收费车道通行能力

2024-06-16

收费车道通行能力（精选5篇）

收费车道通行能力篇1

在郑州机场收费站改扩建项目收费模式的确定过程中, 在传统“单岛单亭”单式收费模式基础上另外提出“单岛双亭”复式收费模式以供选择。所谓“单岛双亭”复式收费模式就是在同一车道设置前、后两个收费亭, 实行一前一后两辆车同时收费, 有效地加快车辆通行效率。

本文将详细分析计算郑州机场收费站单式和复式两种收费模式下的收费车道通行能力和所需的收费车道数。

1传统“单式收费”模式收费车道通行能力计算

传统的单式收费模式是每车道设一个收费亭, 如图1所示, 服务位置SP是指车辆检测、发卡或验卡位置, 等待位置WP是指车道上位于正在接受服务车辆的下一辆车的位置。

从服务位置SP处开始将车辆编号, 设1号车离开收费亭时, 1号车与0号车之间的车头时距为:

H=H0+S。

其中, H0为0号车离开SP时的车头时距;S为1号车的服务时间。

一般情况下:

H0=R+M。

其中, R为反应时间, 是指0号车离开服务位置时1号车开始向前推进所需的反应时间;M为推进时间, 是指车辆从等待位置到达服务位置所需要的时间。

对于每一辆车来说, 车头时距是随机变化的, 那么其数学期望值为:

exp (H) =exp (H0 ) +exp (S) =exp (R) +exp (M) +exp (S) 。

车辆是按车头时距列队行进的, 故每个收费车道每小时的通行能力Ca为:

Ca=3 600/exp (H) 。

根据河南省的一般情况和机场收费站的现场调查统计数据取参数如下:

反应时间的期望值exp (R) =1.5 s。

推进时间的期望值exp (M) =4.32 s (设车速v=5 km/h, 车头间距s=6 m) 。

入口车道服务时间的期望值exp (S入 ) =8 s。

出口车道服务时间的期望值exp (S出) =16 s。

入口车道的车头时距期望值:

exp (H入) =exp (R) +exp (M) +exp (S入) =13.82 s。

出口车道的车头时距期望值:

exp (H出 ) =exp (R) +exp (M) +exp (S出) =21.82 s。

入口车道的通行能力:

Ca入=3 600/exp (H入) =260辆/h。

出口车道的通行能力:

Ca出=3 600/exp (H出) =165辆/h。

2 “复式收费”模式收费车道通行能力计算

复式收费模式在一条车道上有两个收费亭, 如图2所示, 有服务位置SP1和SP2, 跟随在后面的两辆车位于等待位置WP1和WP2, 等候在WP1的车辆在SP1处服务, 等候在WP2的车辆在SP2处服务。

从服务位置SP2处开始将车辆编号, 设0号车离开SP2的瞬间到1号车离开SP1的瞬间之间经过的时间为T1′, 则有:

T1′=R1′+ M1′+S1′。

其中, R1′, M1′, S1′分别为1号车的反应时间、推动时间和服务时间。

同理, 0号车离开SP2的瞬间到2号车离开SP2的瞬间之间经过的时间T2′为:

T2′=R1′+ (R2′+M2′+S2′) 。

其中, R1′为2号车附加的反应时间, 因为1号车未开始推进前, 2号车不能开始推进。

因此0号车和2号车之间的周期时间H′应由下式决定:

H′=max (T2′, T1′+R2′) =max[R1′+ (R2′+M2′+S2′) , R2′+ (R1′+M1′+S1′) ]。

一般情况下, 可以认为R1′, R2′等于单式收费情况下的反应时间R1, R2, S1′, S2′等于单式收费情况下的服务时间S1, S2。但单式收费情况下的推进时间要小于复式收费情况下的M值, 即:

M′=M+⊿M。

其中, ⊿M为车辆驶过两个服务位置之间的距离需要的时间。若假设反应时间和⊿M不随车辆有较大的变化, 那么:

H′ ≈R+⊿M+max (H1, H2) 。

其中, H1, H2分别为在单式收费模式下观测到的车头时距。

复式收费模式下, 一条车道的通过能力Ca′为:

Ca′=3 600×2/exp (H′) =3 600×2/{exp (R) +exp (⊿M) +exp[max (H1, H2) ]}。

根据河南省的一般情况和机场收费站的现场调查统计数据取参数如下:

反应时间的期望值exp (R) =1.5 s。

推进时间增加值的期望值:

exp (⊿M) =6.48 s (设车速v=5 km/h, 两收费亭间距s=9 m) 。

入口车道的车头时距期望值:

exp (H1入) =exp (H2入) =13.82 s。

出口车道的车头时距期望值:

exp (H1出) =exp (H2出) =21.82 s。

入口车道的通行能力:

Ca入′=3 600×2/{exp (R) +exp (⊿M) +exp[max (H1入, H2入) ]}=330辆/h。

出口车道的通行能力:

Ca出′=3 600×2/{exp (R) +exp (⊿M) +exp[max (H1出, H2出) ]}=242辆/h。

故此, 采用复式收费模式后, 入口车道的通行能力增加了26.9%, 出口车道的通行能力增加了46.7%。

3郑州机场收费站改扩建项目出入口收费车道数计算

根据JTG D80-2006高速公路交通工程及沿线设施设计通用规范中关于收费系统的有关规定, 收费车道的设计交通量应符合项目通车第15年的交通量要求, 收费广场用地的设计交通量应符合项目通车第20年的交通量要求。考虑到郑州机场收费站所处的地理位置和在河南省对外的窗口地位, 建议收费广场以开通后20年的广场规模实施。郑州机场收费站改扩建项目通车第20年的交通量预测结果为37 937辆小客车/d。

1) 参数的确定。

交通量:采用标准设计小时交通量DHV, 即第30位小时交通量。它是由年平均日交通量AADT按下式计算得出:

DHV=AADT×K×D。

其中, K为第30位小时交通量与AADT之比值;根据JTG B01-2003公路工程技术标准中的有关规定, 考虑机场高速属于近郊公路的特点, K值取为0.097 5;D为交通量方向不均匀系数, 结合项目特点, D值取为0.55;第20年DHV=37 937×0.097 5×0.55=2 034辆/h。

