林子超,張家龍

（山東省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,山東 濟(jì)南 250014）

0 引言

影響車流效率與安全的因素有三個(gè)：（1）道路條件；（2）載重車輛類型及其比例；（3）駕駛員特性。根據(jù)國(guó)內(nèi)外研究[1-3]發(fā)現(xiàn)，貨車對(duì)交通流的影響遠(yuǎn)大于折算成小客車后產(chǎn)生的影響，且會(huì)在一定程度上影響其他車輛駕駛員。因此在不改變道路條件和駕駛員群體的條件下，如何降低貨車對(duì)交通流的影響顯得尤為重要。目前客貨分離在高速公路上的應(yīng)用較為普遍。國(guó)內(nèi)外學(xué)者也已經(jīng)逐步開展相關(guān)研究[4-6]，并對(duì)實(shí)施后效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，而對(duì)于高密度流的實(shí)施效果分析較為匱乏。

該文依托相關(guān)項(xiàng)目，收集高速公路正常情況下的交通流數(shù)據(jù)，利用微觀仿真軟件可視性強(qiáng)、可重復(fù)模擬與成本低的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于高密度交通流進(jìn)行模擬研究，從而得到實(shí)際情況下難以收集的交通流數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析研究，為提升高速公路通行效率與安全提供建議。

1 仿真軟件的選取

交通仿真是一種模擬交通流隨時(shí)、空間變化的技術(shù)，具有直觀性、準(zhǔn)確性與靈活性的優(yōu)點(diǎn)，可以高效地模擬道路交通流，運(yùn)用交通仿真軟件對(duì)微觀層面上的交通問(wèn)題進(jìn)行模擬仿真，可以得到較為準(zhǔn)確的交通流數(shù)據(jù)[7]。因此，相關(guān)部門與科技研究人員加大了對(duì)仿真軟件的研究力度，并推出側(cè)重宏觀、中觀和微觀三個(gè)層次的仿真軟件。

該文研究高密度流條件下，客貨分離對(duì)于交通流的影響，評(píng)價(jià)指標(biāo)采用平均速度、旅行時(shí)間與換道次數(shù)等，因此微觀仿真軟件符合研究需求。目前，得到國(guó)內(nèi)外學(xué)者認(rèn)同的主流微觀交通仿真軟件包括Vissim、SimTraffic、Corsim、Paramics、AIMSUM 等[8]。

Vissim是多目標(biāo)的仿真軟件，具有靈活的模塊功能，可以仿真車輛感應(yīng)信號(hào)控制、車道配置和路口幾何條件、市區(qū)道路港灣式停車站、高速公路交織最優(yōu)車道組合設(shè)置等。同時(shí)，Vissim是一款包含交通情景的交通模擬器，Vissim相比其他微觀仿真軟件具有更強(qiáng)大的細(xì)節(jié)建模能力，能夠勝任該研究的建模工作，且Vissim在路網(wǎng)描述、車道描述、通信功能、車輛駕駛模型方面的功能特點(diǎn)更符合該研究的需求。

2 仿真環(huán)境校正

在利用仿真軟件模擬交通流前，需要根據(jù)采集的交通流數(shù)據(jù)對(duì)Vissim中的車輛模塊與駕駛員模塊進(jìn)行參數(shù)校正，保證仿真效果真實(shí)有效。

2.1 交通流數(shù)據(jù)采集

交通流數(shù)據(jù)采集是為仿真環(huán)境的建立提供數(shù)據(jù)支持。該文研究的是高密度流下客貨分離交通流特征，在數(shù)據(jù)調(diào)查時(shí)應(yīng)選取短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量交通甚至產(chǎn)生擁堵的時(shí)間段。因此，選取節(jié)假日期間高峰小時(shí)作為采集時(shí)間段，采集高速公路擁堵狀態(tài)下的交通流數(shù)據(jù)。該次研究在山東高速公路上完成數(shù)據(jù)采集工作，采集地點(diǎn)包括濟(jì)南南互通立交段、青銀高速唐王立交段、濟(jì)南繞城高速港溝樞紐立交段等。采集儀器選用NANO-L型道路激光分型測(cè)量?jī)x，此儀器具有高精度、體積小、便攜、布設(shè)方便且對(duì)駕駛員干擾較小的特點(diǎn)，測(cè)量的數(shù)據(jù)可信度高。該儀器獲取的斷面車流數(shù)據(jù)包括車型、車輛速度與車頭時(shí)距等，為仿真環(huán)境監(jiān)理提供數(shù)據(jù)支持。

