可變車道文獻(xiàn)綜述及智能車路協(xié)同環(huán)境下實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)可變車道展望

毛麗娜，周桂良，王 成，張慧婷，曹惠敏 MAO Lina, ZHOU Guiliang, WANG Cheng, ZHANG Huiting, CAO Huimin

（1. 淮陰工學(xué)院 管理工程學(xué)院，江蘇 淮安223001；2. 東南大學(xué) 交通學(xué)院，江蘇 南京210096）

(1. School of Management Engineering, Huaiyin Institute of Technology, Huai'an 223001, China; 2. School of Transportation,Southeast University, Nanjing 210096, China)

0 引 言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城鎮(zhèn)化進(jìn)程不斷的推進(jìn)，居民生活方式得到了巨大的改變。截止2019 年底，中國汽車保有量達(dá)到2.6 億輛，比2018 年增加了2 122 萬輛，增長了8.83%。受到城市規(guī)劃的影響，居民生活方式發(fā)生了很大的改變，工作場所多在城市中心范圍，居住區(qū)域多在城市外圍附近，這較容易形成早晚高峰時(shí)期潮汐交通流現(xiàn)象。潮汐交通流現(xiàn)象往往呈現(xiàn)重交通流與輕交通流車輛之間的不均衡性，造成了現(xiàn)有道路資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。如今，城市潮汐交通擁堵現(xiàn)象愈演愈烈，為了有效緩解此現(xiàn)象產(chǎn)生的交通擁堵等問題，交通研究者和管理者通常在道路時(shí)空資源優(yōu)化中采用可變車道技術(shù)解決該類問題?？勺冘嚨赖膶?shí)施既保證了道路交通暢通，又使得現(xiàn)有道路資源得到了充分利用，對(duì)緩解此類交通擁堵具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

1 可變車道研究綜述

1.1 可變車道設(shè)計(jì)研究

日常交通擁堵現(xiàn)象通常發(fā)生在早晚上下班出行時(shí)間段。針對(duì)早晚高峰期間潮汐交通現(xiàn)象產(chǎn)生的交通擁堵等問題，交通研究者對(duì)可變車道技術(shù)展開了研究。美國運(yùn)輸研究協(xié)會(huì)對(duì)可變車道的設(shè)置位置、組織方式、設(shè)計(jì)形式等做了進(jìn)一步的研究，并提出可變車道的設(shè)計(jì)方法以及實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)；Wong 等人[1]基于車道優(yōu)化交叉口和信號(hào)配置，提出交叉口車道優(yōu)化和信號(hào)相位一體化的設(shè)計(jì)方案；Hoose H J[2]對(duì)可變車道技術(shù)的信號(hào)相位及道路實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)做了比較系統(tǒng)的研究，分析可變車道設(shè)置的可行性、安全性、通暢性；英國的布萊恩勞倫斯·蘭伯特對(duì)可變車道的設(shè)置條件以及可變車道技術(shù)的用途進(jìn)行了總結(jié)，分析可變車道技術(shù)的適用性；Wang J，Deng W[3]對(duì)可變車道的信號(hào)路網(wǎng)容量問題進(jìn)行研究，并基于某種雙層優(yōu)化模型分析可變車道設(shè)置過程中所考慮的因素；張國華[4]通過對(duì)存在潮汐車流路段進(jìn)行分析，論證道路設(shè)置潮汐車道的條件，進(jìn)一步回答了潮汐車道設(shè)置時(shí)需要解決的問題；商振華[5]基于交叉口交通組織存在的問題，進(jìn)一步挖掘道路潛力，提出逆向交叉口可變車道的交通組織新方法；孟杰、孟志廣等人[6]基于交通流特性的分析，對(duì)可變車道的實(shí)施過程及管理措施進(jìn)行了研究；魏依[7]以天津市南馬路為研究對(duì)象，提出可變車道設(shè)置方案；原龍、張勃[8]研究了可變車道交通標(biāo)志的設(shè)置，并對(duì)交通安全標(biāo)線的作用進(jìn)行說明；徐書東、魯賀賀[9]針對(duì)城市交叉口早晚高峰交通流分布不均衡的現(xiàn)象，提出逆向可變車道的設(shè)置方案。

