交通事故下路段通行能力變化研究模型①

蔣夢曦， 楊 博， 劉凱旋

(1．重慶交通大學交通運輸學院，重慶400074;2．重慶交通大學信息科學與工程學院，重慶400074)

0 引言

車道被占用是指因交通事故、路邊停車、占道施工等因素，導致車道或道路橫斷面通行能力在單位時間內(nèi)降低的現(xiàn)象．由于城市道路具有交通流密度大、連續(xù)性強等特點，一條車道被占用，其他車道的司機可能會減速瞭望占用的現(xiàn)場情況而使自身車輛的速度下降，同時被占用車道的車輛會轉(zhuǎn)移到未被占用的車道，這些因素也可能降低未發(fā)生事故路段車道的通行能力，即使時間短，也可能引起車輛排隊，出現(xiàn)交通阻塞．如處理不當，甚至出現(xiàn)區(qū)域性擁堵．車道被占用的情況種類繁多、復雜，正確估算車道被占用對城市道路通行能力的影響程度，將為交通管理部門正確引導車輛行駛、審批占道施工、設計道路渠化方案、設置路邊停車位和設置非港灣式公交車站等提供理論依據(jù)．

目前，國內(nèi)現(xiàn)有的方法如將公路通行能力乘以道路通行能力折算系數(shù)得到車道被占用情況下的通行能力[1]或則通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡構建事故橫斷面實際通行能力模型[2]等．獲取路段通行能力的主要方法主要有三種:第一種是通過實地調(diào)查，獲取路段的實際通行能力，如美國《道路通行能力手冊》[3]的研究;第二種是通過仿真研究，主要是通過仿真軟件對道路通行能力的研究，如美國的TSIS、瑞典的VTI、德國的VISSIM等;第三種是通過一些相似情況下的模型，進行對比分析，找出兩者的不同點與需要修正的地方來進行套用．前兩種方法能夠較為準確地獲得路段通行能力，但是需要投入大量的人力、物力[4]．

因此本文將在現(xiàn)有研究成果的基礎上，將交通事故下道路通行能力的計算模型與無信號管制的交叉口通行能力的計算模型進行了對比分析，從而得出了交通事故下通行能力計算模型，并通過實例分析了某城市道路交通事故發(fā)生前、發(fā)生時以及撤離后路段通行能力的變化情況，并分析其原因，證明了該方法的可用性．

1 交通事故發(fā)生前后路段通行能力變化

1．1 通行能力計算模型

假設研究路段內(nèi)車輛的到達符合泊松分布，車輛間出現(xiàn)的時間間隔符合負指數(shù)分布，路段雙向共有6條車道，即單向有3條車道，假設其中某條車道與相鄰車道的車輛發(fā)生交通事故，并且完全占用兩條車道．為了得到從交通事故發(fā)生至事故現(xiàn)場撤離完畢這期間，事故所處橫斷面實際通行能力的變化過程．可以采用如下步驟計算:

在事故發(fā)生時，利用最短車頭時距t可以得到優(yōu)先通行方向的交通量:

將無信號交叉口通行能力模型與交通事故下交通能力模型進行對比分析，可以得出兩者的相似性．因為在無信號交叉口，如由東西方向直行的車行至交叉口處左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)與在交通事故下，相鄰兩條車道發(fā)生交通事故，這兩條車道上的車輛全部轉(zhuǎn)移到其余車道上的情況是相似的(如圖1所示)．根據(jù)可插間隙理論[5]，直接計算優(yōu)先方向交通流中的可插間隙(車頭時間間隔)，即非優(yōu)先方向交通可以橫穿或插入的間隙數(shù)，作為非優(yōu)先方向可以通過的最大交通量，從而得到交通量變化情況．我們把交通事故發(fā)生時占用的相鄰的兩條車道上的交通流作為非優(yōu)先方向上的交通流，剩余的那一條條車道上的交通流作為優(yōu)先方向上的交通流．

圖1 無信號交叉口與交通事故發(fā)生道路車倆通行情況比較

因此，根據(jù)無信號交叉口通行能力計算公式:

從而計算出交通事故發(fā)生時所處橫斷面實際的通行能力:

對于事故發(fā)生前、事故撤離后每一條車道的實際能力計算，我們采用公式:

