城市道路出入口關(guān)鍵系數(shù)模型研究

劉金廣，戴 帥，顧金剛

（1.公安部道路交通安全研究中心，北京100062；2.公安部交通管理科學研究所，江蘇 無錫214151）

0 引言

隨著我國城市社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，機動車保有量迅速飆升，其在為人們交通出行帶來便利與快捷的同時，也增加了道路交通的安全隱患，降低了道路交通系統(tǒng)的運行效率。目前城市道路還是以“三塊板”道路居多，由于之前從交通便利性角度開設(shè)出入口，路段進出主路的出入口比較密集，當前嚴重影響著主路的運行效率，容易引發(fā)交通事故。因此，需要對城市道路出入口進行合理規(guī)劃與管理，以緩解交通壓力，保障交通運行效率。

對于道路出入口管理的研究，美國《交通工程手冊》（第4 版）中，對出入口每公里數(shù)量和發(fā)生的交通事故率進行了建模分析，對出入口的設(shè)置密度進行了建議，其主要從出入口管理宏觀層面，對出入口的數(shù)量和間距提出了建議[1]。美國《交通工程手冊》（第5 版）中，對出入口管理技術(shù)進行了介紹，包括減少、分離沖突點數(shù)量，限制出入口轉(zhuǎn)彎車輛，增加主路的物理隔離帶，出入口的交通渠化，緩沖車道的長度設(shè)計，增加主干道迂回支線等，其主要從出入口管理微觀層面，對出入口的交通組織與渠化進行了建議[2]。2005年，Gattis 等人從路段安全角度，分析了交通事故率與路段中央分隔帶、流量和出入口密度的關(guān)系，研究了中央分隔帶與用地使用類型的關(guān)系[3]。2008 年，Schultz 等人從交通安全角度，運用多元線性回歸方法，確定路段出入口管理技術(shù)與交通事故的關(guān)系，包括事故率、事故嚴重程度以及事故類型。研究表明，缺乏路段出入口管理技術(shù)，出入口密度、每公里信號燈數(shù)量、道路中央分隔帶等與交通事故數(shù)量及嚴重程度有重要的關(guān)系[4]。2009 年，Schultz 等人考慮了路段流量、信號燈間距、附近用地類型等因素，運用多元線性回歸方法分析了各種因素的關(guān)系，并建立了路段出入口優(yōu)先管理決策流程，為確定優(yōu)先路段進行出入口管理提供了理論方法，確定某些路段需要優(yōu)先進行出入口管理的建議，包括出入口信號控制以及增加中央分隔帶等[5]。2009 年，金兵鋒等人考慮了路段交通事故因素，運用回歸分析的方法，建立了道路出入口密度模型，得到了北京市懷柔城區(qū)路段出入口密度建議范圍[6]。2011 年，曹榮青通過對城市道路出入口間距與交通沖突點數(shù)量、事故率、通行能力之間的關(guān)系研究，確定了城市道路出入口間距影響因素和出入口間距設(shè)置的原則[7]。

目前對出入口管理的研究主要從宏觀出入口密度和微觀出入口斷面設(shè)計形式等方面進行考慮的，較少文獻從出入口管理中觀層面進行研究。本文從出入口管理中觀層面，對路段出入口關(guān)鍵系數(shù)進行了研究，能夠依據(jù)該項指標為出入口規(guī)劃與管理提供選擇決策依據(jù)，并且能夠為完善城市出入口管理體系提供參考與借鑒。

1 出入口關(guān)鍵系數(shù)

1.1 定義

出入口關(guān)鍵系數(shù)的概念本文定義為，從出入口交通流量、交通事故、運行速度、視距影響四個方面，分析路段中出入口相對于其他路段出入口的關(guān)鍵性，定量化描述出入口相對分析路段所有出入口關(guān)鍵性的數(shù)值即為出入口關(guān)鍵系數(shù)。下文首先分析四個影響要素的系數(shù)，然后構(gòu)建出入口關(guān)鍵系數(shù)模型。