服务时间:

参照JTG D80-2006高速公路交通工程及沿线设施设计通用规范、《收费公路联网收费技术要求》 (2007年第35号公告) , 收费站的入口车道服务时间宜按6 s～8 s计算, 出口车道服务时间宜按14 s～20 s计算。根据河南省目前收费方式下各个收费站实际服务情况, 入口服务时间采用8 s、出口服务时间采用16 s较为适宜。

服务水平:

根据《收费公路联网收费技术要求》 (2007年第35号公告) 的相关规定, 服务水平一般为平均等待车辆数1辆。

2) 收费车道数的计算。

单式收费模式:

根据机场收费站设计小时交通量DHV值、服务时间及服务标准, 按照《收费公路联网收费技术要求》 (2007年第35号公告) 相关要求进行计算。

复式收费模式:

根据前面对复式收费入口及出口车道通行能力的计算, 入口车道的通行能力是单式收费的1.27倍, 出口车道的通行能力是单式收费的1.47倍。

也就是说复式收费的设计小时交通量a所需的入口车道数, 与单式收费的设计小时交通量a/1.27所需的入口车道规模相同;所需的出口车道数, 与单式收费的设计小时交通量a/1.47所需的出口车道规模相同。

计算出复式收费与单式收费相当的出、入口的设计小时交通量后, 按照《收费公路联网收费技术要求》 (2007年第35号公告) 相关要求计算得到复式收费所需的出、入口车道数。

单式和复式两种收费模式下, 机场收费站分别计算的出入口车道数见表1。

通过上述分析计算, 采用传统单式收费模式时, 郑州机场收费站需扩建为6入10出, 共16条收费车道;若采用复式收费模式, 郑州机场收费站需扩建为5入7出, 共12条收费车道。

4结语

复式收费模式目前在城市周边用地较为紧张、交通高峰期较为明显的收费站越来越多的被采用。本文通过分析传统单式收费和复式收费两种收费模式的基本工作原理, 分别计算两种收费模式下收费车道的通行能力。并根据公路行业的相关规范和要求, 计算出两种收费模式所需的出入口收费车道数, 为采用复式收费模式的收费站建设规模的确定提供参考。

摘要：在郑州机场收费站改扩建项目收费模式及建设规模的确定过程中, 分析计算了采用传统单式收费以及复式收费两种收费模式的情况下每条收费车道的通行能力, 并分别计算两种收费模式下项目所需的收费车道数, 为项目方案及建设规模的确定提供指导。

关键词：收费模式,单式收费,复式收费,收费车道通行能力,收费车道数

参考文献

[1]刘伟铭.高速公路收费系统理论与方法[M].北京:人民交通出版社, 2001:9.

[2]JTG D80-2006, 高速公路交通工程及沿线设施设计通用规范[S].

[3]交通部 (2007年第35号公告) .收费公路联网收费技术要求[Z].

多车道公路的交通通行能力篇2

1 标准的适用性分析

根据《道路通行能力手册》介绍, 多车道公路可设或不设中央分隔带, 对车辆进入缺少全面控制, 从典型的开发密度较小的乡村到开发密度较大的市郊地区, 为不能归属高速公路的道路;一般适用于多车道公路上信号间隔2英里 (3.2km) 或更远的情况。当信号间隔在1英里 (1.6km) 或更短, 则应该用“城市和郊区干道”的方法。

从项目位置及其运行特征来看, 道路功能主要为过境车辆及城市的两个区之间的交通服务, 更接近于公路。但项目不似一级公路, 对车辆进入不进行控制, 参照高速公路的理论分析不合适;用不控制进入的双车道二级公路标准分析也不合适。从规划标准来看, 应按城市道路进行分析, 但路线交叉口间距较大, 路线长约11km, 中间仅与一条二级公路相交。采用城市和郊区干道的通行能力控制来论述, 也不合适。综上所述, 本项目更符合多车道公路的特征。

2 路幅车道数计算

本项目采用四块板式横断面型式, 明显属城市道路, 根据《城市道路设计规范》, 本项目宜采用城市快速路标准, 设计车速采用80km/h, 设计年限20年。车行道宽度为单车道3.75m, 车行道左、右侧路缘带皆采用0.5m宽。

本项目的交通量及各种车型比例预测结果如表1和表2所示。

2.1 高峰流率计算

高峰流率采用公式 (1) 计算, 对于多车道公路, 其设计小时交通量系数K值与交通方向分布系数D值的特征介于公路及城市干道之间。

SF=DDHV/PHF= (AADT×K×D) /PHF (1)

其中:SF—高峰流率 (辆/h) ;

DDHV—单向设计小时交通量 (辆/h) ;

PHF—高峰小时系数, 取0.95。

AADT—预测处平均日交通量 (辆/d) ;

K—设计小时交通量系数, 即设计高峰小时交通量占AADT的百分比。K系数取决于环境开发的类别与程度, 本项目无当地资料可利用。根据《美国通行能力手册》, 对市区K系数在0.09～0.10, 对郊区K系数在0.10～0.15, 对乡村K系数在0.15～0.20;根据《公路工程技术标准》条文说明, K值约在0.095～0.135之间。结合本项目特点远景年建议取0.13;

D—交通方向分布系数。根据《美国通行能力手册》, 乡村D系数取0.65, 郊区D系数取0.60, 市区放射线D系数取0.55, 市区D系数取0.5;根据《公路工程技术标准》条文说明, K值一般取0.6。本项目取0.60。

根据以上系数的选取, 本项目远景年各路段的高峰流率计算结果如表3所示。

2.2 车道数计算

车道数根据公式 (2) 计算, 公式中每车道理想条件下通行能力cj与服务水平系数 (v/c) i的选取由于车速较低、不控制进入的特点较高速公路有所降低。

N=SF/[cj× (v/c) i×fw×fHV×fE×fp] (2)

其中:

N:道路的单向车道数;

cj:多车道具有设计车速j的每车道理想条件下的通行能力, 本项目设计车速为80km/h, 相当于50英里/h。因此cj取1900小客车/h/车道;

