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和核心問題。車道往往會因為交通事故等原因被占用，從而降低了道路的通行能力，嚴(yán)重的話會導(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道路的實際通行能力是否存在不同影響。利用自動攝像機采集交通流情況，統(tǒng)計出不同車道被封閉時每一信號周期內(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際通行能力對比圖，并用VISSIM仿真軟件對影響道路實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 封閉不同車道時的實際通行能力

為了正確估算車道被占用對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)生點所處橫斷面的理論通行能力模型，并對理論通行能力進(jìn)行系數(shù)修正，從而建立道路實際通行能力隨時間變化的序列模型，進(jìn)而計算得到各時間段內(nèi)的實際通行能力數(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為停車時的車輛安全車間距(m)，取2 m；L1為車輛長度(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)計算，得C0=1 429 pcu/h。

1.2 建立多車道的實際通行能力模型

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 兩種封閉情況的實際通行能力計算

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車道發(fā)生碰撞，導(dǎo)致事故斷面只能通過一個車道寬度的車流。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。對事故導(dǎo)致二、三車道被封閉時道路通行能力和事故導(dǎo)致一、二車道被封閉時的道路通行能力進(jìn)行對比研究。

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，因此在事故地點處產(chǎn)生瓶頸路段，導(dǎo)致產(chǎn)生排隊現(xiàn)象。

圖1 封閉二、三車道時的瓶頸路段

圖2 封閉一、二車道時的瓶頸路段

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，是因為上游交叉口信號周期為60 s，如果選取30 s的話，上游路口會出現(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13 min，以60 s為單位，取13組數(shù)據(jù)，對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際通行能力數(shù)值，如表4、5所示。

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

2 封閉不同車道時道路實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際通行能力不同，下文將對其可能的影響因素進(jìn)行分析，并采用VISSIM仿真軟件對研究內(nèi)容進(jìn)行驗證。

表4 封閉二、三車道時的實際通行能力

表5 封閉一、二車道時的實際通行能力

為還原真實路網(wǎng)，在模型中進(jìn)行了信號配時、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，選取了所需的評價指標(biāo)，如延誤時間、平均行程時間、排隊長度、數(shù)據(jù)統(tǒng)計等，建立路段交通微觀仿真系統(tǒng)動態(tài)模型。

2.1 車流量的影響

采取人為查數(shù)法統(tǒng)計通過上游交叉口進(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、三車道時的平均交通量為1 123 pcu/h，封閉一、二車道時的平均交通量為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價結(jié)果，得到兩種封閉車道情況下的平均延誤和平均行程時間，如表6所示。

表6 不同車道被占用時的評價指標(biāo)數(shù)值對比

由表6可知：封閉一、二車道時的平均延誤和平均行程時間都要比封閉二、三車道時小很多，因此可得：在車流量相同的情況下，封閉一、二車道時的道路實際通行能力要好于封閉二、三車道時，車流量不是導(dǎo)致封閉不同車道時道路實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，上游交叉口對研究路段不同車道被封閉時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：上下游交叉口對不同車道被封閉時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)入排隊狀態(tài)。因此推斷下游轉(zhuǎn)向比例對不同車道被占用時的道路通行能力不存在影響，利用VISSIM道路仿真軟件對該結(jié)論進(jìn)行了驗證。

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]分析了支路對主路通行能力的影響。

“當(dāng)發(fā)生交通事故時，駕駛員常常在駛?cè)朐训篮鸵惶栜嚨乐g變換交匯點，實際的交匯形式是變化的，但是它將對主干道和匝道的排隊長度產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。對于合流，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，同時匯入車流對高速公路整個方向車流的運行具有相當(dāng)大的影響。”

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

表7 不同車道被占用時的評價指標(biāo)對比(有支路)

由表7可知：封閉一、二車道時的平均延誤和平均行程時間要比封閉二、三車道時小很多。經(jīng)過對考慮因素逐一分析發(fā)現(xiàn)只有支路對封閉不同車道時的道路通行能力是有影響的，且支路影響下封閉一、二車道時的通行能力較好，這與兩種不同封閉方式下實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)致封閉不同車道時道路實際通行能力不同的因素，上下游交叉口和下游交叉口轉(zhuǎn)向比對不同車道被封閉時的道路通行能力不存在影響，支路對不同車道封閉時的道路通行能力是有影響的。

3 結(jié)論

(1) 建立了實際通行能力模型，根據(jù)實際路網(wǎng)情況對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際通行能力數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)封閉一、二車道時的通行能力要好于封閉二、三車道時。

(2) 對于交通量、上下游交叉口、下游路口轉(zhuǎn)向比例、支路對于封閉不同車道時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、二車道時的通行能力要好于封閉二、三車道時的通行能力的原因是因為支路的作用。研究結(jié)果不僅對城市道路具有參考性，同時可以推廣到其他等級公路中，即當(dāng)因施工或事故等原因需要對道路進(jìn)行部分封閉時，封閉靠近路基邊一側(cè)的車道對道路的通行能力影響較小。