柳曉康
(武警工程大學(xué) 西安 710086)
城市交通問題嚴(yán)重影響著人們的日常生活,尤其是發(fā)生交通事故,車道被占可能造成長時(shí)間的擁堵,造成公共交通資源的浪費(fèi),因此合理規(guī)劃城市道路交通,及時(shí)處理意外交通事故,疏通堵塞路段具有現(xiàn)實(shí)經(jīng)濟(jì)價(jià)值和意義。車道被占用是指因交通事故、路邊停車、占道施工等因素,導(dǎo)致車道或道路橫斷面通行能力在單位時(shí)間內(nèi)降低的現(xiàn)象。由于城市道路具有交通流密度大、連續(xù)性強(qiáng)等特點(diǎn),及時(shí)疏通車道就需要合理調(diào)配資源統(tǒng)籌分析。
本文借助某十字路口兩時(shí)段通行車輛發(fā)生一般交通事故(一般事故是指一次造成重傷1到2人,或者輕傷3人以上,或者財(cái)產(chǎn)損失不超過3萬元的事故)對道路通行能力的影響進(jìn)行定量分析。假設(shè)行人、通行車輛等遵守交通法規(guī),地形、惡劣天氣等對道路通行能力無影響。研究發(fā)現(xiàn),不同的車道發(fā)生事故對道路通行能力的影響程度不同;車輛排隊(duì)長度、車速、排隊(duì)持續(xù)時(shí)長與道路通行能力存在非線性關(guān)系。
本文數(shù)據(jù)來自2019年某地車管所道路交通錄像及部分監(jiān)測數(shù)據(jù)。結(jié)合實(shí)際交通要素,可能影響道路交通的主要因素如下:車道寬度對通行能力的折減系數(shù)(fZ)、機(jī)動(dòng)車道寬度(WO)、車行道的基本通行能力(QL)、第i周期的車輛數(shù)(qi)、第i周期車次的通行時(shí)間(ti)、車行道的實(shí)際通行能力(QS)、信號(hào)周期(T)、上游路口至事發(fā)地點(diǎn)的路程(S)、車輛排隊(duì)的隊(duì)長(L)、駕駛員條件對通行能力的修正系數(shù)(fp=1);
本文所用數(shù)據(jù)包括車輛型號(hào)、車道寬度、車速等。根據(jù)車牌將車輛進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化,用于度量車道的通行能力(指道路上某一路段單位時(shí)間內(nèi)通過某一斷面的最大車輛數(shù),單位:輛/小時(shí))。另外根據(jù)交規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的車道寬度為3.5m, 當(dāng)車道寬度大于該值時(shí),不影響通行能力;當(dāng)車道寬度小于該值時(shí),車輛行駛速度下降,通行能力減小。所以,車道寬度對車輛通行能力具有折減效應(yīng),具體的效應(yīng)參見文獻(xiàn)[3]中方程(1)。由于一般大型載貨汽車車身寬度不超過2.5米,小轎車車身寬度不超過1.8米,只有當(dāng)各個(gè)車道寬度不超過6米[(2.5+1.8)×3.5/2.5]不會(huì)對車輛通行起到太大的緩解作用,當(dāng)各個(gè)車道寬度超過6米,相當(dāng)于三車道變四車道,這樣又是另外一種情況,本文不做分析研究。各類車輛的折算系數(shù)見表一。
表1 各類車輛通性能力折算技術(shù)
車道寬度對通行能力的折減系數(shù)fz為:
(1)
以紅綠燈的信號(hào)時(shí)長為一周期,對每一周期內(nèi)所通過的車輛數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),并根據(jù)車輛型號(hào)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化核算。然后計(jì)算每一波次的車輛通過事故點(diǎn)的時(shí)間,最后計(jì)算出基本通行能力和從上游路口到事發(fā)地點(diǎn)的平均速度。
(2)
車行道的實(shí)際通行能力:QS=QL×fz×fp
(3)
單行三通道經(jīng)過車輛計(jì)算:
(4)
式中:q紅—上游路口紅燈時(shí),右轉(zhuǎn)向經(jīng)過的車輛;
單行三通道基本通行能力的計(jì)算:
(5)
t內(nèi)—內(nèi)側(cè)通道由上游路口行駛至事故地點(diǎn)的時(shí)間;t中—中間通道由上游路口行駛至事故地點(diǎn)的時(shí)間;t外—外側(cè)通道由上游路口行駛至事故地點(diǎn)的時(shí)間。
利用模型將時(shí)段一的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析,表示出15個(gè)周期內(nèi)的通行能力數(shù)據(jù),可得到圖1。
圖1 時(shí)段一通行能力趨勢線
