宋 睿 孫 焰 薛行健

(同濟(jì)大學(xué)道路與交通工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室1) 上海 201804) (中南林業(yè)科技大學(xué)物流學(xué)院2) 長(zhǎng)沙 410004)

快速路匝道合流區(qū)車(chē)道寬度對(duì)交通影響分析*

宋 睿1)孫 焰1)薛行健2)

(同濟(jì)大學(xué)道路與交通工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室1)上海 201804) (中南林業(yè)科技大學(xué)物流學(xué)院2)長(zhǎng)沙 410004)

城市快速路的匝道合流區(qū)主線不同于普通路段主線，具有車(chē)速慢，擾動(dòng)和變道頻繁，隨意擠占車(chē)道的特點(diǎn)，為了避免匝道合流區(qū)交通過(guò)于擁堵，車(chē)道的空間如何布置成為當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn).文中以匝道合流區(qū)主線線圈實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，研究了匝道合流區(qū)主線車(chē)道寬度設(shè)置對(duì)交通的影響，分析了車(chē)道寬度設(shè)置影響的因素，建立了車(chē)道寬度對(duì)交通流通行能力影響的回歸模型.模型結(jié)果顯示，車(chē)道寬度的不同會(huì)影響到匝道合流區(qū)主線車(chē)速和通行能力.

城市快速路；匝道合流區(qū)；車(chē)道寬度；交通影響

0 引 言

城市快速路由于地理位置的不同，可以細(xì)分為2類：(1) 位于城市中心的城市快速路；(2) 位于城市郊區(qū)的城市快速路.第一類由于快速道路位于城市中心區(qū)，一般是給城市居民出行服務(wù)為主，外地的貨運(yùn)大型車(chē)輛被禁止出行，多為本地的小型轎車(chē)，加上城市中心地理位置好，城市中心土地的價(jià)格相比郊區(qū)要貴很多，土地資源相對(duì)比較緊張.第二類由于遠(yuǎn)離城市中心，外地大型貨運(yùn)車(chē)輛為主，本地居民出行的小型轎車(chē)較少，道路建設(shè)所需要的土地和空間資源也相對(duì)比較充裕.對(duì)于道路交通設(shè)計(jì)人員而言，應(yīng)該根據(jù)這種明顯的功能差異分別對(duì)車(chē)道寬度進(jìn)行設(shè)置.城市快速路匝道合流區(qū)具有車(chē)速較慢，擾動(dòng)頻繁、變道行為多，車(chē)輛為躲避干擾而頻繁跨線擠占車(chē)道現(xiàn)象等明顯區(qū)別于快速路基本路段的交通特征，因此在車(chē)道寬度設(shè)置時(shí)應(yīng)該進(jìn)行專門(mén)考慮.

國(guó)外匝道合流區(qū)主線車(chē)道寬度的研究是從高速公路開(kāi)始的，其研究開(kāi)始于1940年，當(dāng)時(shí)僅對(duì)合流中影響駕駛員行為的幾個(gè)主要組成因素進(jìn)行