2.2 車型校正

車型標(biāo)定包括小客車與貨車車型校正。分析收集的數(shù)據(jù)，并且在調(diào)查中隨機(jī)選取了7 633個(gè)小客車數(shù)據(jù)，對(duì)車長(zhǎng)統(tǒng)計(jì)分析，確定小客車車長(zhǎng)分布區(qū)間，分布直方圖如圖1所示，小客車車長(zhǎng)分布基本處于（3.9，4.5]區(qū)間內(nèi)。小客車車長(zhǎng)選用4.0 m、4.2 m、4.4 m三個(gè)數(shù)值作校正值，并且在仿真軟件中按比例輸入。研究表明，保持最低舒適性的小客車寬度應(yīng)接近2 m，而大于2 m不利于泊車與駕駛，因此仿真實(shí)驗(yàn)取用寬度2 m作為標(biāo)準(zhǔn)值。

圖1 小客車車長(zhǎng)區(qū)間分布

根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研，中型與重型卡車是卡車主力車型，且在未來(lái)會(huì)保持一定量的增長(zhǎng)。其中，EQ-140東風(fēng)卡車為我國(guó)道路規(guī)范研究使用的代表車型，車長(zhǎng)6.91 m，車寬2.47 m，載重總重12.6 t，總功率117 kW，比功率為9.3 kW/t。重型卡車具有代表性的車型為由東風(fēng)天龍牽引車DFL4251A9+罐式半掛東岳CSQ9401GYY組合的6軸鉸接列車，該組合車型車長(zhǎng)12 m，車寬2.5 m，整備質(zhì)量為8.5 t，準(zhǔn)牽引總質(zhì)量為40 t，發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率250 kW，比功率為5.2 kW/t。因此，此次仿真選取EQ-140東風(fēng)卡車與東風(fēng)天龍牽引車DFL4251A9+罐式半掛東岳CSQ9401GYY組合的6軸鉸接列車作為貨車代表車型。

2.3 駕駛員模型校正

駕駛員模型校正包括駕駛員參數(shù)敏感性分析與參數(shù)取值。在Vissim軟件中駕駛員參數(shù)包括跟車變量、停車間距、車頭時(shí)距、進(jìn)入跟車狀態(tài)的閾值、消極跟車狀態(tài)的閾值、積極跟車狀態(tài)的閾值、觀察到的車輛，應(yīng)依次進(jìn)行敏感性分析。

跟車變量（cc2）是仿真軟件中前后車的縱向擺動(dòng)約束，是指在后車有意識(shí)地接近前車之前，后車駕駛員所允許的車輛間距大于目標(biāo)安全距離的部分，仿真模擬取值為：1 m、2 m、3 m、4 m、5 m、6 m。以15 min為一次仿真段，進(jìn)行6次試驗(yàn)，將不同取值模擬出的平均速度整理如表1。為了提高分析的準(zhǔn)確性，將數(shù)據(jù)保留至小數(shù)點(diǎn)后三位。

表1 車輛平均速度 /（km/h）

使用SPSS數(shù)據(jù)分析軟件對(duì)仿真得到的平均速度進(jìn)行方差分析，通過(guò)方差分析可以得出，跟車變量對(duì)于平均速度具有顯著影響（p=0.274>0.05）。

通過(guò)上述方式一次檢驗(yàn)停車間距、車頭時(shí)距、進(jìn)入跟車狀態(tài)的閾值、消極跟車狀態(tài)的閾值、積極跟車狀態(tài)的閾值、觀察到的車輛參數(shù)，依次得出的p值為：0.979，0，0.967，0.8，0.906。在仿真中，以平均速度為評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)，對(duì)于輸出結(jié)果具有敏感性的基本參數(shù)為停車間距、車頭時(shí)距。