1.2 出入口流量系數(shù)

從交通流量角度分析路段出入口相對于分析路段的關(guān)鍵性，用出入口流量系數(shù)（Ca）表征。在某一時間段內(nèi)，進出出入口的交通流量與主路的交通流量之比為出入口流量系數(shù)，如式（1）所示。出入口流量系數(shù)可以反映路段出入口車輛進出主路的需求強度，也可以反映出入口周邊不同性質(zhì)的用地對于出入口的需求利用程度。出入口流量系數(shù)越大，表明出入口進出車輛需求強度越大，出入口關(guān)鍵系數(shù)越大；反之，出入口流量系數(shù)越小，表明出入口進出車輛需求強度越小，出入口關(guān)鍵系數(shù)越低。

式中：fa——出入口進出流量，pcu/h；

fm——主路通行流量，pcu/h。

1.3 出入口交通事故系數(shù)

從交通事故角度分析路段出入口相對于分析道路的關(guān)鍵性，用出入口交通事故系數(shù)（Cc）表征。某出入口處的年百萬車事故率與整條道路路段的年百萬車事故率之比為出入口交通事故系數(shù)，如式（2）所示。出入口交通事故系數(shù)可以反映出入口對路段的安全影響。出入口交通事故系數(shù)越高，表明出入口對主路的安全影響越大，出入口關(guān)鍵性越高；反之，出入口交通事故系數(shù)越低，表明出入口對主路的安全影響越小，出入口關(guān)鍵性越低。

式中：Ra——出入口百萬車事故率，次/百萬輛車；

Rm——主路百萬車事故率，次/百萬輛車。

1.4 出入口運行速度系數(shù)

從交通運行速度角度分析路段出入口相對于分析道路的關(guān)鍵性，用出入口運行速度系數(shù)（Cv）表征?？紤]在出入口進出車輛影響下的主路平均運行速度與不受出入口進出車輛影響下的主路平均運行速度的關(guān)系，如式（3）所示。主路運行速度系數(shù)可以反映出入口對主路運行速度的影響程度。主路運行速度系數(shù)越高，表明出入口對主路的運行速度干擾越大，出入口的關(guān)鍵性越高；反之，主路運行速度系數(shù)越低，表明出入口對主路的運行速度干擾越小，出入口的關(guān)鍵性越低。

式中：Va——受出入口進出車輛影響時的主路平均運行速度，km/h；

Vm——不受出入口影響時的主路平均運行速度，km/h。

1.5 出入口視距影響系數(shù)

當前城市道路出入口存在視距受阻的現(xiàn)象，對主路的交通運行和交通安全都具有重要的影響，用出入口視距影響系數(shù)（Cd）表征對出入口關(guān)鍵系數(shù)的影響。為了便于計算，本文定義存在視距影響的出入口視距影響系數(shù)為“1”，表明出入口的關(guān)鍵系數(shù)大；沒有視距影響的出入口視距影響系數(shù)為“0”，表明出入口的關(guān)鍵系數(shù)小。

1.6 計算模型

結(jié)合出入口關(guān)鍵系數(shù)的定義，通過以上四方面因素影響分析，可以構(gòu)建出入口關(guān)鍵系數(shù)模型，如式（4）所示。

式中：C——出入口關(guān)鍵系數(shù)；

w1——出入口流量系數(shù)的權(quán)重值；

w2——交通事故系數(shù)的權(quán)重值；

w3——運行速度系數(shù)的權(quán)重值；w4——出入口視距影響系數(shù)的權(quán)重值。

2 應(yīng)用分析

本文選取某市城區(qū)一條主干路的17 個出入口為例進行路段出入口關(guān)鍵系數(shù)分析。隨著近年來機動車數(shù)量的迅速增長，由于路段出入口密度過大引發(fā)多起交通事故，影響了整條道路的交通暢通，出入口問題已引起當?shù)赜嘘P(guān)部門的重視。以下應(yīng)用本文的出入口關(guān)鍵系數(shù)計算方法，分析得到路段17 個出入口的關(guān)鍵系數(shù)，并進行了出入口關(guān)鍵性分類，計算結(jié)果可以為該路段出入口規(guī)劃與管理提供決策參考。具體計算過程如下。