(v/c) i:保持i级服务水平的运行特性, 所容许的最大流率与通行能力的比率。根据《交通工程手册》, 不控制进入的汽车多车道公路路段在平原微丘的乡村采用二级, 相当于美国的C级;在重丘山岭地形及在近郊采用三级服务水平, 相当于美国的D级。《道路通行能力手册》中则要求乡村设计采用0.5, 郊区设计采用0.75。经查表50英里/h的设计速度, C级v/c为0.60, D级v/c为0.76。根据本工程的特点为城市快速路, 地区介于乡村与郊区之间, 因此本项目 (v/c) i值建议采用0.70。

fw:车道宽度和侧向净空修正系数, 本项目有中央分隔带, 左右路缘带宽度为0.5m, 采用障碍物在车行道一侧, 经查表得, fw取0.97;

fHV:大型车修正系数, 按下式计算:

fHV=1/[1+PHV (EHV-l) ]

PHV:大型车比例, 根据车种比例预测, 远景年为0.314;

EHV:大型车换算系数, 本项目取2.0;

计算后fHV=0.76。

fp:驾驶人员特征修正系数, 本项目按经常往返的常规使用者考虑, fp取1.0;

fE:多车道的环境和类型的修正系数, 经查表fE取0.9。

根据以上系数的选取, 本项目远景年各路段单侧所需车行道数量如表4所示。由此可见, 单侧所需车道数为2至3之间, 是采用2车道, 还是采用3车道, 需进行服务水平分析后再确定。

3 服务水平分析

3.1 通行能力计算

单向小时最大通行能力按下式计算:

C=cj×N×fw×fHV×fE×fp

其中:

C:单向小时最大通行能力 (辆/h) ;

其它各系数的含义及数值的选取同前述。

分别按单向双车道和三车道计算, 单向小时最大通行能力如表5所示。

3.2 服务水平分析

服务水平采用v/c值进行分析, v/c值的计算采用下式计算:

v/c=SF/C

其中SF与C值含义同前。

分别按单向双车道和三车道计算, v/c值如表6所示。

服务水平参照《美国通行能力手册》, 具体分级标准见表7。

对照服务水平分级表, 则各路段将来服务水平如表8所示。

4 结论

根据以上计算和分析, 按双向四车道设计, 则各段服务水平降至E级, 表示交通在达到或接近可能通行能力情况下运行, 并且十分不稳定。这对于一个城市的景观工程是不合适的。根据《交通工程手册》, 不控制进入的汽车多车道公路路段在平原微丘的乡村采用二级, 相当于美国的C级;在重丘山岭地形及在近郊采用三级服务水平, 相当于美国的D级。本项目属于近郊区城市干道, 其服务水平不宜低于D级;按双向六车道设计, 各路段服务水平皆在D级以上, 有较好的服务水平。再考虑本项目作为城市道路类型, 公共交通以及较多停靠车辆影响, 本项目推荐采用双向六车道快车道断面形式。

5 结束语

不控制进入的多车道公路作为一种公路形式在我国是普遍存在的。由于我国人口密度大, 非机动车较多, 多车道公路的断面形式包括以下几种:双向四车道一块板式无中央分隔带, 双向四、六车道三块板式, 双向四、六、八车道四块板式等。一级公路也是多车道公路的形式之一。但对于多车道公路的通行能力分析, 根据国内的情况各参数如何取用, 还没有相应的研究成果出台。本文中各参数仍以美国《道路通行能力手册》为主, 参照《公路工程技术标准》、《公路路线设计规范》、《交通工程手册》及《城市道路设计规范》等资料选取。

参考文献

[1]道路通行能力手册[M].中国建筑工业出版社, 1991.6.

[2]交通工程手册[M].人民交通出版社, 1998.5.

[3]JTG B01-2003, 公路工程技术标准[S].

[4]JTJ011-94, 公路路线设计规范[S].

收费车道通行能力篇3

关键词：车流量,路段通行率,车流模型

一、引言

随着人民收入的增长, 汽车已从原来的奢侈品成为现代普通家庭的代步工具。汽车过于普遍就会造成大量的交通问题, 其中车道被占用导致的交通问题, 困扰着多数城市。车道被占用是指因交通事故、路边停车、占道施工等因素, 导致车道或道路横断面通行能力在单位时间内降低的现象。由于城市道路具有交通流密度大、连续性强等特点, 一条车道被占用, 也可能降低路段所有车道的通行能力, 即使时间短, 也可能引起车辆排队, 出现交通阻塞。如处理不当, 甚至出现区域性拥堵。

车道被占用的情况种类繁多、复杂, 正确估算车道被占用对城市道路通行能力的影响程度, 将为交通管理部门正确引导车辆行驶、审批占道施工、设计道路渠化方案、设置路边停车位和设置非港湾式公交车站等提供理论依据。本文主要研究车道被占用对城市道路通行能力的影响。

二、道路通行能力分析

通行能力的定义, 即道路的通行能力是指在一定的道路交通条件下, 单位时间内某一车道或道路某一断面能通过的最大车辆数, 即可转化为求行驶速度。

由于采集设备故障、通信系统故障、环境因素异常、采集周期较短等原因, 横断面交通采集数据最常出现的就是数据错误、缺失等问题。这些问题的存在一定程度上影响了交通采集数据的管理和应用。为此, 十分有必要对横断面交通采集数据进行预处理。横断面交通采集数据的缺失, 从时间分布上来看, 存在零星时刻的数据缺失和连续长时间数据缺失的不同情况。

(一) 离散型数据缺失修补。如果部分车道数据缺失, 可借用邻近车道数据来填补, 前提是两种车道的交通流相似。如果所有车道数据缺失, 可利用邻近时刻或该处车道的其余路段的数据来填补。前提是所借用的数据与原路段关联密切。

(二) 连续型数据缺失修补。如果部分车道的数据缺失, 可利用相邻车道的均值来修补, 前提同离散型的情况。如果所有车道数据缺失, 可利用邻近时刻或该处车道的其余路段的数据的历史值来填补, 前提同离散型的情况。但缺陷是这种方法修补的数据无法反映交通状况事实的变化。

三、数据处理

本文取同一路段不同时刻的两段道路交通情况, 事故一发生在下班高峰期, 事故堵住了快车道;事故二发生在临近下班高峰期, 事故发生在路边。根据路段通行率拟定五种不同拥堵程度对应的指标值, 见表1。 (表1)