1.2 可變車道控制研究

可變車道是在現(xiàn)有道路資源條件下，改變車道行駛方向，保證重輕交通流之間的通行效率，提高道路利用率。但由于車輛性能，駕駛員的反應(yīng)敏感度等因素，在車道功能進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)，駕駛員通常需要一定的時(shí)間進(jìn)行適應(yīng)調(diào)整。從交通安全角度出發(fā)，合理地控制可變車道運(yùn)行，對(duì)于降低交通事故率以及提高駕駛司機(jī)的適應(yīng)能力具有重要的意義。 李麗麗、曲昭偉等人[10]基于在交叉口渠化區(qū)處布設(shè)的檢測器所收集到的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，提出基于檢測器檢測實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)交通數(shù)據(jù)的可變車道控制方法；張雪梅[11]基于對(duì)交叉口交通特性以及信號(hào)相位的分析，提出信號(hào)配時(shí)優(yōu)化算法來解決交叉口渠化處交通延誤等問題；劉戀[12]基于道路阻抗函數(shù)提出的車道優(yōu)化控制模型；馬鑫俊[13]基于實(shí)時(shí)交通流量以及換道基礎(chǔ)設(shè)施，對(duì)路段可變車道進(jìn)行分析判斷，提出動(dòng)態(tài)信號(hào)控制可變車道運(yùn)行方案；曹俊業(yè)[14]對(duì)單點(diǎn)、干線和交叉口群處可變車道控制優(yōu)化方案進(jìn)行了研究，建立可變車道與變向車道協(xié)同設(shè)置的車道模型及協(xié)同信號(hào)控制優(yōu)化計(jì)算方法，并進(jìn)行動(dòng)態(tài)車道控制；姚榮涵，張曉彤等人[15]為均衡交叉口輕重交通流之間的分布，降低總車輛之間的交通延誤，提出交叉口導(dǎo)向可變車道的時(shí)空資源優(yōu)化模型以及信號(hào)相位與可變車道交通安全標(biāo)志協(xié)調(diào)控制的方法研究。

1.3 可變車道管理研究

良好的交通管理措施，是實(shí)施可變車道的基本前提，是可變車道技術(shù)發(fā)展的根本保障。苑敬雅、周彤、梅朱茵[16]基于國外可變車道研究情況，分析國內(nèi)可變車道管理和信號(hào)控制存在的問題，并提出可變車道交通管理的有效手段以及信號(hào)控制優(yōu)化策略；林雄斌[17]通過對(duì)交通組織中可變車道管理方法的闡述，分析現(xiàn)有可變車道管理中出現(xiàn)的弊端，提出管理方式細(xì)化方法；高霜霜[18]以典型平面交叉口為研究對(duì)象，對(duì)逆向可變車道、綜合待行區(qū)及復(fù)合可變車道三種交叉口可變車道的管理方法進(jìn)行系統(tǒng)研究，論證動(dòng)態(tài)可變車道的優(yōu)異性；徐洪峰、鄭啟明等人[19]針對(duì)道路時(shí)空資源以及重交通流周期性變化的問題，提出復(fù)合動(dòng)態(tài)車道管理方法，并驗(yàn)證該方法的可行性；史亞賦[20]以珠海市吉檸路為研究對(duì)象，分析“分段式漸進(jìn)誘導(dǎo)潮汐車道”的管控策略，并論證該方案實(shí)施成效。

