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摘要: 随着社会经济的发展，高速公路上互通数量的增多，导致相邻互通或相邻出入口的间距较近，车辆行驶时存在行车交织，为评价交织区的服务水平，保证行车安全，本文讲述了交织区服务水平的分析方法。通过该方法的运用，可判断出高速公路交织区路段的服务水平，并采取相应的改进措施。
关键词:高速公路；交织区；构型；服务水平；分析
中图分类号：U412.36+6 文献标识码：A 文章编号：
1、引言
行驶方向相同的两股或多股交通流，沿着一定长的路段，不借助交通控制设施进行的交叉，定义为交织。当合流区后面紧跟着分流区，或当一条驶入匝道紧接着一条驶出匝道，并在二者之间有辅助车道连接时，就构成了交织区。在交织区内，由于驾驶员必须选择通向不同方向的车道，需要变换车道，因而交织区内的交通流有一定的紊乱，会不同程度的影响路段的通行能力或交通安全。高速公路需对交织区路段的服务水平进行分析，以确保通行能力及行车安全。
2、交织构型
对于交织区，根据每次交织所需变换车道次数确定交织区构造型式。交织区分为A、B和C三种交织构型，三种构型的服务水平计算方法一致，具体参数取值不同。三种交织构型定义如下：
⑴ A型——为完成交织运行，两个交织方向的所有车辆都必须进行一次变换车道；
⑵ B型—— 一个方向的交织车辆不需要变换车道即可完成交织运行，但另一方向的交织车辆，必须变换一次车道才能完成交织运行；
⑶ C型—— 一个方向的交织车辆不需要变換车道即可完成交织运行，而另一方向的交织车辆，必须两次或两次以上变换车道才能完成交织运行。
图1A型交织区图2B型交织区图3C型交织区
3、分析过程
（1）计算交通流率
交织区服务水平分析都是以高峰15分钟流率为依据，单位是辆小客车/小时（pcu/h）。因此，须使用以下公式将小时流量进行转换。
式中：v —— 一小时中高峰15分钟的流率（pcu/h）；V——小时流量（辆/h）；fHV——重型车修正系数；fp——驾驶员总体特征修正系数。
（2）计算交织强度
交织强度系数（Ww与Wnw）是度量交织行为对交织与非交织车辆平均速度的影响。该系数可用以下公式计算。
式中：Wi——交织车流（当i=w时）和非交织车流（当i=nw 时）的交织强度系数；VR——流量比；v ——交织区内总流率（pcu/h）；N——交织区内总车道数；L——交织区长度（m）；a,b,c,d——标定的常数，取值见下表。
表1 计算交织强度系数时的常量
（3）确定交织与非交织速度
交织区分析方法的核心内容就是预测交织区内交织车辆与非交织车辆的区间平均速度。由于在某些条件下，交织速度与非交织速度可能会差异很大，所以应该分别进行计算。用以下公式计算交织和非交织的平均速度：
式中：Si——平均交织速度（当i=w时）或平均非交织速度（当i=nw时）（km/h）；SFF——进入和离开交织区处高速公路基本路段的平均自由流速度（km/h）。
（4）确定运行类型
以上为事先假设交织为非约束型的运行进行车速计算，随后检验该假设，若结果是非约束型运行，则往下进行计算；结果是约束型运行，则需要重新计算交织区速度，这中间有一个判断循环的过程。运行类型的判断是通过比较以下两个变量的大小来确定给定交织区是约束型运行还是非约束型运行的。
Nw——达到均衡运行或非约束型运行时，交织车辆须占用的车道数；Nw (max)——对给定交织区型式，交织车辆可以占用的最多车道数。
由于交织车辆与非交织车辆共用某些车道，所以交织车辆需要占用的车道数可能出现小数的情况。根据前面的计算结果计算出Nw，当Nw＜Nw (max)时，由于交织车辆可以占用均衡运行所需的车道数，所以为非约束型。当Nw≥Nw (max)时，由于交织车辆受限于最多可用车道数，不能占用均衡运行所要求的道路空间，所以为约束型。下表给出了计算Nw的公式和Nw (max)值。
（5）计算交织区内的平均速度
一旦计算出了速度和确定了运行状态（有可能需要重新计算速度），就可以用以下公式计算交织区内所有车辆的区间平均速度。
式中：S、Sw、Snw——交织区内所有车辆、交织区内交织车辆、交织区内非交织车辆的区间平均速度（km/h）；v——交织区内总流率（pcu/h）；Vw——交织区内交织流率（pcu/h）；Vnw——交织区内非交织流率（pcu/h）。
（6）计算车流密度
通过以下公式，用所有车辆的平均速度计算交织区内所有车辆的车流密度。式中，D是交织区内所有车辆的平均车流密度（pcu/km/ln）。