两起事故的对比分析:运用Matlab绘制出的两起交通事故的单位时间内通过交通事故横断面车流量的对比图。 (图1、图2) 。图1中“*”表示事故1中车流量随时间的变化过程, “o”表示事故2中车流量随时间的变化过程。

车流量和路段通行率是评价事故所处横断面实际交通能力的指标, 根据图1可以明显地看出事故中横断面处的车流量整体上比事故二中的车流量小, 所以说明同一横断面交通事故发生在二、三车道比发生在一、二车道对该横断面实际通行能力的影响更大。此结论也可以从两事故路段通行率的对比上得到验证。

四、结论与展望

数据分析表明, 同一横断面交通事故所占车道不同对该横断面实际通行能力影响存在差异, 这是由于:

(一) 两起交通事故的时间点不一样, 一个是临近下班高峰期、一个刚好是下班高峰期, 所以第二个交通事故占路对交通的影响应该小一点。靠近人行道的行车速度最慢, 最里面的属于快车道, 事故一种堵住了快车道, 车辆只能从最慢的车道通过, 整体车速降低, 对该横断面实际通行能力的影响更大。

(二) 发生事故的地点距离下游的十字路口很近, 且第一起更偏向路中心, 而第二起几乎在路边, 三个车道上的车辆行驶目的不同, 车流量比例不同, 车道二、三的流量比例都大于车道一的流量比例, 所以事故1对该横断面实际通行能力的影响更大。

图2中折线的斜率表示需求量Q1和Q2, 其中Q1持续时间为T1, 随后流量下降到Q2, 对应的密度为K2, 因交通事故堵塞了部分车道, 使通行能力下降为S1, 密度相应的上升为KS1, 持续时间为R1, 随着故障被排除, 通行能力恢复到最大值S, 对应密度记为KS, 持续的时间为TS。图中ODE表示流量的供给。

用几何方法可以求出:

图2中纵轴表示道路中心线上的不同位置L, 每一根折线表示一辆车在空间二维平面上的运动轨迹, 折线的斜率表示该车的速度, 其两折线之间的水平距离表示相应两车的车头时距, 纵向距离为相应两车车头的空间距离。车流中密度不相同的两部分的分界称为集散波。

集散波的波速Wx, y为:

根据事故1绘制的车流运动变化图斜线OD、DH、DE、PM分别表示三个集散波, 每个波前后的状态为 (Q1, S1) , (S1, S) , (Q1, S) , (Q2, S) , 当T1≥TE时, 折线ODE为畅流和拥挤的分界线。横轴与分界线之间的垂直距离表示拥挤车辆所占的路长, D点表示拥挤向上游延伸达到的最远处, 记为LD。

由上述可得:

由 (2) 、 (3) 、 (4) 可得:

对于事故1, 由于交通信号以60秒为周期, 不妨设周期为T,

绿灯时间为[2k T/2, (2k+1) T/2] (k=0, 1, 2, 3…)

红灯时间为[ (2k+1) T/2, (2k+2) T/2] (k=0, 1, 2, 3…)

如图2, 因为集结波与消散波在T>0时没交点, 所以有限的时间内不能消散。

当t1k∈[ (2k-2) T/2, (2k-1) T/2] (k=1, 2…) 时:

当t2k∈[ (2k-1) T/2, 2k T/2] (k=1, 2, 3…) 时:

图2中的T/2-T时间内, 即红灯亮的时间段内车辆排队的长度:

当k=1时, L=L21

当k=2时, L=L21+L22

综上所述, 车辆排队长度与事故横断面实际通行能力、事故持续时间、路段上游车流量间的关系为:

关系式中, Q1为路段上游车流量, S1为交通事故堵塞后的通行能力, t为交通事故持续的时间, S为故障排除后通行能力的最大值, 对应的密度为KS, 其中S、K1、KS为定值。

参考文献

[1]杨佩昆, 张树升.交通管理与控制[M].北京:人民交通出版社, 1995.

[2]郭冠英, 邹智军.道路阻塞时的车辆排队长度计算法[J].1998.

[3]熊烈强.交通流理论及其在高速公路中的应用研究[D].武汉理工大学, 2003.4.

收费车道通行能力篇4

公交停靠站是乘客上下公交车最基础的设施, 按照设置形式不同可以分为直线式和港湾式两种。直线式停靠站在公交车辆停车时, 占用外侧机动车道, 使得后续车流不得不变换车道, 减少了停靠站相邻机动车道的通行能力[1], 同时在交通负荷比较高的情况下, 机动车变换车道对次外侧机动车道也产生很大的影响;与直线式公交站点相比, 港湾式停靠站在一定程度上规范了驾驶员的进站行为, 减少公交车辆对旁侧与后续交通的干扰, 增加安全性, 但是当车道流量达到一定程度时, 若采用港湾式停靠站, 公交车将无法驶回原来的路线, 使公交车的延误加大, 此外, 公交车在进出停靠站的过程中争道抢行, 社会车辆为了保证安全又不得不对其施行避让, 增加了相邻车道社会车辆的延误, 严重影响了相邻车道的通行能力。这两种设置模式在交通负荷高的情况下容易形成时空上的瓶颈, 造成交通阻塞。

国内外学者对此进行了大量研究, Larry A.Bowman和Mark A.Turnquist[2]对无公交专用道的非港湾式停靠站的通行能力进行了研究, 得出了通行能力计算模型来评价公交站点处乘客接受服务所需等待时间的灵敏度;美国通行能力手册 (HCM2000) [3]中, 对公交车辆进出停靠站对道路通行能力影响进行研究, 没有考虑公交车的平均停靠时间, 以及进出站的加减速所需花费的时间;王茜等[4]针对公交占用机动车外侧混合车道停靠的情况进行了定量分析, 得出了公交停靠损失时间、建立了由于公交停靠引起的信号交叉口通行能力变化模型, 彭庆艳等[5]针对不同的因素对停靠时间的影响, 建立了公交中途停靠站时间模型;杨孝宽等[6]利用公交影响时间来建立停靠站对路段通行能力影响模型, 但模型中对具体时间是采用调查数据拟合。综上所述, 国内外学者对停靠站通行能力以及停靠时间的研究较多, 而对停靠时间对相邻车道通行能力的折减研究相对不足。

