高速公路收費(fèi)站通行能力探究及其應(yīng)用分析

[摘要]收費(fèi)還貸制度在很大程度上推進(jìn)了我國高速公路建設(shè)的發(fā)展。收費(fèi)站是高速公路的重要組成部分。收費(fèi)站的通行能力可以為確定其建設(shè)規(guī)模提供一定的理論依據(jù)，確定各個交通量以及不同服務(wù)水平下的收費(fèi)車道的通行能力具有非常重要的經(jīng)濟(jì)意義。作者基于國內(nèi)外對高速公路收費(fèi)站通行能力研究的基礎(chǔ)上，探究某地區(qū)高速公路收費(fèi)站的交通流特性，以期對該地區(qū)的高速公路收費(fèi)站建設(shè)有一定的參考借鑒作用。

[關(guān)鍵詞]高速公路；收費(fèi)站；通行能力；應(yīng)用分析

引言

國外非常重視公路通行能力的研究，并在該領(lǐng)域取得了很多的研究成果，但是我國有關(guān)高速公路通行能力的研究還處在起步階段。高速公路的收費(fèi)站是高速公路的重要組成部分，一般指的是為收取車輛的通行費(fèi)用而設(shè)立的交通設(shè)施，通常有收費(fèi)門（收費(fèi)島、遮蓬、收費(fèi)亭、收費(fèi)車道以及收費(fèi)機(jī)械）、收費(fèi)廣場和收費(fèi)所。通常而言收費(fèi)站的通行能力指的是在單位時間里正常情況下能夠通過收費(fèi)站最大車輛數(shù)，這里的正常情況是指在一定的服務(wù)水平下，顯然收費(fèi)車道的通行能力就決定收費(fèi)站的通行能力。

1 探究收費(fèi)站通行能力的意義

根據(jù)相關(guān)資料分析，在有效經(jīng)營的情況下，數(shù)量適中、設(shè)備較簡單的收費(fèi)設(shè)施的運(yùn)營成本與收入比例達(dá)到5%～10%；收費(fèi)設(shè)施的數(shù)量大于所需數(shù)量時，運(yùn)營的成本與收入比增大到10%～15%，甚至可以高達(dá)30%以上。有研究人士指出收費(fèi)廣場的規(guī)模及所需的車道數(shù)是由平均來車的間隔、每個收費(fèi)車道的通行能力和服務(wù)水平三個因素共同作用決定的。通過對收費(fèi)站通行能力的研究，可以為建設(shè)合理規(guī)模的高速公路收費(fèi)站提供強(qiáng)有力的理論依據(jù)，可以有效利用公路建設(shè)資金。從而確定各個交通量下、不同服務(wù)水平下的收費(fèi)車道的通行能力具有十分重要的經(jīng)濟(jì)意義。

2 收費(fèi)站通行能力研究

2.1 通行能力的方法簡介

要分析高速公路收費(fèi)站的通行能力就必須了解一定的收費(fèi)站通行能力的研究理論方法。目前在高速公路收費(fèi)站的分析中，大多數(shù)采用由美國的《交通流理論》和《日本高速公路設(shè)計規(guī)范》中所得出兩套公式，其均采用的是M/M/K模型，共同點(diǎn)都是：

①系統(tǒng)中沒有車輛的概率計算式：P(0)=

②系統(tǒng)中有n車輛的概率：P(n)=ρnn!P(0)

③在隊(duì)列中的平均等候時間：Wq=ρk/(k×k×μ(1- )2)P(0)

其中：ρ——交通強(qiáng)度或利用系數(shù)，ρ= ；λ——平均服務(wù)率，輛/秒；

P(n)——系統(tǒng)中有n輛車的概率；K——收費(fèi)的車道數(shù)。

一般美國的TRB與日本推導(dǎo)的平均排隊(duì)長度公式稍有不同，可參見相關(guān)計算手冊，值得注意的是以上提及的美國推導(dǎo)公式計算的平均排隊(duì)長稍微要小一點(diǎn)。國內(nèi)的收費(fèi)站通行能力研究方法主要是東南大學(xué)的M/G/1模型。該模型一般是適合于描述車輛到達(dá)和服務(wù)時間服從負(fù)指數(shù)分布一個服務(wù)臺的排隊(duì)系統(tǒng)。

3 應(yīng)用實(shí)例簡析

3.1 實(shí)例一——某地區(qū)的收費(fèi)站通行能力調(diào)查分析

3.1.1 數(shù)據(jù)調(diào)查

為了全面分析該地區(qū)的收費(fèi)站通行能力，本次調(diào)查的地點(diǎn)涵蓋了該地區(qū)的所有收費(fèi)站類型。調(diào)查的有關(guān)特性參數(shù)主要有：（1）收費(fèi)站類型、收費(fèi)車道數(shù)、收費(fèi)站上游高速公路車道數(shù)；（2）收費(fèi)站上游來車分布及強(qiáng)度、收費(fèi)站上下游不受收費(fèi)站影響處車流的平均速度；（3）各車型的服務(wù)以及離去的時間。調(diào)查中的交通量協(xié)同采集儀和攝像機(jī)，并且人工輔助采集。調(diào)查中的交通量采集儀用于采集交通的運(yùn)行和流量數(shù)據(jù)，同時也對各種車型的服務(wù)時間和離去時間進(jìn)行人工的記錄。

