柳曉康

(武警工程大學(xué) 西安 710086)

1 引言

城市交通問(wèn)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(zhǎng)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(guò)3萬(wàn)元的事故)對(duì)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(duì)道路通行能力無(wú)影響。研究發(fā)現(xiàn)，不同的車道發(fā)生事故對(duì)道路通行能力的影響程度不同；車輛排隊(duì)長(zhǎng)度、車速、排隊(duì)持續(xù)時(shí)長(zhǎng)與道路通行能力存在非線性關(guān)系。

2 模型與數(shù)據(jù)分析

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文數(shù)據(jù)來(lái)自2019年某地車管所道路交通錄像及部分監(jiān)測(cè)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(duì)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(zhǎng)(L)、駕駛員條件對(duì)通行能力的修正系數(shù)(fp=1)；

2.2 數(shù)據(jù)分析

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(guò)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(duì)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(guò)2.5米，小轎車車身寬度不超過(guò)1.8米，只有當(dāng)各個(gè)車道寬度不超過(guò)6米[(2.5+1.8)×3.5/2.5]不會(huì)對(duì)車輛通行起到太大的緩解作用，當(dāng)各個(gè)車道寬度超過(guò)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(duì)通行能力的折減系數(shù)fz為：

(1)

2.3 模型的建立

以紅綠燈的信號(hào)時(shí)長(zhǎng)為一周期，對(duì)每一周期內(nèi)所通過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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。

2.4 模型結(jié)果分析

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(shì)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(shì)，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(duì)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(shì)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(guó)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(guò)。

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(guò)。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(guò)。

2.5 道路通行能力影響因素建模

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(zhǎng)度可能也會(huì)對(duì)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(kù)對(duì)排隊(duì)長(zhǎng)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(zhǎng)度與實(shí)際通行能力存在非線性關(guān)系，排隊(duì)越長(zhǎng)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(zhǎng)度對(duì)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(zhǎng)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(zhǎng)度與實(shí)際通行能力回歸結(jié)果

利用Excel繪制L(排隊(duì)長(zhǎng)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(duì)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(zhǎng)度而言，排隊(duì)時(shí)間的長(zhǎng)短對(duì)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(shuō)明排隊(duì)長(zhǎng)度和排隊(duì)時(shí)間是影響道路交通的主要因素。

3 模型研究結(jié)論

本文借助三車道車輛交通信息對(duì)道路通行能力進(jìn)行建模分析，闡明交通事故對(duì)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(zhǎng)度對(duì)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(duì)道路通行能力的影響大于排隊(duì)長(zhǎng)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(duì)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(guò)借助其他車道盡快讓車輛移動(dòng)，防止過(guò)長(zhǎng)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)。