鉴于此, 本文对设在路段上的两种公交停靠站模式的停靠站时间进行分析, 得出相应的损失时间模型作为相邻车道通行能力的影响系数, 为公交停靠站处相邻车道的通行能力修正提供依据。

1 公交停靠站车辆运行特性分析

1.1 公交站点设置模式

公交站点的纵横向设置模式有多种, 本文主要研究城市道路中路段上常见的路边式与港湾式两种, 第一种是不受非机动车影响的路边式公交停靠站, 这种站点形式简单、易于设置, 此种模式的公交站点影响的是自身所停靠的外侧车道的通行能力, 具体设计模式如图1所示;第二种是不受非机动车影响的港湾式公交停靠站, 公交车在停靠站上下客时对外侧车道无影响, 但是进出停靠站对外侧车道产生影响, 此种模式的公交站点影响的是与停车泊位相邻的最外侧车道, 具体设计模式如图2所示。

1.2 公交进出停靠站运行分析

(1) 路边式公交进出停靠站特性分析

对于路边式公交站点, 在公交车停靠静止阶段 (即开关门和上下客) , 公交车辆将占用一条车道, 形成道路瓶颈, 对道路通行能力产生折减, 停靠时间越长, 道路通行能力折减程度越大。因此, 采用公交占用站台时间描述路边式停靠站公交停靠静止阶段对交通流的影响。美国的《Transit Capacity and Quality of Service Manual-2nd》[7]描述的是一个车门的情况, 本文新增了上下客车门分开的情况, 具体路边式公交停靠时间计算模型如下:

$t_{d} = {\begin{matrix} Ρ_{a} t_{a} + Ρ_{b} t_{b} + t_{o c}, & 任意车门都可以上下客 \\ \max {Ρ_{a} t_{a}, Ρ_{b} t_{b}} + t_{o c}, & 上下客车门分开 \end{matrix} (1)$

其中:td指平均停靠时间 (s) ;Pa指最忙碌车门的下车乘客数 (人) ;ta指下车乘客服务时间 (s/人) ;Pb指最忙碌车门的上车乘客数 (人) ;tb指上车乘客服务时间 (s/人) ;toc指车辆开门和关门时间 (s) 。

(2) 港湾式公交进出停靠站特性分析

研究表明公交车辆的到达符合负指数分布, 到达率为λ, 根据调查及经验, 公交车辆的停靠时间服从服务率为u的负指数分布。对于港湾式公交停靠站S个停车泊位可以看作是S个服务台数, 并且到达的公交车辆均按先后顺序进站, 且按照由远至近的停靠原则, 这样就能保证停车位得到尽可能充分利用, 即只要有停车位空闲, 公交车辆就可以进站接受服务。则公交进站过程可以近似用M/M/S排队服务系统来表示, 服务强度用ρ表示。公交车站只对在该站停留的公交车辆提供服务, 而且所有的公交线路的发车频率之和可以表征该站的公交车辆平均到达率, 所以有:

$\begin{array}{l} λ = \sum_{i = 1}^{m} \frac{Ρ_{i}}{3600} (2) \\ u = \frac{1}{t_{d}} (3) \\ ρ = \frac{λ}{S u} (4) \end{array}$

其中:λ指研究站点的公交车辆到达率 (veh/s) ;Pi指通过所研究站点的第i条公交线路的发车频率 (veh/h) ;m指通过所研究站点的公交线路总数;u指公交站点对公交车辆的服务率 (veh/s) 。

2 公交停靠站对相邻车道通行能力影响

为了建立更适合城市道路路段公交停靠站对相邻车道通行能力的影响模型, 提出以下假设条件:

①公交车辆按先后顺序进出停靠站, 并且按照由远至近的原则停靠;

②公交停靠站设置于路段, 不受交叉口及沿线进出交通的影响;

③公交停靠站设置于机动车道最外侧, 不受非机动车以及行人的影响;

④公交进站、出站认为对相邻车道通行能力产生影响;

⑤公交车出站时需让行机动车道上的社会车辆, 待寻找足够的间隙再汇入机动车道;

⑥公交车在进入停靠站之前认为公交车在最外侧车道行驶, 无变换车道过程。

2.1 公交进出站或停靠影响时间

本文研究的公交停靠站对相邻车道通行能力影响是基于公交车停靠对道路时间上的消耗, 造成通行能力的折减。公交进出站影响时间 (Ti) 是指一个小时内所有公交车停靠某个停靠站的时间之和 (对于路边式停靠站) 或者进出某个停靠站影响时间之和 (港湾式停靠站) 。因此, 对于不同类型的停靠站影响时间的计算方法不同。对于路边式公交停靠站而言, 公交影响时间指公交车辆停靠后开关门以及上下客时间;对于港湾式公交停靠站而言, 分成排队无溢出与排队有溢出两种情况分析:对于排队无溢出的公交影响时间指的是减速进站、加速离站与出站寻找足够的车流间隙而引起停车延误的时间之和, 对于排队有溢出的情况, 则需再加上排队溢出公交车等待进站的时间。

则公交影响时间对相邻车道通行能力的折减率用f表示, 代表的是公交一个小时内总的影响时间所占的百分比, 即:

其中:Ti表示公交进出或停靠影响的时间, 下标i代表不同停靠类型。

2.2 相邻车道通行能力影响模型

(1) 通行能力计算模型

无论是路边式还是港湾式, 都是由于公交车进出站及停靠造成对相邻车道的通行能力影响, 所以可以用式 (6) 来计算相邻车道通行能力值;然后分别对路边式与港湾式公交停靠站两种停靠影响时间进行详细的研究, 建立公交影响时间模型。

其中:C指道路设计通行能力 (pcu/h) ;Cp为道路可能通行能力 (pcu/h) 。

(2) 路边式停靠站对相邻车道通行能力影响

根据以上分析可知, 路边式公交停靠站影响公交车所停靠的车道通行能力, 影响时间为公交停靠静止阶段的时间之和, 分别有两种情况:一种是当公交停靠时间小于道路车流的平均车头时距, 则认为对道路没有影响;另一种是当公交停靠时间大于道路车流的平均车头时距时, 则公交停靠对道路通行能力产生影响。

