何雅琴 鄧 霞

(武漢科技大學汽車與交通工程學院 武漢 430081)

0 引 言

隨著城市化進程的加快和機動化水平的提高，車輛保有量增長迅速，城市交通事故的發(fā)生也日益頻繁.交通事故不僅帶來生命和財產(chǎn)的損失，也會對城市交通系統(tǒng)造成一定的負面影響.由于交通事故具有突發(fā)性和破壞性，如果事故點疏散不及時，將產(chǎn)生一系列連鎖反應，并導致大面積的交通擁堵，甚至交通中斷.因此，研究城市道路交通事故應急疏導對策，對于減少損失，快速恢復交通，具有重要的理論意義和現(xiàn)實價值.

目前，針對應急區(qū)域疏散以及潮汐交通采取的可變車道，作為一種新型交通組織方案被廣泛應用于城市交叉口.國內外學者對可變車道的應用也進行了一定的研究，Waleczek等[1]對可逆車道系統(tǒng)進行了交通流和道路安全影響分析，認為可變車道系統(tǒng)是一種實用、安全的智能交通管理工具.Liz[2]對可變車道疏散應急的研究表明設置可變車道后，應急延誤得到有效緩解.Wolshon等[3-4]在颶風災害時，運用了疏散逆向車道設置.Wang等[5]使用仿真軟件 DYNASMART提出容量再分派問題，分析研究應急疏散期間動態(tài)地控制車道逆向的策略問題.Bede等[6]指出可變車道能夠在現(xiàn)有道路基礎上很好地應對主要擁擠方向的交通量動態(tài)變化.張燦等[7]以交叉口進口道車道組的車均延誤為優(yōu)化目標，建立可變導向車道車均延誤模型，并繪制出信號交叉口進口道可變導向車道功能屬性改變的閾值曲線.張衛(wèi)華等[8]利用可變車道設置效果評價模型得到道路設置可變車道的速度臨界值，結合路段實時車輛行駛速度等交通流特征，可以較好的處理“潮汐交通”下道路擁堵問題.司倩倩[9]提出基于改進的最小費用流的逆向車道選擇及基于失效概率和失效后果的模型分析，對路網(wǎng)中影響最大或節(jié)約路網(wǎng)費用最多的路段進行疏散逆向管制，為突發(fā)事件下應急交通網(wǎng)絡組織管制提供疏散備選方案.蔡建榮等[10]以系統(tǒng)總出行時間最小為目標構建可變車道優(yōu)化的混合整數(shù)雙層規(guī)劃模型，有效緩解了因潮汐現(xiàn)象所導致的交通擁堵和道路資源閑置并存的問題.

綜上所述，國內外學者對可變車道的研究主要是應用于高速路、省道等公路網(wǎng)上的應急區(qū)域疏散，城市交叉口的潮汐交通，以及城市應急疏散網(wǎng)絡中整條路段的逆向管制，而缺乏針對城市道路交通事故發(fā)生路段短時間內采取可變車道疏導交通的應用研究.可變車道是指可以隨時根據(jù)交通流特征更改指示方向的車道，包括可逆車道和可變導向車道.可逆車道主要設置在路段上，可變導向車道主要設置在交叉口.可逆車道設置有利于提升道路利用率，另外由于臨時設置也不會增大交通吸引[11-12]，從而可以緩解由于事故占道造成的交通擁堵，有利于快速恢復交通運行.基于此，文中針對城市路段交通事故，對可逆車道在應急疏導中的設置方案及適用性進行研究，以期為交通管理部門在交通事故發(fā)生后疏導交通提供一定的決策依據(jù).

1 可逆車道設置條件

1.1 道路條件

城市路段設置應急可逆車道的道路條件為：①路段位于交叉口之間，假設不受兩端交叉口的影響；②路段至少為雙向3車道，且路中央無固定隔離帶，便于可逆車道起終點位置的布設；③路段長度適中，以保證車輛安全快速的駛入和駛出.

1.2 交通條件

設置應急可逆車道的交通條件為：①路段發(fā)生突發(fā)交通事件并產(chǎn)生交通擁堵；②路段要有相對充分的通行能力，可借對向車道實現(xiàn)可逆車道的應急疏導；③事故反向車道和對向車道服務水平無特定要求，無潮汐現(xiàn)象也可；④可逆車道設置后，不形成新的交通瓶頸.

1.3 其他條件

應急可逆車道的設置需要交通警察和專業(yè)人員到場協(xié)助布設.設置原則應滿足路段斷面車均延誤小于設置前斷面車均延誤原則，即疏導效率應大于0.

