不同車道被占用時(shí)通行能力的影響因素分析

于玲, 莢絲雨, 孫寶蕓

(沈陽建筑大學(xué) 交通工程學(xué)院， 遼寧 沈陽 110168)

交通擁堵是城市交通治理不變的熱點(diǎn)和核心問題。車道往往會(huì)因?yàn)榻煌ㄊ鹿实仍虮徽加茫瑥亩档土说缆返耐ㄐ心芰?，?yán)重的話會(huì)導(dǎo)致交通堵塞。為了幫助交通管理部門更好地管理城市交通，需要正確估算車道被占用對(duì)城市道路通行能力的影響程度。

以沈陽某城市次干路發(fā)生交通事故為例，主要分析交通事故發(fā)生后，事故所占車道不同對(duì)道路的實(shí)際通行能力是否存在不同影響。利用自動(dòng)攝像機(jī)采集交通流情況，統(tǒng)計(jì)出不同車道被封閉時(shí)每一信號(hào)周期內(nèi)通過事故斷面的車輛類型與數(shù)量，得到兩種封閉情況下的實(shí)際通行能力對(duì)比圖，并用VISSIM仿真軟件對(duì)影響道路實(shí)際通行能力的因素進(jìn)行逐一分析。研究結(jié)果可為交通管理部門正確引導(dǎo)車輛行駛、審批占道施工、設(shè)計(jì)道路渠化方案、設(shè)置路邊停車位和設(shè)置非港灣式公交車站等提供參考。

1 封閉不同車道時(shí)的實(shí)際通行能力

為了正確估算車道被占用對(duì)城市道路通行能力的影響程度，為交通管理部門正確引導(dǎo)車輛行駛提供理論根據(jù)。首先需要建立交通事故期間事故發(fā)生點(diǎn)所處橫斷面的理論通行能力模型，并對(duì)理論通行能力進(jìn)行系數(shù)修正，從而建立道路實(shí)際通行能力隨時(shí)間變化的序列模型，進(jìn)而計(jì)算得到各時(shí)間段內(nèi)的實(shí)際通行能力數(shù)值。

1.1 建立單車道的理論通行能力模型

C0=1 000v/hd

(1)

式中：hd為連續(xù)車流的最小車頭間距(m)；v為車輛行駛速度(km/h)。

hd=L0+L1+U+I×v2

(2)

式中：L0為停車時(shí)的車輛安全車間距(m)，取2 m；L1為車輛長(zhǎng)度(m)，取5 m；I為與車重、路面阻力系數(shù)、黏著系數(shù)及坡度有關(guān)的系數(shù)(表1)；U為駕駛員在反應(yīng)時(shí)間內(nèi)車輛行駛的距離(m)，U=v×t,t≈1.2 s。

表1 參數(shù)I與坡度的關(guān)系

將式(2)代入式(1)，并換算單位，得：

(3)

依據(jù)表1，選取I值為0.054。理想交通條件下小客車的車速為60 km/h，因此v取60 km/h。將數(shù)值代入到式(3)中，經(jīng)計(jì)算，得C0=1 429 pcu/h。

1.2 建立多車道的實(shí)際通行能力模型

C路段=C0×n×α公交車×α電瓶車×α車道

(4)

表2為車輛換算系數(shù)，表3為車道寬度折減系數(shù)。

表2 車輛換算系數(shù)

表3 車道寬度折減系數(shù)

整理得到多車道的實(shí)際通行能力函數(shù)表達(dá)式為：

(5)

根據(jù)路網(wǎng)情況，依據(jù)表2、3選取數(shù)值代入到式(5)中，得：

(6)

1.3 兩種封閉情況的實(shí)際通行能力計(jì)算

城市道路中常發(fā)生的交通事故類型有追尾、碰撞、拋錨等，研究路段中兩輛小轎車橫跨兩個(gè)車道發(fā)生碰撞，導(dǎo)致事故斷面只能通過一個(gè)車道寬度的車流。該文研究路段為沈陽某城市次干路，事故發(fā)生在雙向六車道中央分隔帶一側(cè)的單向三車道上。對(duì)事故導(dǎo)致二、三車道被封閉時(shí)道路通行能力和事故導(dǎo)致一、二車道被封閉時(shí)的道路通行能力進(jìn)行對(duì)比研究。