收費(fèi)廣場和收費(fèi)站上游路段連接處布置收費(fèi)站上游的交通量數(shù)據(jù)采集儀布置，收集進(jìn)入收費(fèi)系統(tǒng)的交通流來車的分布、流量和速度。攝像機(jī)通過圖像形式記錄經(jīng)過采集斷面車輛牌照和通過的時刻。收費(fèi)站下游的交通量數(shù)據(jù)采集儀布置在離收費(fèi)站650米處，用來收集交通流的流量和速度等，攝像機(jī)也是用來記錄通過采集斷面車輛牌照和通過的時刻。相關(guān)的調(diào)查人員則在收費(fèi)亭內(nèi)調(diào)查車輛的服務(wù)時間TS和離去時間TG。通過現(xiàn)場調(diào)查收費(fèi)站交通流運(yùn)行數(shù)據(jù)，掌握該地區(qū)的收費(fèi)站的運(yùn)營方式以及交通運(yùn)行規(guī)律。調(diào)查的數(shù)據(jù)較多，本文在此不做版述。

3.1.2 數(shù)據(jù)及收費(fèi)站通行能力分析

收費(fèi)車道的基本通行能力如下定義：道路與交通處于理想情況下，每一條收費(fèi)車道在單位時間內(nèi)能夠通過的最大交通量，其計算的公式為：CB=3600/(TS+TG)

式中：CB——收費(fèi)車道的基本通行能力，輛/h；TS——標(biāo)準(zhǔn)車服務(wù)的時間，s；

TG——標(biāo)準(zhǔn)車離去時間，s。

考慮實(shí)際道路交通情況以及調(diào)查結(jié)果分析的誤差允許范圍，本次的實(shí)際觀測的收費(fèi)車道大致可以滿足公式規(guī)定的理想道路條件。本次調(diào)查主要是利用小型車的服務(wù)時間和離去時間計算出不同類型收費(fèi)站收費(fèi)車道的基本通行能力。基于前面監(jiān)測的數(shù)據(jù)和本部分討論的計算理論，可以計算得出以下成果：封閉式收費(fèi)站收費(fèi)一側(cè)的基本通行能力為222輛/h，基本接近推薦值（220），封閉式收費(fèi)站領(lǐng)票一側(cè)的基本通行能力為477輛/h，同樣較為接近推薦值（480），均一制收費(fèi)站的基本通行能力為380輛/h(推薦值為380）。

本次研究的數(shù)據(jù)可以得出該地區(qū)的各種收費(fèi)站服務(wù)系統(tǒng)的車頭時距分布服從負(fù)指數(shù)分布，收費(fèi)車道一般多于一條。收費(fèi)站的當(dāng)前通行能力的確定后可以通過分析該市的現(xiàn)有收費(fèi)站交通流運(yùn)行狀況，之后建立符合實(shí)際情況的收費(fèi)站交通流模型并且確定各種收費(fèi)站形式中不同來車強(qiáng)度下和收費(fèi)車道的服務(wù)交通量，從而后續(xù)城市交通設(shè)計建設(shè)后時可以更準(zhǔn)確地建立收費(fèi)站通的行能力或者對現(xiàn)有的通行能力進(jìn)行改善。目前已有相關(guān)城市在研究收費(fèi)站通行能力的基礎(chǔ)上采取相關(guān)措施，實(shí)例二就說明了收費(fèi)站通行能力在改善后的效果。

3.2 實(shí)例二——收費(fèi)站通行量改善效果分析

貴州省非常重視提高收費(fèi)站的通行能力，自其高速公路實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)以來，高速公路“一卡通”提高了車輛的通行能力和高速公路使用率。從人工收費(fèi)到計算機(jī)收費(fèi)，從單路段計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)到實(shí)現(xiàn)全省聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)，收費(fèi)模式的優(yōu)化和技術(shù)手段的創(chuàng)新，使該地的高速公路營運(yùn)服務(wù)水平和經(jīng)營效益得以進(jìn)一步提升。高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)系統(tǒng)的開通，最大限度地減少了各路段高速公路上主線收費(fèi)站的設(shè)置。這一舉措不僅節(jié)省了建站成本和運(yùn)營管理成本，同時還減少通行車輛停車交費(fèi)的次數(shù)，從而提高了車輛的通行能力和高速公路使用率。目前該省在聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，貴有關(guān)單位還將啟動不停車收費(fèi)系統(tǒng)、車牌識別系統(tǒng)、自動發(fā)卡系統(tǒng)、視頻聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究和試點(diǎn)，力爭進(jìn)一步提升貴州省高速公路收費(fèi)和通行效率。該省的種種措施，是明顯看到了收費(fèi)站通行能力的重要性。

4 結(jié)語

我國關(guān)于收費(fèi)站通行能力的研究尚處于起步階段。文章主要通過分析該地區(qū)現(xiàn)有收費(fèi)站的交通流運(yùn)行狀況，從而根據(jù)這些數(shù)據(jù)來建立較為接近實(shí)際情況的收費(fèi)站交通流模型。同時進(jìn)一步確定在各種收費(fèi)站形式中，不同來車強(qiáng)度下，收費(fèi)車道的服務(wù)交通量，形成收費(fèi)站的通行能力指標(biāo)體系，為今后該地區(qū)乃至我國的收費(fèi)站的設(shè)計建設(shè)提供更為科學(xué)的參數(shù)。

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