單純小客車為主的雙車道公路交通流特性調(diào)查分析

范偉康 韓寶睿

摘要：單純以小客車為主的雙車道公路是雙車道公路較為特殊的一種情形，對(duì)其交通流特性及其影響因素進(jìn)行具體的描述。通過選定具有代表性的調(diào)查地點(diǎn)，實(shí)地進(jìn)行交通量、地點(diǎn)速度、車頭時(shí)距等參數(shù)的調(diào)查，采集交通流數(shù)據(jù)，使用數(shù)理統(tǒng)計(jì)等方法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，得到不同道路參數(shù)條件下的交通流參數(shù)特征及影響因素，從而能夠?yàn)槌鞘须p車道公路的設(shè)計(jì)、建設(shè)以及交通管理與控制提供一定的參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：交通流；雙車道公路；交通調(diào)查；小客車

中圖分類號(hào)：S713；U49

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-005X（2015）04-0134-06

單純以小客車為主的雙車道公路較為少見，國內(nèi)外對(duì)其研究也相對(duì)缺乏，而南京市紫金山龍脖子路為此類交通提供了較好的樣本，從線形、交通組成、區(qū)位等方面均具備很好的代表性。本文通過對(duì)其交通流特性進(jìn)行分析，得出此類道路的運(yùn)行規(guī)律，為城市雙車道公路的交通管控及設(shè)計(jì)提供一定的依據(jù)，有助于緩解城市交通擁擠和城市的交通集約化。且此類公路由于是以小客車為主，無需考慮車輛折減系數(shù)，便于和規(guī)范做參照對(duì)比。

1 交通流數(shù)據(jù)調(diào)查

1.1 數(shù)據(jù)采集的地點(diǎn)和時(shí)間

1.1.1 選取數(shù)據(jù)觀測(cè)點(diǎn)

龍脖子路橫穿紫金山，西起太平門，東至中山植物園，途徑紫金山索道，由太平門路和植物園路構(gòu)成，是一條雙向雙車道公路，道路基本寬度約5.5m。其不僅是進(jìn)入中山陵景區(qū)的要道，也是南京東城區(qū)和西城區(qū)的主要通勤要道，全線交通流主要由小客車組成。此外，龍脖子路依山而建，全程分布多條曲線，最小轉(zhuǎn)彎半徑約為125m，對(duì)于選取不同線形的觀測(cè)地點(diǎn)較為有利。路段如圖1所示。

觀測(cè)點(diǎn)1：直線段。選取的直線段坡度較小，近似認(rèn)為平直路，作為其他路段對(duì)比的參照對(duì)象。該觀測(cè)點(diǎn)近太平門起點(diǎn)處，道路總寬5.5m，兩側(cè)側(cè)向凈寬均為0.3m，單車道寬2.5m。

觀測(cè)點(diǎn)2：平曲線段。選取的觀測(cè)點(diǎn)近紫金山索道，道路總寬6.2m，外側(cè)向凈寬0.5m，內(nèi)側(cè)向凈寬0.3m，車道寬2.8m，外側(cè)車道轉(zhuǎn)彎半徑約125m，內(nèi)側(cè)車道轉(zhuǎn)彎半徑約120m。

觀測(cè)點(diǎn)3：斜坡段。選取的路段位于琵琶湖景區(qū)入口處，道路總寬5.8m，兩側(cè)側(cè)向凈寬均為0.3m，單車道寬2.6m，坡度5%～6%。

1.1.2 數(shù)據(jù)采集的時(shí)間

龍脖子路為南京城西與城東的通勤要道，具備通勤特性，數(shù)據(jù)采集以早晚高峰小時(shí)段為宜。選取晚高峰小時(shí)（17： 00～18： 00）作為數(shù)據(jù)采集時(shí)間，并主要進(jìn)行5次調(diào)查。

1.2 調(diào)查方法

（1）交通量調(diào)查。本次交通量調(diào)查主要采用人工調(diào)查法。安排調(diào)查人員在選取的觀測(cè)點(diǎn)按調(diào)查方案每隔5min分方向計(jì)數(shù)，觀測(cè)1h，每個(gè)地點(diǎn)共觀測(cè)24組數(shù)據(jù)。

（2）車速調(diào)查。本次車速調(diào)查主要針對(duì)地點(diǎn)車速，采用人工調(diào)查法與雷達(dá)測(cè)速儀法，并將兩種方法采集到的數(shù)據(jù)相互補(bǔ)充。

人工調(diào)查法是在調(diào)查的路段上選取一段很短的距離l（本次調(diào)查取15m），然后實(shí)測(cè)車輛通過該距離所需的時(shí)間t（s）值，用公式（1）計(jì)算速度值。

使用雷達(dá)測(cè)速儀時(shí)需注意隱蔽，避免人群圍觀及駕駛員的警惕心理以保證所測(cè)數(shù)據(jù)的真實(shí)性。測(cè)量時(shí)應(yīng)盡量保證雷達(dá)槍正對(duì)來車以減少測(cè)量誤差，正對(duì)有困難時(shí)，應(yīng)使雷達(dá)槍與車輛運(yùn)行之間的夾角盡可能小。