2 可逆車道設置方案

2.1 可逆車道長度

在事故路段進行應急可逆車道設置時，需要考慮該車道的長度.若車道過短，不利于車輛駛入駛出，從而疏導無效；若車道過長，不僅會影響對向車道進口道的車輛通行，增大對向車輛的通行延誤，還會由于車道清空時間過長而與事故消散后的正常直行車形成沖突，導致二次事故發(fā)生.徐嫚谷[13]在城市主干道交通擁擠態(tài)勢預測及評估研究中得到交通事故條件下車道占用對通行能力的折減系數(shù)，路段為雙向6車道時事故占道三車道的系數(shù)為0.00、兩車道為0.17、單車道為0.49.考慮事故占道情況、剩余通行能力和交通量不同導致排隊長度不同，占道越多交通量越大剩余通行能力越小時排隊長度越長，以資源節(jié)約型、不降低疏導效率和不影響對向車道進口道車輛通行為原則，本文提出應急可逆車道的長度應滿足：

(1)

式中：L逆為萬路段應急可逆車道的長度，m；L為事故發(fā)生后車輛排隊長度，m；L1為路段上行駛車輛的最大長度，m；L2為事故點與上游交叉口的距離，m；φ為可逆車道長度折減系數(shù)，其中事故占單車道時為0.51，事故占兩車道時為0.83，事故占三車道時為1.00.

2.2 可逆車道開閉時間

為滿足應急可逆車道能有效安全的保證車輛疏散，并且不過多占用對向車道，需對車道使用時間有一定的規(guī)定.因該可逆車道需交警或專業(yè)人員的到場布設，則起點開啟時間t應滿足：

t>(t1，t2)

(2)

式中：t1為接警響應時間,考慮事故點與警局的距離、出警速度和天氣環(huán)境等綜合因素，一般為5～10 min；t2為開始排隊時間，在不同交通量和不同事故占道情況下均表現(xiàn)不同，所以擬定應急可逆車道起點開啟時間為5 min.因事故結束后車輛排隊自行消散速度較快，擬定關閉時間為事故持續(xù)時間.

對向車道提前關閉對向行駛通道時間為

(3)

式中：t關為對向車道提前關閉時間，s；K為安全系數(shù)，可取1.0或1.2；v為對向車輛的平均速度，m/s，可通過實地測速取值.

對向車道開啟時間(可逆車道清空時間)為

(4)

式中：t開為對向車道開啟時間，s；K為安全系數(shù)，可取1.0或1.2；v′為最后一輛駛入可逆車道車輛的平均速度，m/s，可通過實地測速取值.

2.3 附屬設施

根據(jù)應急疏散案例經(jīng)驗，當發(fā)生突發(fā)交通事件時應立即在距可逆車道開口處前50，100和150 m處分別設置臨時應急標志和指示牌[14]，提示開口位置從而誘導車輛提前選擇可逆車道進行疏導.為保證安全通行，應急可逆車道還需設置相應的隔離設施，以防止跟對向車輛發(fā)生沖突.除此之外，交警的現(xiàn)場控制也是可逆車道正常使用的關鍵.

3 可逆車道應用適應性分析

3.1 基于VISSIM可逆車道應用仿真

3.1.1事故背景假設

假定城市路網(wǎng)中一長度為0.78 km的雙向6車道路段上發(fā)生一起兩車追尾交通事故，該路段設計車速為40 km/h，中央無固定隔離設施，交通構成為：car0.92，bus0.06，HGV0.02.事故發(fā)生位置在距離上游交叉口520 m處，不考慮路段兩端交叉口的影響，根據(jù)文獻[15]事故持續(xù)時間為20 min.利用VISSIM仿真里面的停車場功能模擬交通事故的發(fā)生，信號燈控制可逆車道的開閉，即事故方向車輛在綠燈亮時可借對向車道1(從中心線向外側，依次為車道1、車道2、車道3)進行應急疏導，此時可逆車道終點為紅燈，禁止對向車輛使用該段車道，疏導車輛將繞過事故點駛回原始方向車道.仿真軟件中調用車輛最長長度為11.54 m.本文分別模擬了事故占車道1、占車道1和車道2兩車道場景(因事故占車道1、2、3時排隊長度隨持續(xù)時間增加勢必會蔓延到上游交叉口，且剩余通行能力為0，若設置可逆車道會影響對向進口道車輛通行，這將違背設置原則，所以認為可逆車道不適用于該情況；事故占車道2、或占車道3、或占車道2和3時引起的車輛排隊主要靠道路外側，此時利用可逆車道進行疏導會導致各車道交通混亂，從而增加安全隱患和延誤，后續(xù)將不予考慮其應用).仿真運行圖見圖1～2.