由圖1可知:當(dāng)事故發(fā)生時(shí),1~4周期實(shí)際通行能力迅速減弱,第5周期通行能力稍微提升,5~14周期內(nèi)屬于事故處理,通行能力會(huì)持續(xù)在一個(gè)較低的穩(wěn)定水平,但11~12周期內(nèi)通行水平有下降趨勢,結(jié)合實(shí)際數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)此時(shí)道路通行4輛大型車,所以對整體穩(wěn)定水平有所影響,第15周期后交通恢復(fù)正常。擁堵周期為2~15。
由圖2可知:時(shí)段一道路通行能力迅速下降,時(shí)段二事故發(fā)生時(shí),1~10周期實(shí)際通行能力基本不變,第11周期通行能力開始減弱,第18周期后通行能力恢復(fù)正常。擁堵周期為10~18。引發(fā)此種現(xiàn)象的原因在于事故發(fā)生車道不同。
圖2 兩時(shí)段道路通行能力趨勢線
時(shí)段一的通行能力迅速降低的原因是:內(nèi)道(左車道)發(fā)生事故,時(shí)段二是外道(右車道)發(fā)生事故。時(shí)段一左轉(zhuǎn)流量大于右轉(zhuǎn)流量,但此時(shí)僅右轉(zhuǎn)車道可以通行,時(shí)段二僅左轉(zhuǎn)車道可以通行,再者中國交通道路法的相關(guān)規(guī)定超車方向從前一輛車的左側(cè)超過。
圖3 時(shí)段二道路各車道車輛行駛速度
三車道交通路段,外車道發(fā)生事故,車輛轉(zhuǎn)向中車道行駛,外車道和中車道通行能力急劇下降,內(nèi)車道車輛通行能力反而有所提升,車輛加速通過。第20周期后三車道整體通行速度趨于平穩(wěn),車輛保持低速通過。
綜合分析兩時(shí)段的道路通行能力發(fā)現(xiàn)事故持續(xù)時(shí)間、路段上游車流量、車輛排隊(duì)長度可能也會(huì)對通行能力造成影響,現(xiàn)在具體建模擬合他們之間的關(guān)系。首先利用Excel數(shù)據(jù)庫對排隊(duì)長度和實(shí)際通行能力、持續(xù)時(shí)間、上游車流量進(jìn)行相關(guān)性檢驗(yàn)。從表2結(jié)果可知,相關(guān)系數(shù)為corr(L,P1)=-0.2659,R2=0.071<0.7,排隊(duì)長度與實(shí)際通行能力存在非線性關(guān)系,排隊(duì)越長道路的通行能力越差;從數(shù)據(jù)上分析,相關(guān)系數(shù)僅為-0.2659,所以排隊(duì)長度對道路通行能力的影響不是很大,兩者的負(fù)相關(guān)性不是很強(qiáng)。
表2 排隊(duì)長度與實(shí)際通行能力相關(guān)性檢驗(yàn)結(jié)果
表3 排隊(duì)長度與實(shí)際通行能力回歸結(jié)果
利用Excel繪制L(排隊(duì)長度)與P1(通行能力×持續(xù)時(shí)間)的散點(diǎn)圖,兩者之間存在指數(shù)相關(guān)性(corr=0.7578),利用stata對數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,曲線擬合優(yōu)度R2=0.97,拒絕原假設(shè)的P值趨近0。最終得出如下表達(dá)式:
L=0.387×1.033Q×T
(6)
P1=Q×T
(7)
表4 檢驗(yàn)結(jié)果
由式(6)可知,道路通行能力和排隊(duì)持續(xù)時(shí)間也成反比,相較于排隊(duì)長度而言,排隊(duì)時(shí)間的長短對道路通行能力影響更大,后者與道路通行能力是指數(shù)反比關(guān)系,加入排隊(duì)時(shí)間影響因素后,P1與L之間的相關(guān)系數(shù)提升到0.7578;并且曲線的擬合優(yōu)度更高(0.97),說明排隊(duì)長度和排隊(duì)時(shí)間是影響道路交通的主要因素。
本文借助三車道車輛交通信息對道路通行能力進(jìn)行建模分析,闡明交通事故對三車道不同車道車輛通行的影響,以及造成車輛擁堵的主要因素。利用實(shí)際的數(shù)據(jù)檢驗(yàn)道路通行能力和影響因素之間的數(shù)量關(guān)系。得出下列結(jié)論:
(1)外車道發(fā)生交通事故,三車道通行能力將迅速下降,外道車輛向中車道、內(nèi)車道轉(zhuǎn)移,中車道車速下降,內(nèi)車道短期車速反而有所提升。
(2)內(nèi)車道發(fā)生事故,三車道通行能力可保持階段穩(wěn)定,第10周期后才會(huì)下降。
(3)事故點(diǎn)到紅綠燈的排隊(duì)長度對道路通行能力有直接影響,兩者存在非線性關(guān)系;排隊(duì)時(shí)間對道路通行能力的影響大于排隊(duì)長度;兩者是影響道路交通能力的主要因素。
(4)從道路通行能力明顯下降到恢復(fù),持續(xù)時(shí)間在15個(gè)周期以內(nèi)。
基于以上結(jié)論,對于解決紅綠燈附近的一般交通事故首要任務(wù)就是及時(shí)導(dǎo)流,通過借助其他車道盡快讓車輛移動(dòng),防止過長時(shí)間的排隊(duì),只要能夠避免發(fā)生車輛堵塞滯留,道路交通能夠及時(shí)恢復(fù)。