假设所研究机动车道的车流量为q1 (veh/h) , 停车时间为td (s) , 则机动车道的平均车头时距 $\bar{h_{t 1}}$ 可表示为:

路边式停靠站公车停靠影响时间模型为:

$Τ_{1} = λ (t_{d} - \bar{h_{t 1}}) = {\begin{matrix} 0, & t_{d} \leq \bar{h_{t 1}} \\ λ (t_{d} - \frac{3600}{q_{1}}), & t_{d} > \bar{h_{t 1}} \end{matrix} (8)$

其中:T1表示一小时内路边式公交停靠上下客与开关门的时间之和。

则根据式 (5) 、式 (6) 、式 (8) 可得路边式公交停靠站影响相邻车道通行能力为:

$\begin{array}{l} C_{1} = C_{p} (1 - \frac{Τ_{1}}{3600}) \\ = {\begin{matrix} C_{p}, & t_{d} \leq \bar{h_{t 1}} \\ C_{p} [1 - \frac{λ (t_{d} - \frac{3600}{q_{1}})}{\begin{array}{l} \end{array} 3600 \begin{array}{l} \end{array}}], & t_{d} > \bar{h_{t 1}} \end{matrix} (9) \end{array}$

其中:C1为路边式公交停靠站对相邻车道通行能力修正后得出的值 (pcu/h) , td可通过式 (1) 计算得出。

(3) 港湾式停靠站对相邻车道通行能力影响

①假设排队无溢出的情况

港湾式停靠站公交车停靠无溢出的影响时间可以通过两个部分来计算, 第一部分计算公交进出站对相邻车道的延误时间, 第二部分计算公交车出站寻找足够车头间隙而停车等待的延误时间, 而停靠载客时间认为对相邻车道无影响。

进出站加减速延误时间:进站延误时间是指平均行驶速度为v减速到速度为0的情况, 则延误时间为:

由于 $t = \frac{v}{a_{d}}$ , 则可以推导出进站延误时间为:

同理可得:加速出站延误时间为:

所以进出站总的延误时间为:

其中:tad为进出站延误总时间 (s) , Da、Dd分别为加速损失时间和减速损失时间 (s) ;v为行驶速度 (m/s) ;aa、ad分别为起动平均加速度 (m/s2) 、制动平均减速度 (m/s2) 。若考虑公交停靠受自行车或其它交通流干扰时, tad的取值应适当增加。

出站停车延误时间:公交出站延误时间是指由于相邻车道的机动车辆没有足够的车头间隙, 使得公交车进入相邻机动车道而造成停车的损失时间。由间隙接受理论[8,9]与排队论[10]可知, 将等待时间看成一个M/M/1的排队系统中的延误时间, 设相邻机动车车道的交通流量为q2 (veh/h) , 而公交车辆从公交车站进入机动车道所需的临界间隔为τ (s) , 机动车车头时距服从负指数分布, 则有:

$\begin{array}{l} Ρ (\bar{h_{t 2}} \geq τ) = e^{- \frac{q_{2} τ}{3600}} (14) \\ t_{s} = E (t) = \frac{1}{\frac{q_{2}}{3600} e^{- \frac{q_{2} τ}{3600}}} - \frac{3600}{q_{2}} - τ (15) \end{array}$

由式 (7) 和式 (15) 可得出:

其中:ts为公交出站停车延误时间 (s) , 为相邻车道平均车头时距 (s) 。

则由式 (13) 和式 (16) 可得出港湾式停靠站公交车无溢出的总停靠影响时间为:

(2) 有溢出的情况

公交有溢出的情况可近似用排队论的知识来建立公交车辆的排队等待时间, 则公交站点的排队系统可以用M/M/S系统进行近似分析。

根据排队论中生灭过程的平衡分布[11]可得:

其中:P0表示没有公交车等待的概率。

根据李太勒 (Little) 公式可以推导出溢出公交车平均等待时间为:

$\begin{array}{l} t_{w} = \frac{L_{q}}{λ} = \frac{\sum_{n = s}^{\infty} (n - s) Ρ_{n}}{λ} \\ = \frac{\sum_{n = s}^{\infty} \frac{n - s}{s^{n - s} s!} (\frac{λ}{u})^{n} Ρ_{0}}{λ} = \frac{(s ρ)^{s} ρ Ρ_{0}}{s! (1 - ρ)^{2} λ} (19) \end{array}$

其中:tw表示溢出公交车平均等待时间 (s) , Lq为平均排队长度 (m) , n表示排队的车辆数 (veh) 。

另外, 当公交出站不满足可接受间隙时, 公交车必须等待, 即为式 (16) 的停车延误时间, 本小节研究的是公交车辆有溢出的情况, 当公交出站等待时认为路边等待进站的公交车辆不能顺利进站, 所以停车时间还需再加上出站延误时间。因此, 对于排队有溢出的公交车总影响时间可由式 (17) 和式) 19) 得出:

$\begin{array}{l} Τ_{3} = λ (t_{2} + t_{w}) \\ = λ [\frac{v}{2} (\frac{1}{a_{a}} + \frac{1}{a_{b}}) + 2 (\frac{\bar{h_{t 2}}}{e^{- q_{2} τ}} - \bar{h_{t 2}} - τ)] + \frac{(s ρ)^{s} ρ Ρ_{0}}{s! (1 - ρ)^{2} λ} (20) \end{array}$

将T2和T3代入式 (6) 可以分别计算出港湾式公交停靠站排队无溢出与排队有溢出对相邻车道通行能力值。

$C_{2} = C_{p} (1 - \frac{Τ_{1}}{3600})$

$= {\begin{cases} C_{p} {1 - \frac{λ [\frac{v}{2} (\frac{1}{a_{a}} + \frac{1}{a_{b}}) + \frac{\bar{h_{t 2}}}{e^{- q_{2} τ}} - \bar{h_{t 2}} - τ]}{3600}}, 无溢出 \\ C_{p} {1 - \frac{λ [\frac{v}{2} (\frac{1}{a_{a}} + \frac{1}{a_{b}}) + 2 (\frac{\bar{h_{t 2}}}{e^{- q_{2} τ}} - \bar{h_{t 2}} - τ)] + \frac{(s ρ)^{s} ρ Ρ_{0}}{s! (1 - ρ)^{2} λ}}{3600}} \\ 有溢出 \end{cases} (21)$