（3）車頭時(shí)距調(diào)查。對(duì)約束車流觀測(cè)點(diǎn)每個(gè)方向連續(xù)觀測(cè)7輛車，得到6個(gè)車頭時(shí)距值；對(duì)非約束車流觀測(cè)點(diǎn)每個(gè)方向連續(xù)觀測(cè)51輛車，得到50個(gè)車頭時(shí)距值。

2 數(shù)據(jù)處理

2.1 交通量

對(duì)各觀測(cè)點(diǎn)得到的交通量數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，以直線段為例，部分?jǐn)?shù)據(jù)整理見表l。由于交通量主要是小客車，無需分車型。

2.2 地點(diǎn)車速

地點(diǎn)車速是指某個(gè)特定車輛或車輛在某個(gè)特定地點(diǎn)的瞬時(shí)車速。按照人工測(cè)量法，由公式（1）計(jì)算得出車輛的地點(diǎn)車速，并以雷達(dá)測(cè)速儀所測(cè)數(shù)據(jù)補(bǔ)充，整理可得各觀測(cè)點(diǎn)車速頻率分布表。以直線段為例見表2。

2.3 車頭時(shí)距

2.3.1 約束車流

車頭時(shí)距是指相鄰車輛的車頭經(jīng)過同一斷面的時(shí)間差。約束流下，交通量較大，車輛處于跟馳狀態(tài)，車頭時(shí)距在某一數(shù)值左右變化。部分約束車流各方向的車頭時(shí)距的測(cè)量結(jié)果整理見表3。

2.3.2 非約束車流

非約束車流是指處于跟馳狀態(tài)與自由狀態(tài)間轉(zhuǎn)換的交通流。對(duì)車頭時(shí)距數(shù)據(jù)進(jìn)行整理后，得到觀測(cè)點(diǎn)各方向的車頭時(shí)距頻率分布表，以直線段為例見表4。

3 交通參數(shù)特征分析

3.1 交通量特性分析

根據(jù)道路特性，本文主要對(duì)高峰小時(shí)交通量進(jìn)行分析，并通過高峰小時(shí)流量比和高峰小時(shí)系數(shù)描述其特征。圖2是在高峰小時(shí)期間每5min的交通量隨時(shí)間和空間的分布曲線圖。

3.1.1 時(shí)間分布特性

高峰時(shí)段，不同路段同方向的交通量隨時(shí)間的分布大致相同，表明此類道路的幾何參數(shù)對(duì)交通量的時(shí)間分布特性影響較小。對(duì)各觀測(cè)點(diǎn)各方向的高峰小時(shí)系數(shù)（PHF）根據(jù)公式（2）進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見表5。

由表5可見，高峰小時(shí)系數(shù)隨交通流方向和地點(diǎn)的不同而變化，且主要分布在0.8～0.95之間，表明高峰小時(shí)流量有較大的可變性。

3.1.2 空間分布特性

交通量的方向分布特性以不均勻系數(shù)來描述，根據(jù)公式（3）計(jì)算各觀測(cè)點(diǎn)各方向的方向不均勻系數(shù)D，結(jié)果見表6。

式中：D為方向不均勻系數(shù)，%；q為單向小時(shí)交通量，輛/h；Q為雙向小時(shí)交通量，輛/h。

由表6可見，各觀測(cè)點(diǎn)不同方向上的交通量分布有一定差異，表現(xiàn)出一定的方向特性。且各方向的交通量分布隨觀測(cè)點(diǎn)的變化相對(duì)較小，表明道路參數(shù)對(duì)交通量空間分布特性影響較小。

3.2 速度特性分析

將地點(diǎn)車速數(shù)據(jù)整理可得速度頻率分布表，數(shù)據(jù)處理如下。

3.2.1 計(jì)算時(shí)間平均車速

計(jì)算得到各觀測(cè)點(diǎn)處的時(shí)間平均車速見表7。

由表7可見，大部分車輛均以低于40km/h車速行駛，公路線形對(duì)車速有較大影響，且具有較為明顯的方向分布特眭。直線段與斜坡段雙向分布較為常規(guī)，而曲線段內(nèi)側(cè)路段速度與外側(cè)相比波動(dòng)較大。其原因是，曲線段內(nèi)側(cè)設(shè)置了公交站點(diǎn)，公交車輛的停靠出現(xiàn)的減速、停車、啟動(dòng)對(duì)路段車速有較大的影響。

3.2.2 速度頻率分布曲線

繪制速度頻率分布曲線，以直線段為例，結(jié)果如圖3所示。

由圖3可見，各觀測(cè)點(diǎn)的車速頻率分布曲線趨勢(shì)大致相似，但各方向的曲線峰值大小及時(shí)刻不同。計(jì)算各段車速均方差，以說明原始數(shù)據(jù)的離散程度，結(jié)果見表8。

