快速路连续互通立交交通流自组织机理与关联设计参数优化

The short-distance interchanges have been widely applied in the urban expressway. They show large number of traffic flow directions, frequent weaving behavior, complex traffic signs and induced information, thus it easily caused traffic jam, conflict and accident risk. Through research on traffic flow characteristics of urban expressway and real vehicle and simulation experiments of motor vehicle microscopic driving behavior, this study will explore the mechanism of microscopic traffic flow in interchange, reveal the deep correlation of macroscopic traffic flow characteristics and the motor vehicle microscopic driving behavior and construct traffic flow self-organizing model and congestion self-evacuation model, which can reflect temporal and spatial variation of expressway interchange and its associated impact area. Considering integrated effects of the characteristics of traffic flow, spatial feature of short-distance interchange and the traffic engineering facilities to traffic safety, this study will explore the formation mechanism of traffic conflict, and establish the risk assessment model of traffic accident in the expressway interchange and its associated impact area. On this basis, the calculation method of traffic capacity of expressway interchange will be constructed. Considering the aspects both of traffic safety and transportation efficiency, this study will put forward the optimization methods of the associated geometric parameters, dynamic design parameters and traffic engineering facilities parameters of short-distance interchange under space constraints. The study will provide scientific theory and method to support the planning and design of expressway.

近距离连续互通立交在大城市快速路系统中广泛存在，因其交通流向众多，车辆分合流与交织现象频繁，交通标志及诱导信息复杂，容易引起交通拥堵、冲突和事故风险。通过对快速路交通流特征的深入调查，以及机动车微观驾驶行为的实车与仿真实验，探索连续互通立交及其关联影响区微观交通流特征机理，揭示宏观交通流特征参数与车辆微观行为的深度联系，并构建能体现快速路连续互通立交及其关联影响区时空变化的交通流自组织模型和拥塞自疏散模型；考虑交通流运行特征、连续立交空间特征、交通工程设施设置对交通安全的综合效应，探究其交通冲突形成机理，建立快速路连续互通立交关联影响区交通事故风险评估模型；在此基础上，构建快速路连续互通立交系统通行能力计算方法，并从兼顾交通安全与运输效率的角度出发，提出空间受限条件下连续互通立交道路关联几何参数、动态设计参数以及交通工程设施参数的优化方法，以期为快速路系统规划设计提供科学的理论与方法支持。

快速路连续互通立交及其关联影响区对快速路交通系统的通行效率和安全性影响不可忽视，对快速路连续互通立交及其关联区域的交通流特征与演化、冲突机理、关联参数优化设计方法的研究则是制定相关规划设计建设规范的依据和关键所在。本项目通过开展对快速路典型连续互通立交环境下交通流特征的深入调查分析以及机动车微观行为的实验研究，探索连续互通立交及其关联影响区交通流特征变化的内在机理，构建连续互通立交复杂交通环境下的微观驾驶行为模型、宏观交通流自组织模型和拥塞自疏散模型、交通事故风险评估模型和通行能力计算方法，并从兼顾交通安全与运输效率的角度提出空间受限条件下连续互通立交道路关联几何参数、动态设计参数以及交通工程设施参数的优化方法，研究成果及主要内容如下：. 1）面对出入口繁多、交通流向复杂、服务范围极广的连续互通立交，研究了快速路连续互通立交交通流特征及自组织机理，考虑连续互通立交由于空间限制带来的通行能力影响以及由时间变化带来的交通需求影响，由此建立了微观和宏观交通流模型以及交通拥堵自组织模型，对解析快速路交通拥堵产生及消散的深层致因尤为重要。. 2）通过对快速路连续立交几何条件（汇入汇出匝道、加减速车道、交织区、立交间距等）、交通设施、交通组织要求和交通组成等各因素与交通安全之间的综合关系研究，精准构建了基于交通流演化与冲突机理的快速路连续互通立交关联影响区安全风险分析模型，并保障模型具有较好的时空移植性。. 3）针对快速路连续互通立交及其关联影响区，建立了综合体现其几何空间特征（立交间距、匝道位置等）、交通流特征（交织强度、车流分布等）等影响因素的动态关联设计参数分析模型，并在此基础上找寻连续互通立交动态和静态关联设计参数间的相互影响关系，基于交通安全与运输效率兼顾的策略，构建了快速路连续互通立交通行能力分析模型和互通立交间关联动静态设计参数优化模型与算法。. 研究成果的科学意义在于为快速路连续互通立交及其关联区域的交通规划设计与管理决策优化等提供了关键理论和方法支持。