（7）判断交织区服务水平
通过计算交织区段的道路密度（D），对应下表中的标准，来评价交织区的服务水平。
4、举例分析
为具体阐明交织区服务水平分析过程，简单举例进行说明。
某高速公路上的交织区参数如下：交织区长度L=300m；所有交织车辆都需变换一次车道；(A-C)流量=975辆/h，(A-D)流量=650辆/h，(B-C)流量=520辆/h，(B-D)流量=0辆/h；PHF=0.85；15%的重型车，fHV=0.816；驾驶员为通勤人员，fp=1.0；高速公路自由流速度FFS=110km/h。判断该交织区的服务水平。
解：① 将流量转换为流率，
v(A-D)=937辆小客车/h，v(B-C)=750辆小客车/h，v(B-D)=0辆小客车/h。因为所有交织车辆都需变换一次车道，所以确定交织区构造类型为A型。
② 计算相关参数，
Vw=937+750=1687辆小客车/h，Vnw=1406辆小客车/h，V=1406+1687=3093辆小客车/h，VR=1687/3093=0.545，R=750/1687=0.445。
③ 在假设为非约束型运行状态下计算交织与非交织速度，
④ 检验运行状态类型，
Nw=1.21(N)VR0.571 L0.234 /Sw0.438 =1.21×3×(0.5450.571 )(3000.234 )/(64.50.438)=1.57,
Nw(max)=1.4，Nw＜Nw (max)，所以为为约束型运行状态，需按约束型运行状态下重复以上步骤
计算交织与非交织速。
⑤ 计算交织区平均速度，
⑦ 判定服务水平，
根据交织区车流密度，判定该交织区为D级服务水平。
5、结语
本文简约讲述了高速公路交织区的服务水平分析方法，随着经济的发展，现在高速公路上的互通设置较为密集，导致出入口间距较近，通过本文讲述的方法对交织区路段的服务水平进行分析，可检验高速公路设计的合理性，为采取相应的改进措施提供技术支持，操作简便，具有较高的实用价值。
参考文献
[1] JTG D20-2006, 公路路线设计规范，人民交通出版社，2006.10.01。
[2] 美国交通研究委员会，道路通行能力手册，Highway Capacity Manual（HCM2000），人民交通出版社，2007.10。
[3] 高速公路丛书编委会，高速公路立交工程，人民交通出版社，2000.06。
关键词:高速公路；交织区；构型；服务水平；分析
中图分类号：U412.36+6 文献标识码：A 文章编号：
1、引言
行驶方向相同的两股或多股交通流，沿着一定长的路段，不借助交通控制设施进行的交叉，定义为交织。当合流区后面紧跟着分流区，或当一条驶入匝道紧接着一条驶出匝道，并在二者之间有辅助车道连接时，就构成了交织区。在交织区内，由于驾驶员必须选择通向不同方向的车道，需要变换车道，因而交织区内的交通流有一定的紊乱，会不同程度的影响路段的通行能力或交通安全。高速公路需对交织区路段的服务水平进行分析，以确保通行能力及行车安全。
2、交织构型
对于交织区，根据每次交织所需变换车道次数确定交织区构造型式。交织区分为A、B和C三种交织构型，三种构型的服务水平计算方法一致，具体参数取值不同。三种交织构型定义如下：
⑴ A型——为完成交织运行，两个交织方向的所有车辆都必须进行一次变换车道；
⑵ B型—— 一个方向的交织车辆不需要变换车道即可完成交织运行，但另一方向的交织车辆，必须变换一次车道才能完成交织运行；
⑶ C型—— 一个方向的交织车辆不需要变換车道即可完成交织运行，而另一方向的交织车辆，必须两次或两次以上变换车道才能完成交织运行。
图1A型交织区图2B型交织区图3C型交织区
3、分析过程
（1）计算交通流率
交织区服务水平分析都是以高峰15分钟流率为依据，单位是辆小客车/小时（pcu/h）。因此，须使用以下公式将小时流量进行转换。
式中：v —— 一小时中高峰15分钟的流率（pcu/h）；V——小时流量（辆/h）；fHV——重型车修正系数；fp——驾驶员总体特征修正系数。
（2）计算交织强度
交织强度系数（Ww与Wnw）是度量交织行为对交织与非交织车辆平均速度的影响。该系数可用以下公式计算。
式中：Wi——交织车流（当i=w时）和非交织车流（当i=nw 时）的交织强度系数；VR——流量比；v ——交织区内总流率（pcu/h）；N——交织区内总车道数；L——交织区长度（m）；a,b,c,d——标定的常数，取值见下表。