其中:C2为港湾式公交停靠站对相邻车道通行能力修正后得出的值 (pcu/h) 。

3 模型检验

综上所述, 考虑两种公交停靠站设计模型影响下对相邻车道通行能力计算方法主要由3部分构成:①路边式公交停靠站对相邻车道通行能力影响模型;②港湾式公交停靠站无溢出对相邻车道通行能力影响模型;③港湾式公交停靠站排队溢出对相邻车道通行能力影响模型。下面用仿真的方法对这3个模型进行检验, 比较在各种相同输入条件下, 模型计算结果与仿真结果之间的差异。所采用的仿真软件为VISSIM 4.30, 通过调整驾驶员行为参数及车速, 对公交车辆不同到达频率得出的公交影响时间所占比例进行标定, 以保证计算模型和仿真具有相同的输入条件。

3.1 路边式停靠站对相邻车道通行能力影响模型检验

本节对2.2节 (2) 中的路边式停靠站对相邻车道通行能力影响模型进行仿真检验。基本参数条件为:公交开关门时间为3s, 上下客车门分开, 上下客时间为15s, 损失时间为2s;公交车辆的到达率λ分别取10veh/h、20veh/h、30veh/h;相邻车道的流量选取100～1200veh/h。最终用公交影响时间对相邻车道通行能力的折减率 (f) 表示对相邻车道的影响程度, 并给出不同公交到达率条件下模型计算结果与仿真结果对比如图3所示, 平均误差为3.1%。

3.2 港湾式停靠站排队无溢出对相邻车道通行能力模型检验

本节对2.2节 (3) 中的①港湾式停靠站对相邻车道通行能力影响模型进行仿真检验。基本参数条件为: 公交车辆进出停靠站的加减速度分别取aa=0.8m/s2、 ad=1.5m/s2;公交车辆的平均行驶速度为30km/h, 到达率λ分别取10veh/h、20veh/h、30veh/h; 相邻车道的流量选取100～1200veh/h; 公交车辆从停靠站进入机动车道所需要的临界间隔为7s, 机动车车头时距服从负指数分布。最终用公交影响时间对相邻车道通行能力的折减率 (f) 表示对相邻车道的影响程度, 并给出不同公交到达率条件下模型计算结果与仿真结果对比如图4所示, 平均误差为2.7%。

3.3 港湾式停靠站排队溢出对相邻车道通行能力模型检验

本节对2.2节 (3) 中的②港湾式停靠站对相邻车道通行能力影响模型进行仿真检验。由于公交溢出港湾停靠站情况是基于无溢出的情况, 所以, 港湾停靠站无溢出基本参数条件都满足, 另有基本参数条件为:公交到达率λ分别取20veh/h、30veh/h;停靠站服务时间u为20s, 停靠站泊位数取S=1, 则排队系统为M/M/1系统;相邻车道的流量选取100～1200veh/h。用公交影响时间对相邻车道通行能力的折减率 (f) 表示对相邻车道的影响程度, 并给出不同公交到达率条件下模型计算结果与仿真结果对比如图5所示, 平均误差为2.4%。

4 模型结果分析

通过建立模型及对模型的仿真检验证明模型具有较高的准确度, 本节将从路边式停靠站、港湾式停靠站两种情况对模型的适应性进行分析。

4.1 路边式停靠站对相邻车道通行能力影响结果分析

从图3可以看出, 当公交到达率为10veh/h时模型计算结果与仿真值很接近, 当社会车辆到达率不大于300veh/h时对相邻车道通行能力没有影响, 主要因为公交停靠时间小于社会车辆的平均到达率, 当社会车辆到达率大于400veh/h时, 曲线变化趋势趋于平缓, 对相邻车道通行能力的影响基本为定值。

公交到达率为20veh/h、30veh/h时, 由于在仿真中车流是随时到达, 某些时间段车辆到达数较多或较少造成仿真结果上下波动, 但总体与计算结果吻合的较好, 而且当社会车辆到达率为200～500veh/h影响比较明显;当公交车辆速度为30km/h、社会车辆速度平均为40km/h时, 对于某固定到达率的公交车辆的影响时间为定值, 从图3中可以看出, 当社会车辆到达率为1100veh/h时公交影响时间基本仅与公交车到达率有关, 此时外侧车道通行能力也只有1100veh/h, 这可作为有路边式公交停靠站影响下的外侧车道设计通行能力建议值。

4.2 港湾式停靠站对相邻车道通行能力影响结果分析

由于港湾式公交停靠站公交车有无溢出情况变化趋势基于相同, 本节将一起分析对相邻车道通行能力的影响。从图4、图5可以看出, 模型计算结果与仿真结果吻合的较好, 当公交流量达到30veh/h、相邻机动车道流量达到1200veh/h时, 公交停靠时间对相邻道路的通行能力折减分别达到24.5%、25.6%, 公交车的延误将迅速上升;当相邻机动车流量继续增加时, 公交出站将寻找不到足够的车头间隙, 公交车将一直在站内等待, 使得后续到达的公交车辆在路边排队, 后续社会车辆绕过公交车辆继续在外侧车道行驶, 以至于公交不能出站形成死循环, 此时必须通过拓宽道路等工程手段来解决。

同时, 本节对于港湾式公交停靠站, 当公交车辆达到12veh/h时, 将模型计算结果、仿真结果与《HCM2000》中的平均重返延误进行对比 (车辆随机到达) , 得到的对比如图6所示。结果表明, 模型计算结果、仿真结果与HCM结果拟合的很好, 而且随着相邻机动车流量的增加, 重返延误将迅速增大。

5 结语

公交停靠站对道路通行能力具有一定的影响, 如果是路边式停靠站且没有设置超车道, 公交车辆在站台停靠等待时, 则会在路段上产生交通瓶颈, 即对于社会车辆来说停靠站路段通行能力小于正常路段的通行能力, 公交车辆停靠时间越长, 则对相邻车道通行能力影响越大;如果是港湾式停靠站, 公交车辆到达率很小时, 对社会车辆产生的影响较小, 当公交与相邻车道社会车流量不断增加时, 公交重返延误加大, 后续到达公交车辆在路边排队等待, 将对相邻车道通行能力产生严重的折减。