2 可變車道應(yīng)用概述

在緩解城市潮汐交通擁堵方面，可變車道技術(shù)已被國內(nèi)外較多城市廣泛應(yīng)用。在國外，可變車道率先應(yīng)用于橋梁、隧道等處。美國舊金山金門大橋通過移動(dòng)中央隔離護(hù)欄的位置，進(jìn)行改變車道功能；加拿大溫哥華獅門大橋，基于對(duì)中間車道的控制，改善交通狀況；澳大利亞悉尼海港大橋，在早高峰期間將車道設(shè)置成6 南2 北，而晚高峰期間車道以3 南5 北形式運(yùn)行。在國內(nèi)，上海市外環(huán)隧道最先應(yīng)用可變車道技術(shù)，隧道采用三控兩管廊形式，車道以3、2、3 形式來進(jìn)行布置，中間2 車道作為可變車道，根據(jù)實(shí)時(shí)車流狀況，改變可變車道行駛方向；河北省石家莊和平路可變車道是國內(nèi)首條自動(dòng)可變車道示例，可變車道運(yùn)作全程自動(dòng)化，通過機(jī)械化電子設(shè)備移動(dòng)中央隔離護(hù)欄，實(shí)現(xiàn)車道變換；廣東省珠海市吉檸路啟動(dòng)國內(nèi)首條“分段式漸進(jìn)誘導(dǎo)潮汐車道”，通過車道信號(hào)燈以及地面電子顯示設(shè)備，對(duì)該可變車道路段進(jìn)行分段誘導(dǎo)控制，從而向駕駛員提供路段車道功能信息。

綜上，國內(nèi)外學(xué)者在可變車道設(shè)計(jì)、控制和管理等方面都有較多成果。但目前對(duì)于可變車道控制通常采用定時(shí)單向控制，一般僅在早晚高峰期間控制運(yùn)行，當(dāng)發(fā)生突發(fā)事故或重大集會(huì)活動(dòng)時(shí)無法有效實(shí)時(shí)緩解交通擁堵；在可變車道基礎(chǔ)設(shè)施方面，固定指示牌、移動(dòng)護(hù)欄等已不滿足當(dāng)前智慧交通的建設(shè)和發(fā)展；在實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)整方面，可變車道相關(guān)技術(shù)還有較大提升空間。因此，可變車道應(yīng)以智能交通技術(shù)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)可變車道的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)控。

3 智能車路協(xié)同環(huán)境下實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)可變車道展望

近年來，智能車路協(xié)同技術(shù)得到了較快發(fā)展，實(shí)現(xiàn)“人—車—路”在時(shí)空上有效協(xié)同，既保證了交通安全又提高了通行效率，使得道路交通系統(tǒng)更加完善。智能車路協(xié)同系統(tǒng)的發(fā)展，進(jìn)一步提高了動(dòng)態(tài)交通數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，為可變車道的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)控技術(shù)發(fā)展帶來了數(shù)據(jù)和技術(shù)支撐。

智能車路協(xié)同系統(tǒng)是根據(jù)道路交通實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)服務(wù)水平，采用交通檢測器、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等電子設(shè)備與車聯(lián)網(wǎng)有效地結(jié)合起來，實(shí)時(shí)采集道路網(wǎng)絡(luò)交通流量、車輛速度、位置等信息，有效進(jìn)行車輛安全控制與道路協(xié)同管理，使得道路交通系統(tǒng)更加安全、高效。

未來，在智能車路協(xié)同環(huán)境下，結(jié)合車聯(lián)網(wǎng)和道釘燈技術(shù)，實(shí)時(shí)進(jìn)行信息采集和反饋，并通過協(xié)同控制中心控制道釘燈的起亮和變色，實(shí)現(xiàn)可變車道的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)控。智能車路協(xié)同環(huán)境下可變車道的應(yīng)用和發(fā)展，車道通行效率和安全性將會(huì)得到進(jìn)一步的提升和優(yōu)化。

4 總 結(jié)

本文基于潮汐交通現(xiàn)象產(chǎn)生的交通擁堵問題，引出可變車道技術(shù)在管理措施中的優(yōu)異性；然后從可變車道設(shè)計(jì)、控制和管理等方面進(jìn)行文獻(xiàn)綜述，并在此基礎(chǔ)上對(duì)可變車道應(yīng)用實(shí)踐進(jìn)行概述；最后提出智能車路協(xié)同環(huán)境下實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)可變車道技術(shù)研究方向以及未來發(fā)展趨勢，以期為可變車道的研究提供新的視角。