柳曉康

(武警工程大學 西安 710086)

1 引言

城市交通問題嚴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間的擁堵,造成公共交通資源的浪費，因此合理規(guī)劃城市道路交通,及時處理意外交通事故,疏通堵塞路段具有現實經濟價值和意義。車道被占用是指因交通事故、路邊停車、占道施工等因素，導致車道或道路橫斷面通行能力在單位時間內降低的現象。由于城市道路具有交通流密度大、連續(xù)性強等特點，及時疏通車道就需要合理調配資源統籌分析。

本文借助某十字路口兩時段通行車輛發(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，或者財產損失不超過3萬元的事故)對道路通行能力的影響進行定量分析。假設行人、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，不同的車道發(fā)生事故對道路通行能力的影響程度不同；車輛排隊長度、車速、排隊持續(xù)時長與道路通行能力存在非線性關系。

2 模型與數據分析

2.1 數據來源

本文數據來自2019年某地車管所道路交通錄像及部分監(jiān)測數據。結合實際交通要素，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(fZ)、機動車道寬度(WO)、車行道的基本通行能力(QL)、第i周期的車輛數(qi)、第i周期車次的通行時間(ti)、車行道的實際通行能力(QS)、信號周期(T)、上游路口至事發(fā)地點的路程(S)、車輛排隊的隊長(L)、駕駛員條件對通行能力的修正系數(fp=1)；

2.2 數據分析

本文所用數據包括車輛型號、車道寬度、車速等。根據車牌將車輛進行標準化，用于度量車道的通行能力(指道路上某一路段單位時間內通過某一斷面的最大車輛數，單位：輛/小時)。另外根據交規(guī)標準的車道寬度為3.5m, 當車道寬度大于該值時，不影響通行能力；當車道寬度小于該值時，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，具體的效應參見文獻[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，只有當各個車道寬度不超過6米[(2.5+1.8)×3.5/2.5]不會對車輛通行起到太大的緩解作用，當各個車道寬度超過6米，相當于三車道變四車道，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見表一。

表1 各類車輛通性能力折算技術

車道寬度對通行能力的折減系數fz為：

(1)

2.3 模型的建立

以紅綠燈的信號時長為一周期，對每一周期內所通過的車輛數進行統計，并根據車輛型號進行標準化核算。然后計算每一波次的車輛通過事故點的時間，最后計算出基本通行能力和從上游路口到事發(fā)地點的平均速度。

(2)

車行道的實際通行能力：QS=QL×fz×fp

(3)

單行三通道經過車輛計算：

(4)

式中：q紅—上游路口紅燈時，右轉向經過的車輛；

單行三通道基本通行能力的計算：

(5)

t內—內側通道由上游路口行駛至事故地點的時間；t中—中間通道由上游路口行駛至事故地點的時間；t外—外側通道由上游路口行駛至事故地點的時間。

2.4 模型結果分析

利用模型將時段一的數據進行整理分析，表示出15個周期內的通行能力數據，可得到圖1。

圖1 時段一通行能力趨勢線

由圖1可知：當事故發(fā)生時，1～4周期實際通行能力迅速減弱，第5周期通行能力稍微提升，5～14周期內屬于事故處理，通行能力會持續(xù)在一個較低的穩(wěn)定水平，但11～12周期內通行水平有下降趨勢，結合實際數據發(fā)現此時道路通行4輛大型車，所以對整體穩(wěn)定水平有所影響，第15周期后交通恢復正常。擁堵周期為2～15。

由圖2可知：時段一道路通行能力迅速下降，時段二事故發(fā)生時，1～10周期實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正常。擁堵周期為10～18。引發(fā)此種現象的原因在于事故發(fā)生車道不同。

圖2 兩時段道路通行能力趨勢線

時段一的通行能力迅速降低的原因是：內道(左車道)發(fā)生事故，時段二是外道(右車道)發(fā)生事故。時段一左轉流量大于右轉流量，但此時僅右轉車道可以通行，時段二僅左轉車道可以通行，再者中國交通道路法的相關規(guī)定超車方向從前一輛車的左側超過。

圖3 時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，車輛轉向中車道行駛，外車道和中車道通行能力急劇下降，內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。

2.5 道路通行能力影響因素建模

綜合分析兩時段的道路通行能力發(fā)現事故持續(xù)時間、路段上游車流量、車輛排隊長度可能也會對通行能力造成影響，現在具體建模擬合他們之間的關系。首先利用Excel數據庫對排隊長度和實際通行能力、持續(xù)時間、上游車流量進行相關性檢驗。從表2結果可知，相關系數為corr(L,P1)=-0.2659，R2=0.071<0.7，排隊長度與實際通行能力存在非線性關系，排隊越長道路的通行能力越差；從數據上分析，相關系數僅為-0.2659，所以排隊長度對道路通行能力的影響不是很大，兩者的負相關性不是很強。

表2 排隊長度與實際通行能力相關性檢驗結果

表3 排隊長度與實際通行能力回歸結果

利用Excel繪制L(排隊長度)與P1(通行能力×持續(xù)時間)的散點圖，兩者之間存在指數相關性(corr=0.7578)，利用stata對數據進行擬合，曲線擬合優(yōu)度R2=0.97，拒絕原假設的P值趨近0。最終得出如下表達式：

L=0.387×1.033Q×T

(6)

P1=Q×T

(7)

表4 檢驗結果

由式(6)可知，道路通行能力和排隊持續(xù)時間也成反比，相較于排隊長度而言，排隊時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反比關系，加入排隊時間影響因素后，P1與L之間的相關系數提升到0.7578；并且曲線的擬合優(yōu)度更高(0.97)，說明排隊長度和排隊時間是影響道路交通的主要因素。

3 模型研究結論

本文借助三車道車輛交通信息對道路通行能力進行建模分析，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。利用實際的數據檢驗道路通行能力和影響因素之間的數量關系。得出下列結論：

(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、內車道轉移，中車道車速下降，內車道短期車速反而有所提升。

(2)內車道發(fā)生事故，三車道通行能力可保持階段穩(wěn)定，第10周期后才會下降。

(3)事故點到紅綠燈的排隊長度對道路通行能力有直接影響，兩者存在非線性關系；排隊時間對道路通行能力的影響大于排隊長度；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，持續(xù)時間在15個周期以內。

基于以上結論，對于解決紅綠燈附近的一般交通事故首要任務就是及時導流，通過借助其他車道盡快讓車輛移動，防止過長時間的排隊，只要能夠避免發(fā)生車輛堵塞滯留，道路交通能夠及時恢復。