如圖1、2所示，事故導(dǎo)致兩條車道被占用，只有一條車道可以通行，被占車道上的車須變道才可通行。圖1中的車道優(yōu)先級(jí)為車道一、二、三，即車道三上的車輛需先變道到車道二，車道二上的車輛需要變道到車道一后車輛才可以通過事故斷面。圖2中的車道優(yōu)先級(jí)為車道三、二、一，即車道一上的車輛需先變道到車道二，車道二上的車輛需要變道到車道三后車輛才可以通過事故斷面。由于可供通行車道的數(shù)量銳減，因此在事故地點(diǎn)處產(chǎn)生瓶頸路段，導(dǎo)致產(chǎn)生排隊(duì)現(xiàn)象。

圖1 封閉二、三車道時(shí)的瓶頸路段

圖2 封閉一、二車道時(shí)的瓶頸路段

采取人為查數(shù)方法，確定交通事故發(fā)生后每1 min內(nèi)通過事故斷面的車輛類型與數(shù)量。之所以選擇1 min，是因?yàn)樯嫌谓徊婵谛盘?hào)周期為60 s，如果選取30 s的話，上游路口會(huì)出現(xiàn)數(shù)量上升下降的周期性，不便于數(shù)據(jù)分析。由于視頻中出現(xiàn)了一些卡頓、暫停、跳變、鏡頭拉伸的現(xiàn)象，這些現(xiàn)象使圖像處理后的結(jié)果不穩(wěn)定，需要對(duì)這部分視頻信息進(jìn)行剔除。從事故發(fā)生到事故解除，共歷時(shí)13 min，以60 s為單位，取13組數(shù)據(jù)，對(duì)通過事故斷面的所有電瓶車、公交車、小汽車的數(shù)量進(jìn)行記錄，計(jì)算出電瓶車和公交車的混入率，代入式(6)中，最終得到兩種封閉車道情況下的實(shí)際通行能力數(shù)值，如表4、5所示。

對(duì)比表4、5可以發(fā)現(xiàn)：封閉一、二車道時(shí)的實(shí)際通行能力往往要稍好于封閉二、三車道時(shí)的實(shí)際通行能力。由此可得：交通事故發(fā)生在道路的不同位置，對(duì)道路橫斷面實(shí)際通行能力的影響存在差異。

2 封閉不同車道時(shí)道路實(shí)際通行能力不同的影響因素分析

沈陽某城市次干路封閉不同車道后其實(shí)際通行能力不同，下文將對(duì)其可能的影響因素進(jìn)行分析，并采用VISSIM仿真軟件對(duì)研究?jī)?nèi)容進(jìn)行驗(yàn)證。

表4 封閉二、三車道時(shí)的實(shí)際通行能力

表5 封閉一、二車道時(shí)的實(shí)際通行能力

為還原真實(shí)路網(wǎng)，在模型中進(jìn)行了信號(hào)配時(shí)、沖突區(qū)域、行車速度、跟車模型、交通量輸入、路徑?jīng)Q策的設(shè)置，選取了所需的評(píng)價(jià)指標(biāo)，如延誤時(shí)間、平均行程時(shí)間、排隊(duì)長(zhǎng)度、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等，建立路段交通微觀仿真系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型。

2.1 車流量的影響

采取人為查數(shù)法統(tǒng)計(jì)通過上游交叉口進(jìn)入事故路段的車輛類型與數(shù)量發(fā)現(xiàn)，兩種封閉情況下的交通量不同。封閉二、三車道時(shí)的平均交通量為1 123 pcu/h，封閉一、二車道時(shí)的平均交通量為1 565 pcu/h。因此首先考慮是否是交通量導(dǎo)致兩種封閉情況下的道路實(shí)際通行能力不同。利用VISSIM仿真軟件還原路網(wǎng)情況，并在兩種封閉情況下輸入相同的交通量1 500 pcu/h。由仿真軟件直接輸出評(píng)價(jià)結(jié)果，得到兩種封閉車道情況下的平均延誤和平均行程時(shí)間，如表6所示。

表6 不同車道被占用時(shí)的評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)值對(duì)比

由表6可知：封閉一、二車道時(shí)的平均延誤和平均行程時(shí)間都要比封閉二、三車道時(shí)小很多，因此可得：在車流量相同的情況下，封閉一、二車道時(shí)的道路實(shí)際通行能力要好于封閉二、三車道時(shí)，車流量不是導(dǎo)致封閉不同車道時(shí)道路實(shí)際通行能力不同的因素。

2.2 上下游交叉口的影響

如圖3所示，事故發(fā)生點(diǎn)距離上游交叉口240 m,上游交叉口右側(cè)道路禁左，則上游交叉口右側(cè)無車輛進(jìn)入到研究路段；交叉口左側(cè)車道不受信號(hào)控制允許有車進(jìn)入研究路段，但是據(jù)觀察，此方向來車較少，可以忽略。因此，上游交叉口對(duì)研究路段不同車道被封閉時(shí)的道路通行能力沒有影響。事故路段距離下游交叉口距離較遠(yuǎn)，因此不受下游交叉口路況影響。經(jīng)過分析得到結(jié)論：上下游交叉口對(duì)不同車道被封閉時(shí)的道路通行能力不存在影響。