其中，C0為理想通行能力，其計算公式為，不同車道的t0取不同的值．fw，fcw，fFBIC均為實際道路通行能力修正系數(shù)．

fw為車道寬度修正系數(shù);fcw為橫向干擾修正系數(shù);fFBIC為側(cè)向凈空受限的修正系數(shù);t0為最小車頭時距

Cr前，Cr后分別為事故發(fā)生前、后道路所有車道實際通行能力的總和．

Cr1，Cr2，Cr3，Cr1'，Cr2'，Cr3'分別為事故發(fā)生前后每條車道的實際通行能力．

根據(jù)(1)(2)(3)(4)(5)(6)可以計算出事故發(fā)生的前、中、撤離后的實際通行能力．從而得到在交通事故發(fā)生至撤離期間事故橫斷面通行能力的變化過程．

1．2 通行能力計算的實例分析

如圖2所示為一條雙向六車道的城市道路，單向交通量為Q，現(xiàn)在假設一次交通事故發(fā)生在車道二和車道三上且完全占用兩條車道．當交通事故發(fā)生后，交通事故所占用車道上行駛的車將會全部轉(zhuǎn)移到未被交通事故占用的車道上．城市道路的兩條車道發(fā)生事故后，由于駕駛員觀望甚至停車觀望和其他的因素影響，剩余一條車道的通行能力也會下降．

本文數(shù)據(jù)來源于2013年全國大學生數(shù)學建模競賽A[6]，道路上的電瓶車、行人作為道路干擾條件處理．

事故實例分析

如圖2所示為一條雙向六車道的城市道路，交通量為Q，現(xiàn)在假設交通事故發(fā)生在車道二和車道三上，當交通事故發(fā)生后，交通事故所占用車道上行駛的車將會全部轉(zhuǎn)移到未被交通事故占用的車道上．

圖2 交通事故發(fā)生路段情況示意圖

根據(jù)視頻一，可以得到事故發(fā)生前、中、后的最短車頭時距，數(shù)據(jù)見表1所示．

表1 各時段對應車道的最短車頭時距(s)

根據(jù)視頻一中的實際交通情況，查閱相關道路條件修正系數(shù)[7]，最外側(cè)的車道(車道一)受到的橫向干擾較大同時側(cè)向凈空受限，因此車道一中:fw=0．96，fcw=0．85，fFBIC=0．81．而車道二和車道三中均取:fw=0．96，fcw=0．94，fFBIC=0．92．其中，t=2，93s，tc=6s．

由公式(1)(2)(3)(4)(5)(6)以及表1中各時段車道的最短車頭時距分別計算出各時段的實際通行能力，見表2．

表2 各時段事故斷面實際通行能力(pcu/h)

可以看出，發(fā)生交通事故，事故斷面的實際通行能力明顯下降，是因為只剩下一個可通行車道，通行能力當然迅速下降．由于交通需求量大于實際通行能力，所以會造成擁堵，事故撤離后，道路實際通行能力又上升了，且事故撤離后道路的實際通行能力與道路，事故發(fā)生前的實際通行能力相差不大．

2 結(jié)語

本文利用無信號交叉口的通行能力與交通事故下道路的通行能力進行對比分析，兩者具有相似之處，由無信號交叉口的通行能力計算模型推導出了交通事故下道路通行能力計算模型．該通行能力計算模型能夠較好的估算車道被占用時道路通行能力的變化情況，這將為交通管理部門正確引導車輛行駛、審批占道施工、設計道路渠化方案、設置路邊停車位和設置非港灣式公交車站等提供理論依據(jù)．

[1] 陳巖，朱家明，姜聰?shù)龋煌ㄊ鹿氏碌缆吠ㄐ心芰芭抨犻L度的研究[J]．佳木斯大學學報，2013，31(6):880－883．

[2] 葛遜，趙小婷，時章強等．車道被占用對城市道路通行能力的影響[J]．上海商學院學報，2013，14(5):85－88．

[3] Highway Capacity Manual[M]．Higliway Research Board．Special Report 87．National Academy of Sciences．National Research Council．Publication 1328．Wasliington D C．2011．

[4] 牛世峰，姜桂艷．災害條件下公路通行能力折算方法研究[J]．HIGHWAY，2013，3(3):128－132．

[5] 郭學琴，袁振洲．主路優(yōu)先控制交叉口通行能力分析[J]．《山東理工大學學報(自然科學版)》，2006，(06):89－92．

[6] 2013年高教社杯全國大學生數(shù)學建模競賽A題，http://www．mcm．edu．cn/．

[7] 李淑慶，李鈺．交通工程導論[M]．北京:人民交通出版社，2010:121－122．