圖1 事故占車道1時疏導效果圖

圖2 事故占車道1和車道2時疏導效果圖

3.1.2考慮各級服務水平下不同交通量的可逆車道長度

可逆車道長度的設置與事故車輛排隊長度和剩余通行能力相關，根據(jù)《城市道路設計規(guī)范》中一條車道通行能力建議值，取該路段一條車道通行能力為1 640 pcu/h[16].基于不同服務水平的V/C比，研究不同流量下的可逆車道長度，對應服務水平A～F級，可取流量分別為1 500，2 000/2 800，3 000/3 600，3 800/4 300，4 500/4 900，5 100 pcu/h，見表1.

表1 各級服務水平下交通量取值

基于VISSIM軟件分別模擬了不同事故占道情況下，事故發(fā)生后5，20和60 min的平均排隊長度(分別考慮可逆車道開啟前車輛排隊情況、事故持續(xù)時間內車輛排隊情況和路段小時平均排隊長度，分析各時間段流量和排隊相關性).結果(見表2和表3)表明：事故占車道1和車道2兩車道時交通量與事故發(fā)生后5 min的平均排隊長度相關性最強，事故占車道1時交通量與事故發(fā)生后20 min時的平均排隊長度相關性最強.所以事故占車道1和車道2時選取事故發(fā)生5 min后的排隊長度為可逆車道長度設置依據(jù)，事故占車道1時選取事故發(fā)生20 min后的排隊長度為可逆車道長度設置依據(jù).

表2 事故占車道1和車道2各時間段排隊長度

表3 事故占車道1各時間段排隊長度

根據(jù)式(1)對各占道情況排隊長度進行.

折減后得到最終各級服務水平交通量下的可逆車道設置長度.例：當事故占車道1，事故方向交通量為3 000 pcu/h，此時可逆車道不適用(22×0.51=11.22<仿真模型中調用車輛最大長度11.54 m)，可理解為車輛排隊自發(fā)的消散速度較快；當事故占車道1和車道2，事故方向交通量為4 500 pcu/h，此時可逆車道長度設置為214 m(258×0.83=214.14)，最終統(tǒng)計結果見表4.

通過對可逆車道長度與交通量進行數(shù)據(jù)分析，見圖3～4，得到以下關系式.

圖3 事故占車道1和車道2的可逆車道長度模型

y12=-8E-09X3+8E-05X20.180 8X+116.17

R2=0.998 8

(5)

y1=-5E-12X4+4E-08X3-

4E-05X2-0.161 8X+237.11

R2=0.962 2

在水資源利用方面，河道能夠在一定程度上調配水資源，實現(xiàn)對農業(yè)生產(chǎn)所需水資源的供給和滿足農村居民生活用水需要。但隨著水資源枯竭和污染等問題日益嚴重，河道的水資源調配功能大幅度降低，河道淤積問題在很多農村較為常見。這些趨勢不利于農村發(fā)展和農村居民收入水平的提高。因此，農村河道整治工作十分必要。

(6)

式中：y1為事故占車道1時可逆車道長度，m；y12為事故占車道1和車道2時可逆車道長度，m；X為事故方向交通量，pcu/h；R為相關系數(shù).

圖4 事故占車道1的可逆車道長度模型

通過以上函數(shù)關系可類推事故條件下任意交通量對應的可逆車道長度，此時事故點為可逆車道終點位置，可逆車道長度對應的事故點上游位置為起點位置.

3.1.3可逆車道開閉時間設置

根據(jù)上述對可逆車道開閉時間的定義，即在事故發(fā)生300 s時可逆車道綠燈開放，事故發(fā)生1 200 s時車道起點紅燈關閉.當對向車輛平均行駛速度為40 km/h，可逆車道長200 m，取安全系數(shù)1.2，則對向車道提前關閉時刻為第278 s(300-1.2×200/11.11).若最后一輛駛入可逆車道的車輛平均速度為40 km/h，則對向車道開啟時刻為第1 222 s(1 200+1.2×200/11.11).

