高速公路收费站通行能力分析_廖固

第35卷,第3期2010年6月

公路工程HighwayEngineering

Vo.l35,No.3Jun.,2010

高速公路收费站通行能力分析

廖 固

(湖南省高速公路管理局,湖南长沙 410001)

[摘 要]高等级公路收费站的通行能力直接影响着路段通行能力,从而在总体上制约着公路的交通运行状况。因此提高高等级公路收费站的通行能力和服务水平,是改善高等级公路通行能力及服务水平的有效方法。本文根据高等级公路收费站交通流特性的分析,建立了收费站的排队模型,计算出了同一条车道在不同比例下的ETC车辆条件下和多车道情况下不同条数ETC车道的收费站的通行能力。

[关键词]高速公路;收费站;通行能力[中图分类号]U491.1+

14 [文献标识码]B [文章编号]16740610(2010)03015303

AnalysisofExpresswayTollgateCapacity

LIAOGu

(HunanExpresswayAdministrationBureau,Changsha,Hunan410001,China)[Keywords]expressway;tollgate;capacity

0 引言

公路收费站是公路交通流的瓶颈,收费站的通行能力直接影响着路段通行能力,从而在总体上制

约着收费公路的交通运行状况。因此研究收费站的通行能力是解决道路通畅的保证,是规划建设收费站的依是进行收费站设计和经济评价的基础,也是研究各种收费系统的依据。传统的人工收费方式使得车辆在经过收费站的时候必须停车交费在路段上产生了瓶颈,使得路段的通行能力降低并产生车辆经过收费站的延误。

目前采用ETC(ElectricTollCollection)收费系统不仅大大降低了车辆的延误,同时也提高了收费站的通行能力减少车辆在排队等候中的尾气排放从而改善了环境。如果在全部收费车道实行ETC收费,收费站的通行能力就与路段的通行能力相当驾驶员几乎感觉不到延误,但是鉴于我国的经济水平还难以实现全车道ETC收费。因此在一个收费站内将某些收费车道的传统收费方式改变为现在的ETC收费方式才是最有效的方法。

ETC使用率指配备ETC电子设备的车辆占总车辆的百分比。本文主要研究ETC车道数量对收费站服务水平的影响,对不同ETC使用率情况下的收费站平均延误进行计算,得出ETC使用率对收费

[收稿日期]2010 05 06

站整体服务水平的影响分析,为高速公路ETC车道布设提供参考依据。

1 高速公路收费站的交通特性

高速公路收费站通行能力研究的基础与前提是利用数学方法来描述交通流的具体特征,在研究上最早采用的是概率论,其后出现了跟驰理论、流体力学理论和车队排队理论。在高速公路收费站通行能力研究中,主要采用概率论和车队排队理论。1.1 车辆到达分布

根据交通流理论,交通量较小的路段上车辆的到达分布符合泊松分布(Poisson),即一定时间间隔内到达收费站的车辆分布符合泊松流。公路路段上的交通量一般较城市道路路段交通量小,可以用泊松分布描述车辆的到达。

t时间间隔内到达收费站的车辆数为n的概率为:

( t)ne- t

P(n)=

n!

(1)

式中: 为车辆的单位时间平均到达率,辆/h。

通过现场观测,可以发现车辆到达收费站(某时段)符合以下条件: 车辆到达是随机的; 在任意小的时间段内车辆到达率与时间的长度成正比; 任意小的时间段中车辆到达的概率不受以

[作者简介]廖 固(1976 ),男,湖南新化人,工程师,主要从事高速公路建设与管理工作。

154

前到达的影响。

公路工程

表2 不同车型离开时间统计参数

车型小型车大中型车

平均收费时间/s

5.58.3

35卷

当车辆到达比较拥挤,自由行驶机会不多时,采用二项分布来描述车辆到达规律。

Pk=Cnk

t

n

k

平均收费方差

1.835.5

1-

t

(k=0,1,2 ,n)n

(2)

式中:Pk为在计数间隔t内到达k辆车的概率; 为平均车辆到达率(辆/s);t为每个计数间隔持续时间;n为正整数。1.2 车辆服务时间分布

据有关文献分析,公路收费口车辆服务时间的分布假设服从负指数分布,但该假设应考虑:

从收费员的角度研究服务时间;对车型未加考虑;认为收费员对服务时间的影响大于车型对服务时间的影响。这种假设虽有一定道理,但其局限性亦很明显,这是由于:

从现场调查数据的统计结果可以发现服务时间的分布并不完全服从负指数分布。图1为某收费站一条收费车道小汽车服务时间分布统计图。

2 公路收费站车辆延误分析

车辆通过收费站的延误时间是进行收费站车辆折算系数研究和评价收费站服务水平研究的重要依据之一。当车辆通过收费站时,其延误主要包括以下几个部分。

车辆进入收费站的减速时间:

v0

t1=

3.6a1 车辆在收费站的平均逗留时间:W=E+Wq

车辆驶离收费站的加速时间:t2=

v03.6a1

2

2

(3)

(4)

(5)

以上式中:v0为正常车流车速,km/h;a1为车辆的减速度,m/s;a2为车辆的加速度,m/s;Wq为平均排队时间,s;E为服务时间期望值,s。平均延误时间主要通过调查车辆通过收费站上下游两个观测断面的时间差获取,在实际应用中,式(3)、式(5)的计算时间在不同交通量条件下一般无大的差异.但不同交通量会导致平均逗留时间明显不同,式

图1 服务时间分布

(4)是延误计算的重点。

(2)车型之间的差异对服务时间的影响在公式中未能体现,表1为某收费站一条收费道各种车型服务时间的调查统计结果,此处将服务时间相近的车型归为一类,简单分为三种车型。从表中可以看出不同车型的服务时间之间存在较大差异。

表1 分车型服务时间

车型小型车中型车大型车

服务时间值/s

8.1010.4758

3 收费站通行能力计算

3.1 收费站车辆折算系数

收费站的通行能力分析需要度量不同车型对收费通道通行能力的影响程度,通常以车辆折算度量其影响程度.根据调查得知,主线收费站的交通组成与路段一致,小型车在交通流中的比例远高于其他车辆(约70%)。因此,收费站的车辆折算系数标准车型选用小型车。

从前面的研究可知,不同车型对收费站通行能力的影响程度主要表现为离开时间(因为不再区分不同车型的服务时间分布差异性)的不同.因此,在收费站通行能力研究中,车辆折算系数的计算标准为收费时间,根据收费时间的不同,计算得到适合某收费站通行能力分析的车辆折算系数,如表3所示,其中特大型车的折算系数为外推计算而得。

1.3 车辆离开时间

根据离开时间定义,不同车型的离开时间明显存在差异,鉴于交通流中特大型车比例很小,调查中得到的样本数据太少,不能说明一般情况,因此表2仅列出了小型车和大中型车两种车型的离开时间均值和方差。

第3期

廖 固:高速公路收费站通行能力分析

表3 收费站车辆折算系数

车型小型车大中型车特大型车

折算系数

1.01.31.7

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那么,根据上面的公式可得:假设ETC车辆所占的比例为w,那么普通车辆为(1-w)。由此可得一般情况下收费站的通行能力为:Cc=C*w+Cb*(1-w)

3.3 多通道通行能力

(8)

3.2 单通道基本通行能力

通过的车全部为人工收费车辆(即不是ETC收费车辆)。

收费车道的基本通行能力是指道路与交通处于理想情况下,每一条收费车道在单位时间内能够通过的最大交通量。按下面公式计算

Cb=(6)

Ts+Tg

式中,Cb为收费 …… 此处隐藏：4957字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……