了分析，主要是間隙-接受/拒絕理論及其應(yīng)用，如車(chē)輛延誤和排隊(duì)長(zhǎng)度，由AASHTO(美國(guó)國(guó)家公路與交通運(yùn)輸協(xié)會(huì)辦公室)出版了關(guān)于高速公路和街道設(shè)計(jì)的規(guī)范——AASHTO guide.Chen[1]分析了高速公路入口匝道車(chē)道寬度對(duì)交通安全影響的分析.研究小組收集了加州內(nèi)的多條高速公路的撞車(chē)數(shù)據(jù)，通過(guò)研究4種不同匝道車(chē)道寬度的類型，證明了匝道車(chē)輛寬度對(duì)于交通撞車(chē)事故之間有很大的聯(lián)系，從而也證明了可以通過(guò)改變車(chē)道的寬度來(lái)提高匝道銜接段的交通安全問(wèn)題.國(guó)內(nèi)對(duì)這方面的研究相對(duì)國(guó)外而言較少，很多專家和學(xué)者都給出了一些研究數(shù)據(jù)和研究成果，也從各個(gè)方面對(duì)問(wèn)題進(jìn)行了研究.慈玉生[2]從快速路匝道連接段通行能力與匝道設(shè)置進(jìn)行了分析，針對(duì)現(xiàn)有的快速路匝道設(shè)置條件不合理的情況，提出了快速路車(chē)道的設(shè)置條件.在此基礎(chǔ)上，利用了車(chē)輛動(dòng)力學(xué)理論、間隙接受理論建立了快速路車(chē)道寬度模型，給出了城市快速路主線不同設(shè)計(jì)車(chē)速下，車(chē)道寬度的建議值.楊曉寶等[3-12]則從基于交通行為分析的道路通行能力中車(chē)道數(shù)寬度進(jìn)行研究，通過(guò)調(diào)查高速公路通行能力中車(chē)道寬度的影響，利用經(jīng)驗(yàn)方法和行為分析，更好地理解了高速公路通行能力和車(chē)道寬度之間的影響.

1 研究數(shù)據(jù)采集

研究所需的數(shù)據(jù)主要來(lái)自于2部分：第一部分?jǐn)?shù)據(jù)采集自布設(shè)在上海市快速路每條車(chē)道上的雙線圈環(huán)形檢測(cè)線圈，布設(shè)間距為400 m左右，每組檢測(cè)線圈都分別了記錄各條車(chē)道的速度、各車(chē)型的車(chē)輛數(shù)、占有率、地點(diǎn)車(chē)速、車(chē)頭時(shí)距等信息，采集時(shí)間為2012年4月的1周工作日數(shù)據(jù)，基本數(shù)據(jù)的采集周期為20 s，通過(guò)對(duì)基本數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到5 min的研究用數(shù)據(jù)；第二部分?jǐn)?shù)據(jù)采用攝像機(jī)對(duì)研究路段進(jìn)行高空拍攝，再進(jìn)行后期數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析.

如果數(shù)據(jù)不能滿足以上3個(gè)條件之一，則被認(rèn)為是異常數(shù)據(jù)，予以排除(見(jiàn)圖1).

圖1 匝道合流區(qū)研究范圍

2 車(chē)道寬度的確定

快速路的行車(chē)道是由數(shù)條車(chē)道組成的，所謂行車(chē)道是指為了讓車(chē)輛安全順適地通行而設(shè)置的公路帶狀部分.由于快速路中央設(shè)置有中央分隔帶，道路外側(cè)為路緣帶，故車(chē)道寬度需要考慮車(chē)身寬度(或車(chē)輪間距)、車(chē)輛安全間距，車(chē)輛與外側(cè)路緣石間距和車(chē)輛與內(nèi)側(cè)中央分隔帶路緣石間距，見(jiàn)圖2.

圖2 車(chē)道寬度組成

外側(cè)車(chē)道：

(1)

中間車(chē)道：

(2)

內(nèi)側(cè)車(chē)道：

(3)

式中：a為車(chē)輛與外側(cè)路緣石間距；b為車(chē)身寬度；c為1/2車(chē)輛安全間距的；d為車(chē)輛與內(nèi)側(cè)中央分隔帶路緣石的間距.

通過(guò)以上分析可知，車(chē)道寬度由3部分組成：車(chē)身寬度、車(chē)輛安全間距、車(chē)輛與路緣石之間的間距.不同的寬度組成所反映在交通流運(yùn)行中的影響因素是不同的，其對(duì)應(yīng)的研究點(diǎn)也可不相同.