3.2 應急疏導效果評價

本文采用應急疏導效率指標來評價可逆車道實施的效果，應急疏導效率是指城市交通事故發(fā)生后設置可逆車道前后路段斷面的車均延誤差值百分比，為

(7)

eij=(Aij-Bij)/Aij×100%

(8)

Aij=(ai×i+bj×j)/(i+j)

(9)

(10)

ai為可逆車道設置前事故方向交通量為i時20 min的平均延誤，s；bj為可逆車道設置前對向車道交通量為j時20 min的平均延誤，s；ci為可逆車道設置后事故方向交通量為i時20 min的平均延誤，s；dj為可逆車道設置后對向車道交通量為j時20 min的平均延誤，s；i為事故方向車道交通量，pcu/h；j為對向車道小時交通量，pcu/h；M為事故占道情況；情況一為事故占車道1和車道2兩車道、情況二為事故占車道1.

通過上述仿真運行，得到各方案疏導效果評價結果，統(tǒng)計見圖5～6.

圖5 事故占車道1和車道2時事故向和對向疏導效果

圖6 事故占車道1時事故向和對向疏導效果

由圖5～6可知：

1) 當事故方向交通量達到2 000 pcu/h以上,即B級服務水平以上應急可逆車道均適用.考慮為當交通量較少時產(chǎn)生排隊的速度與消散速度相當，車輛可自發(fā)有序的快速通過事故段，不需要其他措施輔助.而當事故向交通量較少對向交通量較大時，利用可逆車道進行應急疏導反而加大對向車輛延誤，導致斷面車均延誤增大，失去了緩解交通的意義.由圖可知在對向車道服務水平為A級、事故向交通量為2 000 pcu/h時有最大疏導效率，斷面車均延誤減少51.65%.當對向交通量低于3 600 pcu/h時，疏導效果較好，且隨對向交通量增大而減小.考慮為C級服務水平以內，事故向車輛可較好利用對向車道進行應急疏散，路段通行效率最大化.當對向交通量超過3 600 pcu/h，疏導效果減弱，但較事故占車道1的效果波動相對平穩(wěn).考慮為事故占兩個車道時車輛排隊主要通過可逆車道和車道3進行交通疏導，因此疏導效率比較穩(wěn)定.

2) 事故方向交通量需達到3 000 pcu/h，即C級服務水平以上才適用.考慮為單車道事故情況產(chǎn)生的排隊速度較慢，尤其是交通量較小時，排隊車輛可自發(fā)有序的利用剩余車道通過事故段，此時無需借助對向車道進行應急疏導.在適用范圍內，事故占車道1的疏導效率整體高于事故占車道1和車道2情況.當對向交通量低于3 600 pcu/h時，疏導效率隨對向交通量增大而減小的趨勢明顯.考慮為對向車道交通壓力較小時可有效地滿足來自事故向的交通應急疏導需求，一旦對向車輛過多時可逆車道將影響對向通行效率，從而降低該路段通行效率.當事故向交通量為4 300 pcu/h、對向車道處于A級服務水平時有最大疏導效率，斷面車均延誤減少57.08%.此時排隊車輛借助可逆車道和車道2、車道3進行應急疏導，所以車均延誤減少更多疏導效率更高.

4 結 束 語

文中針對城市路段交通事故，對可逆車道在應急疏導中的應用進行了研究，對其設置條件、設置方案、基本參數(shù)等進行了新的定義，提出了應急疏導評價模型，并利用VISSIM仿真對可逆車道的適用性進行了評價分析，結果表明：對于事故占用車道1和車道2兩車道，當事故向服務水平處于B級(2 000 pcu/h)，疏導效率最大；對于事故占用車道1時，在事故方向服務水平處于D級(4 300 pcu/h)時有最大疏導效率.本文以相關性最大原則選取相應排隊長度作為可逆車道設置基礎依據(jù)，綜合考慮資源節(jié)約和合理性，通過長度折減獲得了較好的仿真效果.同時建立了交通量與可逆車道長度的數(shù)學模型，并考慮事故占道情況對可逆車道應急疏導效率的影響.通過利用實測交通量等數(shù)據(jù)可計算出可逆車道設置方案的一系列參數(shù)，從而運用到實際路段上，這對快速解決城市交通事故引發(fā)的交通擁堵問題具有重要的現(xiàn)實意義.

本方案的不足之處在于：可逆車道的各項配套應急設施具有臨時性，只能單次使用，同時必需交警到場協(xié)助指揮，不具有自發(fā)性；仿真過程中車道的開閉模擬利用信號燈控制會造成不可避免的排隊現(xiàn)象，具有一定局限性，這與現(xiàn)實中人為智能選擇不太相符；仿真模型建立在城市道路路段上，未考慮交叉口延誤；可逆車道開口起點位置需手動設置，所以存在一定誤差.