圖3 上游交叉口交通組織方案

2.3 下游路口轉(zhuǎn)向比例的影響

該路網(wǎng)事故路段下游路口轉(zhuǎn)向比例為右轉(zhuǎn)∶直行∶左轉(zhuǎn)=21∶44∶35，但無論車輛的轉(zhuǎn)向意圖如何，都需要從事故斷面處未封閉的車道排隊(duì)通過。即車輛從上游交叉口通過駛?cè)胧鹿事范我欢ň嚯x后即發(fā)現(xiàn)前方排隊(duì)情況，因此還未根據(jù)自身轉(zhuǎn)向意圖進(jìn)行變道便進(jìn)入排隊(duì)狀態(tài)。因此推斷下游轉(zhuǎn)向比例對(duì)不同車道被占用時(shí)的道路通行能力不存在影響，利用VISSIM道路仿真軟件對(duì)該結(jié)論進(jìn)行了驗(yàn)證。

2.4 支路的影響

研究路段中的支路與主路的關(guān)系類似于入口匝道與高速公路的連接關(guān)系，參照文獻(xiàn)[6]分析了支路對(duì)主路通行能力的影響。

“當(dāng)發(fā)生交通事故時(shí)，駕駛員常常在駛?cè)朐训篮鸵惶?hào)車道之間變換交匯點(diǎn)，實(shí)際的交匯形式是變化的，但是它將對(duì)主干道和匝道的排隊(duì)長(zhǎng)度產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。對(duì)于合流，從匝道來的車輛尋找臨近主線上交通流中可用的間隙以便匯入。由于絕大部分匝道在主線的右側(cè)，因此主線上右側(cè)車道是主線車道中最直接受影響者。匯入的車流與過境車流之間是相互影響的，同時(shí)匯入車流對(duì)高速公路整個(gè)方向車流的運(yùn)行具有相當(dāng)大的影響?！?/p>

由此可知：車輛從支路匯入一車道和匯入三車道時(shí)的交匯點(diǎn)以及可用的匯入間隙是不同的，因此初步判斷支路對(duì)不同車道被占用時(shí)的道路通行能力存在影響。利用VISSIM仿真軟件對(duì)推斷進(jìn)行驗(yàn)證，其結(jié)果如表7所示。

表7 不同車道被占用時(shí)的評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)比(有支路)

由表7可知：封閉一、二車道時(shí)的平均延誤和平均行程時(shí)間要比封閉二、三車道時(shí)小很多。經(jīng)過對(duì)考慮因素逐一分析發(fā)現(xiàn)只有支路對(duì)封閉不同車道時(shí)的道路通行能力是有影響的，且支路影響下封閉一、二車道時(shí)的通行能力較好，這與兩種不同封閉方式下實(shí)際通行能力的分析結(jié)果一致，說明仿真結(jié)果正確。

因此可以得到如下結(jié)果：車流量不是導(dǎo)致封閉不同車道時(shí)道路實(shí)際通行能力不同的因素，上下游交叉口和下游交叉口轉(zhuǎn)向比對(duì)不同車道被封閉時(shí)的道路通行能力不存在影響，支路對(duì)不同車道封閉時(shí)的道路通行能力是有影響的。

3 結(jié)論

(1) 建立了實(shí)際通行能力模型，根據(jù)實(shí)際路網(wǎng)情況對(duì)理論通行能力模型進(jìn)行了修正，得到兩種封閉車道情況下的實(shí)際通行能力數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)封閉一、二車道時(shí)的通行能力要好于封閉二、三車道時(shí)。

(2) 對(duì)于交通量、上下游交叉口、下游路口轉(zhuǎn)向比例、支路對(duì)于封閉不同車道時(shí)的道路通行能力是否存在影響進(jìn)行了分析，最終發(fā)現(xiàn)封閉一、二車道時(shí)的通行能力要好于封閉二、三車道時(shí)的通行能力的原因是因?yàn)橹返淖饔?。研究結(jié)果不僅對(duì)城市道路具有參考性，同時(shí)可以推廣到其他等級(jí)公路中，即當(dāng)因施工或事故等原因需要對(duì)道路進(jìn)行部分封閉時(shí)，封閉靠近路基邊一側(cè)的車道對(duì)道路的通行能力影響較小。