3 車(chē)道寬度對(duì)通行能力影響

車(chē)道寬度對(duì)于通行能力也有很大的影響，當(dāng)車(chē)道寬度不足時(shí)，駕駛員為了保證駕駛的安全，會(huì)盡力拉大與同向行駛車(chē)輛之間的安全距離或者降低車(chē)輛的行駛速度，避免車(chē)輛之間的相互干擾，從而使得道路總體的通行能力下降很多.本文采集了上海市快速路匝道合流區(qū)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，獲得了不同車(chē)道寬度下不同車(chē)道位置的通行能力與速度的關(guān)系，見(jiàn)表1.為了更好地進(jìn)行研究，本文根據(jù)車(chē)道位置位于內(nèi)側(cè)、中間和外側(cè)3種情況，將所有的速度按照從小到大進(jìn)行了分組，每個(gè)速度區(qū)間段為10，從最小10～20 km/h到最大80～90 km/h，并求出每個(gè)區(qū)間段的平均速度和對(duì)應(yīng)的95%位流量，并將該流量作為通行能力的估計(jì)值.見(jiàn)圖3.

經(jīng)過(guò)仔細(xì)觀察，他們發(fā)現(xiàn)這兩種發(fā)光的蛋白質(zhì)代表不同的突觸類型，論文作者解釋道。大腦的每個(gè)區(qū)域都有一個(gè)典型的“突觸體簽名”。就像指紋有著不同的形狀和大小一樣，大腦的不同區(qū)域似乎也有著含有不同蛋白質(zhì)組成、大小和數(shù)量的突觸。

表1 不同車(chē)道寬度對(duì)應(yīng)通行能力值

圖3 匝道合流區(qū)不同車(chē)道位置平均速度與 95%位流量的關(guān)系圖

本文擬將95%位的流量作為該車(chē)道的近似通行能力值，盡管這個(gè)通行能力受數(shù)據(jù)采集的局限性影響，但基本能據(jù)此作為對(duì)通行能力的判斷.

由表1可知，當(dāng)車(chē)道寬度變小時(shí)，通行能力受到車(chē)道寬度的影響較大，通行能力下降較多.無(wú)論車(chē)道位置或者車(chē)道寬度的不同，由于匝道合流區(qū)上游路段受到匯入車(chē)流的影響較大，其基本通行能力與快速路基本路段2 100～2 200 pcu/h相比較而言還是有一定的差距，這反映了匝道合流區(qū)受到匝道匯入車(chē)流的影響，通行能力有一定的下降；另一方面，當(dāng)流量較低時(shí)，車(chē)道的位置與車(chē)道寬度之間沒(méi)有太大的聯(lián)系，但是當(dāng)流量較高時(shí)，由于交織車(chē)流的影響，外側(cè)車(chē)道和中間車(chē)道比較內(nèi)側(cè)車(chē)道而言，流量受到車(chē)道寬度的限制影響較大.

4 回歸模型的建立與分析

通過(guò)對(duì)快速路匝道合流區(qū)中不同車(chē)道寬度設(shè)置下的平均車(chē)速與通行能力的數(shù)據(jù)作散點(diǎn)圖，見(jiàn)圖4，可以發(fā)現(xiàn)車(chē)流的平均車(chē)速和通行能力近似的呈現(xiàn)二元函數(shù)關(guān)系.

圖4 平均車(chē)速和通行能力散點(diǎn)圖

將調(diào)查的數(shù)據(jù)進(jìn)行多元線性回歸，模型的變量選擇見(jiàn)表2，其中車(chē)道寬度分為3，3.25，3.5，3.75和4 m，車(chē)道位置分為內(nèi)側(cè)車(chē)道、中間車(chē)道和外側(cè)車(chē)道3種，x3～x8為引入的虛擬變量.

表2 模型變量選擇

表3 回歸模型擬合情況

表4 回歸分析F檢驗(yàn)結(jié)果

模型擬合的結(jié)果顯示變量x8在T檢驗(yàn)下的P值大于0.05，故它在顯著性水平為0.05時(shí)對(duì)y值沒(méi)有顯著性的影響，可以將其剔除后重新進(jìn)行多元統(tǒng)計(jì)回歸分析得到了改進(jìn)后的回歸模型及回歸分析F檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6～7.