敏感性參數(shù)選取停車間距與車頭時(shí)距，每個(gè)參數(shù)選取三個(gè)水平值組合實(shí)驗(yàn)，共需要9次，待標(biāo)定參數(shù)水平因素表見表2。

表2 A和B待標(biāo)定參數(shù)水平因素表

為了直觀地比較不同水平值組合效果，實(shí)驗(yàn)將定義Vsrab（Velocity of simulated result）為AaBb組合下的仿真實(shí)驗(yàn)輸出值，定義Vmr（Velocity of measuring result）為實(shí)測(cè)平均速度值，其取值為73.65 km/h，建立目標(biāo)函數(shù)見式1：

經(jīng)計(jì)算，當(dāng)在車頭時(shí)距取值1.2、跟車變量取4的參數(shù)組合下，其仿真結(jié)果最優(yōu)。

3 客貨分離效果的仿真分析

3.1 仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

為了充分比較不同交通量、客貨比、限制車道數(shù)條件下客貨分離的應(yīng)用效果，該次仿真將搭建雙向四與六車道高速公路路段，同時(shí)設(shè)置對(duì)照組，具體實(shí)施情況圖2。

圖2 客貨分離方案設(shè)計(jì)

3.2 客貨分離效果評(píng)價(jià)

該文研究高密度流條件下，高速公路實(shí)施客貨分離方案后的效果，需要從行車效率與行車安全兩個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。Vissim軟件可以輸出多項(xiàng)指標(biāo)值，包括平均速度、旅行時(shí)間、排隊(duì)長(zhǎng)度與延誤時(shí)間。該次研究需要從宏觀上把握整個(gè)交通流特征，不考慮微觀指標(biāo)。因此，采用平均速度作為評(píng)價(jià)指標(biāo)；在安全方面，選用換道次數(shù)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

通過(guò)運(yùn)行仿真軟件，得出結(jié)果整理如圖3、圖4。

圖3 平均速度

圖4 換道次數(shù)

雙向四車道高速公路，采取客貨分離措施后，交通流平均速度較未實(shí)施前呈上升趨勢(shì)，且提升的值隨著交通量與貨車比例的提升逐漸提高，換道次數(shù)明顯降低。換道次數(shù)隨著交通量的提升呈現(xiàn)出先增加后減少的趨勢(shì)，分析認(rèn)為，隨著交通量的增加，道路上車輛間的間隙減少，導(dǎo)致車輛換道次數(shù)減少。

對(duì)于雙向六車道高速公路，采取客貨分離措施后，交通流平均速度較未實(shí)施前呈上升趨勢(shì)，實(shí)施效果上內(nèi)側(cè)兩條車道禁止貨車駛?cè)氲男Ч黠@，同時(shí)該方案換道次數(shù)明顯降低。換道次數(shù)隨著交通量的提升呈現(xiàn)出先增加后減少的趨勢(shì)，分析認(rèn)為，隨著交通量的增加,道路上車輛間的間隙減少，導(dǎo)致車輛換道次數(shù)減少。

4 結(jié)論與展望

從仿真結(jié)果來(lái)看，對(duì)于雙四與雙六車道，實(shí)施客貨分離，限制貨車駛?cè)雰?nèi)側(cè)車道可以有效地改善高密度流狀態(tài)下的通行效率與安全問(wèn)題。

該次研究力求邏輯嚴(yán)謹(jǐn)與方法科學(xué)，以得到有說(shuō)服力的交通流數(shù)據(jù)，為快速的疏散高密度交通流提供依據(jù)，但是受數(shù)據(jù)采集與軟件功能的限制，該次研究有其局限性，以后的研究可以從以下幾個(gè)方面考慮：

（1）細(xì)化高速公路出入口特征段。

（2）調(diào)整貨車比例、路段車道數(shù)、客車與貨車的類型等，以增大適用范圍。

（3）研究客車與貨車在不同服從率下的交通流特征。