由表8可見，直線段雙向車輛選擇速度的自由度均比較大；曲線路段內(nèi)側(cè)的地點(diǎn)車速方差遠(yuǎn)大于外側(cè)，表明內(nèi)側(cè)方向的車輛地點(diǎn)車速離散程度比外側(cè)大，與經(jīng)驗(yàn)值不符。其原因仍是公交車輛的出現(xiàn)導(dǎo)致了，車輛的減速，甚至停車，因而出現(xiàn)車速差異較大情況。

3.2.3 累計(jì)頻率分布曲線

繪制速度累計(jì)頻率分布曲線，以直線段為例，如圖4所示。計(jì)算15%、50%和85%所對(duì)應(yīng)的百分位車速，見表9。

15%位車速常用作最低限速；50%位車速又稱為中位車速，受兩端車速值的影響，較平均車速小；85%位車速可用作最高限速。表9數(shù)據(jù)可作為單純小客車為主的雙車道公路各路段各方向的限速參考。

3.3 車頭時(shí)距特性分析

3.3.1 約束車流

計(jì)算約束流下各觀測(cè)點(diǎn)平均車頭時(shí)距，見表10。

由表10數(shù)據(jù)可見，跟馳狀態(tài)下，平均車頭時(shí)距分布在1～3s之間，且同一方向不同路段處的平均車頭時(shí)距不同，同一路段不同方向的車頭時(shí)距也不相同。

3.3.2 非約束車流

（1）車頭時(shí)距分布散點(diǎn)圖。繪制各觀測(cè)點(diǎn)各方向的車頭時(shí)距散點(diǎn)分布圖，如圖5所示。

由圖5可見，觀測(cè)道路不同線形、不同方向處的車流狀態(tài)均呈現(xiàn)車隊(duì)波的狀態(tài)，且車隊(duì)長度并不固定，若以5s為界定義車隊(duì)，則最大車隊(duì)長度可達(dá)18輛/隊(duì)，最小車隊(duì)長度為3輛/隊(duì)。此時(shí)，斜坡段的車隊(duì)的長度較直線與曲線段長，車隊(duì)波的數(shù)量較直線段與曲線段少。

（2）車頭時(shí)距頻率分布曲線。根據(jù)數(shù)據(jù)整理可得車頭時(shí)距頻率分布表，繪制各觀測(cè)點(diǎn)處的車頭時(shí)距頻率分布曲線，如圖6所示。

由圖6可見，車頭時(shí)距是成簇的，即一段時(shí)間內(nèi)連續(xù)幾輛車的車頭時(shí)距圍繞一個(gè)較小的值上下變動(dòng)，繼而出現(xiàn)1-2個(gè)較大值。直線段車頭時(shí)距主要分布在0～4s；曲線段內(nèi)側(cè)的車頭時(shí)距主要分布在2～4s，外側(cè)主要分布在2～4s及14s以上；斜坡段上坡的車頭時(shí)距主要分布在2～4s，下坡主要分布在0～2s，符合斜坡路段上下坡的速度特性。

（3）車頭時(shí)距分布擬合。本文用負(fù)指數(shù)函數(shù)、愛爾朗函數(shù)等常用分布模型對(duì)車頭時(shí)距概率分布曲線進(jìn)行擬合，以負(fù)指數(shù)分布為例，擬合結(jié)果如圖7所示。

由圖7可見，各段的車頭時(shí)距觀測(cè)點(diǎn)在擬合曲線上下波動(dòng)，部分路段、方向擬合較好，而部分路段、方向偏離較大，車頭時(shí)距頻率分布曲線并不完全符合負(fù)指數(shù)。此外，本文對(duì)愛爾朗分布模型亦做了相關(guān)擬合，效果不佳，因而不再贅述，其可能服從其他分布。

4 結(jié)束語

根據(jù)對(duì)單純小客車為主的雙車道公路的交通流分析，可得如下幾點(diǎn)結(jié)論：

（1）交通量受道路線性影響較小，高峰小時(shí)流量有較大的可變性，且存在一定的方向特性。

（2）地點(diǎn)車速受道路線型影響較大，且當(dāng)有公交車等大車混入時(shí)對(duì)車隊(duì)速度有較為明顯的影響。

（3）車頭時(shí)距分布具備時(shí)間和空間特性，約束流車頭時(shí)距相對(duì)集中，而非約束流一般成簇狀。且道路線型及方向?qū)囮?duì)波的影響較大，分布模型較為獨(dú)特，常用分布模型無法較好的表達(dá)。

（4）約束流下，道路線型及交通流方向?qū)νㄐ心芰τ绊戄^大。

本文對(duì)單純小客車為主的雙車道公路的交通流特性進(jìn)行了調(diào)查與分析，針對(duì)不同路段的交通量、地點(diǎn)車速和車頭時(shí)距這三個(gè)交通流參數(shù)進(jìn)行了研究。在此基礎(chǔ)上，可建立影響自由流速度的仿真模型，線型變化對(duì)車速的影響，也可對(duì)平均速度、密度及車頭間距等參數(shù)進(jìn)行研究，分析其特性。進(jìn)一步對(duì)交通流參數(shù)之間的關(guān)系進(jìn)行分析研究，為此類道路的規(guī)劃設(shè)計(jì)和管理提供理論依據(jù)。