表5 回歸分析T檢驗(yàn)結(jié)果

表6 改進(jìn)后回歸擬合情況

表7 改進(jìn)后回歸分析F檢驗(yàn)結(jié)果

表8 改進(jìn)后回歸分析T檢驗(yàn)結(jié)果

因此，優(yōu)化后的模型為

y=1 078.01-0.55x1+32.3x2-199.83x3-

(4)

式中：y,x意義見(jiàn)表2.從回歸模型可以得出，隨著車(chē)道寬度的不斷增加，在相同的設(shè)計(jì)速度下，匝道合流區(qū)交通流的通行能力是不斷增加的，而且內(nèi)側(cè)車(chē)道的通行能力往往要比中間車(chē)道和外側(cè)車(chē)道大，這主要是由于匝道合流區(qū)外側(cè)車(chē)道和中間車(chē)道收到匝道匯入車(chē)流不斷變速和變道行為的影響較大，而內(nèi)側(cè)車(chē)道收到的干擾相比較而言要小很多，故駕駛員們多數(shù)傾向于選擇內(nèi)側(cè)車(chē)道行駛.

在實(shí)際的匝道合流區(qū)建設(shè)和車(chē)道寬度的調(diào)整中，如果道路空間比較充足以及交通設(shè)施允許擴(kuò)寬的條件下，適當(dāng)增加車(chē)道寬度能夠在設(shè)計(jì)車(chē)速不變的情況下增加車(chē)道整體的通行能力，而且內(nèi)側(cè)車(chē)道的通行能力增加量相比較中間車(chē)道和外側(cè)車(chē)道而言，往往更大.

5 結(jié)束語(yǔ)

本文研究了匝道合流區(qū)主線車(chē)道寬度設(shè)置對(duì)交通的影響.基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)解釋了調(diào)查數(shù)據(jù)的采集并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析，分析了車(chē)道寬度設(shè)置影響的因素，通過(guò)分析得到了車(chē)道寬度對(duì)通行能力的影響較大，最后結(jié)合上述研究得到車(chē)道寬度設(shè)置對(duì)交通流車(chē)速和通行能力影響的回歸模型，模型結(jié)果顯示車(chē)道寬度的不同會(huì)顯著地影響到匝道合流區(qū)主線上車(chē)速與通行能力的關(guān)系.

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Traffic Impact Analysis of Lanes Width on On-ramp Merging Area of Expressway

SONG Rui1)SUN Yan1)XUE Xingjian2)

(KeyLaboratoryofRoadandTrafficEngineeringoftheMinistryofEducation,TongjiUniversity,Shanghai201804，China)1)(SchoolofLogistics,CentralSouthUniversityofForestryandTechnology,Changsha410004，China)2)

Because of the slow speed, frequent disturbance, lane changing behavior and freely squeezing characteristics, the on-ramp merging area is different from the main line. In order to alleviate traffic jams in ramp merging area, lane space layout becomes the key point of recent domestic and foreign research. Based on coil measured data of ramp merging area, the influences of width settings ramp merging area lane on the traffic were researched in this paper. On the basis of the scholars’ studies at home and abroad, the factors of influencing the lane width settings were analyzed. The regression model about the influence of the lane width settings on traffic capacity was summarized, and the model results showed that the difference of lane width would affect the relationship between speed and capacity in ramp merging area.

urban expressway; ramp merging area; lane width; traffic impact

2015-01-12

*國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助(批準(zhǔn)號(hào)：71072027)

U491.1

10.3963/j.issn.2095-3844.2015.02.012

宋 睿(1986- )：男，博士生，主要研究領(lǐng)域?yàn)榻煌ㄟ\(yùn)輸規(guī)劃與管理