首先為進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析，應(yīng)用數(shù)據(jù)規(guī)范統(tǒng)一化的方法，得到四項影響指標的數(shù)據(jù)，如表1所示。

利用統(tǒng)計分析軟件對規(guī)范化數(shù)據(jù)進行相關(guān)性分析，分析結(jié)果如表2所示。從表中可以看出，出入口流量系數(shù)、交通事故系數(shù)、運行速度系數(shù)和出入口視距系數(shù)之間的相關(guān)系數(shù)均小于0.800，認為四項數(shù)據(jù)之間不相關(guān)。

表1 統(tǒng)計數(shù)據(jù)

表2 數(shù)據(jù)相關(guān)性分析

計算各因素的權(quán)重應(yīng)用標準離差法，即一般地，如果某個指標的標準越大，就表明其指標的變異程度越大，提供的信息量越大，在綜合評價中所起的作用越大，則其權(quán)重也應(yīng)越大。反之，某指標的標準差越小，就表明其指標的變異程度越小，提供的信息量越小，在綜合評價中所起的作用越小，則其權(quán)重也應(yīng)越小。經(jīng)過計算，各指標的權(quán)重如表3所示。

表3 各因素的權(quán)重

因此得到該路段出入口關(guān)鍵性系數(shù)計算公式，如式（5）所示，可以得到該路段17個出入路的關(guān)鍵性系數(shù)（見表1）。

綜上，利用統(tǒng)計分析軟件，應(yīng)用聚類分析法，依據(jù)出入口關(guān)鍵系數(shù)可以把路段17 個出入口分為3 類，定義出入口關(guān)鍵系數(shù)在（0.765，0.839）為高等級，此類出入口有3 個；定義出入口關(guān)鍵系數(shù)在（0.422，0.545）為中等級，此類出入口有6 個；定義出入口關(guān)鍵系數(shù)在（0.008，0.220）為低等級，此類出入口有8 個。因此，依據(jù)出入口關(guān)鍵等級的不同，可以在進行規(guī)劃或管理過程為決策提供參考。

3 結(jié)語

城市出入口管理對于保障交通運行、提高交通安全具有重要的意義。本文基于城市道路出入口流量、交通事故、運行速度和視距方面，提出了城市道路出入口關(guān)鍵性的計算方法，可以為城市道路出入口規(guī)劃與管理提供決策參考。

[1] James L Pline. Traffic Engineering Handbook[M]. 4th ed.Washington D. C.： Institute of Transportation Engineers,1992：377-383.

[2] James L Pline. Traffic Engineering Handbook[M].5th ed. Washington D. C.： Institute of Transportation Engineers,1999：306-347.

[3] J L Gattis, Ramasubramaniyan Balakumar, Lynette K Duncan. Effects of Rural Highway Median Treatments and Access[C/CD]. 2005 TRB Annual Meeting.Washington D.C.：Transportation Research Board,2005.

[4] Grant G Schultz, Kordel T Braley, Tim Boschert. Correlating Access Management with Crash Rate, Severity, and Collision Type[C/CD]. 2008 TRB Annual Meeting. Washington D.C.：Transportation Research Board,2008.

[5] Grant G Schultz, Kordel T Braley, Tim Boschert. Prioritizing Aaccess Management Implementation[C/CD]. 2009 TRB Annual Meeting. Washington D. C.： Transportation Research Board,2009.

[6] Jin Bing-feng, Yang Xiao-kuan．Application of Access Management Technique in HuaiRou Traffic Control Program[C/CD]. 2009 TRB Annual Meeting. Washington D.C.：Transportation Research Board,2009.

[7] 曹榮青.城市道路出入口間距確定的理論方法研究[D].西安：長安大學，2011.