论文建立了不同站点形式下对相邻车道通行能力影响, 得出了能够定量分析的影响模型, 并对模型计算结果与仿真结果进行对比, 最终对模型结果进行了分析, 给出一些结论。结果表明模型对相邻车道通行能力折减率的计算具有重要的实用价值, 分析的结论能够为城市道路建设提供参考依据, 减少公交停靠站对道路路段形成的时空瓶颈。现实中公交出站并不一定让行社会车辆, 某些公交车抢道出站, 迫使路段交通流减速, 流量大时可能行成道路交通拥堵, 这些问题有待于进一步的研究, 今后将对公交停靠站近交叉口设置对道路进出口道通行能力以及交叉口通行能力的影响程度展开深入的研究。

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收费车道通行能力篇5

一般情况下, 掉头车道设置于靠近中央分隔带的车道, 与左转车道共用。目前国内外对掉头车道通行能力的研究也主要针对这种情形或者单独开辟的掉头车道[1,2]。极少有针对掉头车道右置且与右转共用车道的情形。

本文在借鉴直左和直右共用车道通行能力计算方法基础上, 提出了左右转共用车道通行能力计算模型, 然后通过左转和掉头调整因子得到掉头右置与右转共用车道通行能力模型。

1 左转 (掉头) 保护相位

由于掉头车道右置与同向及对向直行交通均有冲突, 因此, 需设置专用保护相位。一般掉头车道和左转车道共用, 交通流组织特性类似, 可借鉴左转设置掉头与左转共用相位。成卫等给出了设置左转专用相位的流量阈值条件[3]:

式中:Y为建立左转专用相位的左转车流量阈值;X1为穿越直行车流量;X2为对向直行车流量。

具体的相序及配时应根据交通流量流向分布、交叉口几何尺寸及渠化特征进行设计。

2 直右和直左共用车道通行能力

2.1 直右共用车道

对于直右共用车道通行能力的计算方法, 目前较常用的是美国《道路通行能力手册》 (HCM2010) 中基于饱和流量修正的方法[4]和国内《城市道路设计规范》 (1991版) 中给出的停车线法[5]。我国与美国交通特征差异较大, 应用HCM计算通行能力时, 需充分考虑我国的实际情形。HCM中通行能力计算公式如下:

式中:S、So分别为目标车道饱和流量及基本流量;N为车道数;fw、fHV、fg、fp、fbb、fa、fLU、fLT、fRT、fLpb、fRpb分别为车道宽度、大型车、坡度、路面停车、轿车口范围内公交车停靠、车道类型、车道利用、左转、右转、行人对左转、行人对右转修正系数。

对于直右共用车道而言, 其修正系数fRT的确定方法如下:

式中:PRT为直右车道中右转车辆的比例。

《城市道路设计规范》 (1991版) 中关于直右共用车道通行能力的计算是在一条直行车道通行能力的基础上直接计算得出的:

《城市道路设计规范》中计算公式简单, 但是研究发现, 直右共用车道上直行车辆和右转车辆的饱和车头时距存在显著性差异, 因此对直右共用车道上的直行与右转需区分对待[6]。

2.2 直左共用车道通行能力

对于直左共用车道而言, HCM中修正系数fLT为:

式中:PLT为直左车道中左转车辆的比例。

《城市道路设计规范》 (1991版) 中直左共用车道通行能力也是基于一条直行车道通行能力得出的[5], 即:

成卫、李江等对上述两种直左混合车道通行能力的计算方法进行了比较, 结果表明:随着左转交通量的增加, 共用车道的通行能力相应降低;且当左转交通量超过一个定值时, 进口道的总需求交通量超过通行能力[7]。

3 左右共用车道通行能力

目前, 对直右、直左这两种共用车道通行能力的研究较多, 而鲜有对左右共用车道的相关研究。美国《HCM (2010) 》方法是在饱和流量的基础上, 先确定左、右转交通流调整系数fLT、fRT, 然后根据式 (2) 即可确定左右转共用车道的饱和流量[4], 此法计算较为粗糙。《城市道路设计规范》没有给出左右转共用车道的通行能力的计算方法, 仅给出了一个T型交叉口通行能力的计算实例。在该实例中认为:左右转共用车道的通行能力等于直行车道的设计通行能力[5]。

借鉴以上通行能力计算方法, 首先给出左右转合用车道饱和流量计算公式:

信号交叉口一条进口道的通行能力是该进口道各条进口车道通行能力之和;一条进口车道是该车道饱和流量及其所属信号相位绿信比的乘积。那么一条左右转共用车道通行能力CLR为:

4 掉头右置和右转共用车道通行能力

由于掉头与左转在行驶轨迹、转弯半径等方面的差异, 需要在左转基础上, 对掉头进行修正。Liu, Guo等给出了左转与掉头共用车道中掉头车道的调整因子[8,9], 如表1所示。由表可见, 掉头流量越大, 对该车道运行的影响越不利。

对应的掉头调整因子计算公式为:

因此, 掉头车道右置与右转共用车道通行能力可按下式计算:

据上式可知, 随着掉头流量的增大, 掉头与右转共用车道通行能力减小;随着该车道绿信比的增大, 通行能力提高。

5 结论

(1) 在没有中央分隔带或其宽度受限情况下, 将掉头车道右置与右转共用, 可以增大掉头车辆转弯半径, 可在一定程度上提高运行效率及安全。

(2) 美国HCM通过调整因子计算各型组合车道通行能力, 而我国《城市道路设计规范》则是通过类比组合车道与单转向车道近似计算组合车道通行能力。

(3) 掉头车道右置与右转共用车道通行能力与交通流量分布 (掉头与右转比例) 信号配时 (绿信比) 有直接关系。掉头流量越大, 其通行能力折减越大;绿信比越大, 通行能力则可得到提升。

后续研究应结合实地调查, 以掉头右置和右转共用车道为例验证本文模型, 或者在VISSIM中进行模拟验证。

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