表1 计算交织强度系数时的常量
（3）确定交织与非交织速度
交织区分析方法的核心内容就是预测交织区内交织车辆与非交织车辆的区间平均速度。由于在某些条件下，交织速度与非交织速度可能会差异很大，所以应该分别进行计算。用以下公式计算交织和非交织的平均速度：
式中：Si——平均交织速度（当i=w时）或平均非交织速度（当i=nw时）（km/h）；SFF——进入和离开交织区处高速公路基本路段的平均自由流速度（km/h）。
（4）确定运行类型
以上为事先假设交织为非约束型的运行进行车速计算，随后检验该假设，若结果是非约束型运行，则往下进行计算；结果是约束型运行，则需要重新计算交织区速度，这中间有一个判断循环的过程。运行类型的判断是通过比较以下两个变量的大小来确定给定交织区是约束型运行还是非约束型运行的。
Nw——达到均衡运行或非约束型运行时，交织车辆须占用的车道数；Nw (max)——对给定交织区型式，交织车辆可以占用的最多车道数。
由于交织车辆与非交织车辆共用某些车道，所以交织车辆需要占用的车道数可能出现小数的情况。根据前面的计算结果计算出Nw，当Nw＜Nw (max)时，由于交织车辆可以占用均衡运行所需的车道数，所以为非约束型。当Nw≥Nw (max)时，由于交织车辆受限于最多可用车道数，不能占用均衡运行所要求的道路空间，所以为约束型。下表给出了计算Nw的公式和Nw (max)值。
（5）计算交织区内的平均速度
一旦计算出了速度和确定了运行状态（有可能需要重新计算速度），就可以用以下公式计算交织区内所有车辆的区间平均速度。
式中：S、Sw、Snw——交织区内所有车辆、交织区内交织车辆、交织区内非交织车辆的区间平均速度（km/h）；v——交织区内总流率（pcu/h）；Vw——交织区内交织流率（pcu/h）；Vnw——交织区内非交织流率（pcu/h）。
（6）计算车流密度
通过以下公式，用所有车辆的平均速度计算交织区内所有车辆的车流密度。式中，D是交织区内所有车辆的平均车流密度（pcu/km/ln）。
（7）判断交织区服务水平
通过计算交织区段的道路密度（D），对应下表中的标准，来评价交织区的服务水平。
4、举例分析
为具体阐明交织区服务水平分析过程，简单举例进行说明。
某高速公路上的交织区参数如下：交织区长度L=300m；所有交织车辆都需变换一次车道；(A-C)流量=975辆/h，(A-D)流量=650辆/h，(B-C)流量=520辆/h，(B-D)流量=0辆/h；PHF=0.85；15%的重型车，fHV=0.816；驾驶员为通勤人员，fp=1.0；高速公路自由流速度FFS=110km/h。判断该交织区的服务水平。
解：① 将流量转换为流率，
v(A-D)=937辆小客车/h，v(B-C)=750辆小客车/h，v(B-D)=0辆小客车/h。因为所有交织车辆都需变换一次车道，所以确定交织区构造类型为A型。
② 计算相关参数，
Vw=937+750=1687辆小客车/h，Vnw=1406辆小客车/h，V=1406+1687=3093辆小客车/h，VR=1687/3093=0.545，R=750/1687=0.445。
③ 在假设为非约束型运行状态下计算交织与非交织速度，
④ 检验运行状态类型，
Nw=1.21(N)VR0.571 L0.234 /Sw0.438 =1.21×3×(0.5450.571 )(3000.234 )/(64.50.438)=1.57,
Nw(max)=1.4，Nw＜Nw (max)，所以为为约束型运行状态，需按约束型运行状态下重复以上步骤
计算交织与非交织速。
⑤ 计算交织区平均速度，
⑦ 判定服务水平，
根据交织区车流密度，判定该交织区为D级服务水平。
5、结语
本文简约讲述了高速公路交织区的服务水平分析方法，随着经济的发展，现在高速公路上的互通设置较为密集，导致出入口间距较近，通过本文讲述的方法对交织区路段的服务水平进行分析，可检验高速公路设计的合理性，为采取相应的改进措施提供技术支持，操作简便，具有较高的实用价值。
参考文献
[1] JTG D20-2006, 公路路线设计规范，人民交通出版社，2006.10.01。
[2] 美国交通研究委员会，道路通行能力手册，Highway Capacity Manual（HCM2000），人民交通出版社，2007.10。
[3] 高速公路丛书编委会，高速公路立交工程，人民交通出版社，2000.06。