].城市道桥与防洪.2010
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[29]石小法，李文权，李铁柱，常玉林.高速公路互通式立交加速车道长度的设计方法[J].河南大学学报，2000
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[36]高霄．城市快速路交织区长度确定方法研究[J]．交通与运输，2005
[37]谢洪新，毛洪强，王华，陈荣生．高速公路集散车道设置原则和设计方法[J]．公路交通科技，2003
[38]彭余华，裴晓梅，王东，唐翠仁.互通式立交中集散车道的设置[J].西安建筑科技大学学报，2007
[39]中华人民共和国交通部行业标准．JTJ/TB05—2004公路项目安全性评价指南[S].北京：人民交通出版社，2005
[40]杨少伟.道路立体交叉规划与设计[M].北京：人民交通出版社，1999（重印2008.7）
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[52]颜艳霞.分合流区与匝道通行能力协调分析[D].南京：东南大学硕士论文.2007,01
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[54]吴兵，杨佩昆.高速道路入口匝道通行能力研究[J].同济大学学报，199,27（4）：422-426
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[56]JTG D80-2006．高速公路交通工程及沿线设施设计通用规范[S]．北京：人民交通出版社，2006
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[66]李元军．浅谈影响互通式立交安全性的设计因素[J]．山西交通科技，2009
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[68]胡建荣，许刚，姚国宏．互通式立体交叉匝道纵面设计问题探讨[J]．交通科技．2007，
[69]肖勇.互通式立体交叉安全性分析[J].浙江大学.2008
[70]周玉楠．互通式立体交叉安全设计[J]．东南大学，2007
[71]陈胜营，汪亚干，张剑飞.公路设计指南[M].北京：人民交通出版社，2000
[72]黄陕东．互通式立交端部设计问题的探讨[J]．山西建筑．2007，33
[73]李嘉，方霞．高速公路出入口设计与安全性研究[J]．中南公路．2003，
[74]苏世毅．基于运行速度设计方法的互通式立交出口匝道设计[J]．北方交通．2010
[75]侯涛．基于运行速度的干线公路安全性评价方法研究[J]．重庆交通大学，2009
[76]陈泰忠．互通式立交分流点曲率半径的设计探讨[J]．中外公路．2004
[77]翟艺阳．公路视距安全评价技术研究[D]．长安大学，2008
[78]王华，孙绿松．设计阶段互通式立交安全性评价中若干问题探讨[J]．2009
[79]王伯惠.道路立交工程[M].北京：人民交通出版社.200,5
[80]王志彪.VISSIM交通仿真适用性研究[D].北京：北京工业大学，2006
[81]史静.互通式立交最小安全警戒及变速车道长度研究[D].西安：西安：长安大学硕士学位论文.2011
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