城市高架快速路車頭時距研究

高　續

(西南交通大學交通運輸與物流學院　成都　610031)

城市高架快速路車頭時距研究

高續

(西南交通大學交通運輸與物流學院成都610031)

摘要城市高架快速路與普通城市道路在車輛通行、車輛構成、管控規則等方面具有差異。其車頭時距的研究方法也存在不同之處。文中分析了車頭時距的構成。以成都市二環高架快速路為實例，分析飽和車頭時距及不同交通狀態下的車頭時距。結果表明，交通流由暢通、穩定至擁擠過程中，車頭時距呈現先下降，保持一定穩定性的波動后再呈上升趨勢。

關鍵詞城市快速路車頭時距交通流狀態

車頭時距是交通流的重要因素，其大小對交通安全、服務水平、通行能力、駕駛者的駕駛行為等都有重要影響。車輛在道路上行駛時，需要保持一定的車頭時距，以保障安全，減少危險事故的發生；駕駛者進行超車、合流等行為也受到車頭時距分布的影響；車頭時距的分布及最小值與道路通行能力密切相關。

Carstens[1]針對信號交叉研究了車頭時距與車輛類型之間的關系，結果表明直行車輛的車頭時距最小。Lu Y.J.[2]針對信號交叉口車輛左轉行為進行研究，結果表明左轉車輛車頭時距比直行、右轉等車輛的車頭時距小，隊首車輛類型造成的影響最大，車型越大其影響也越大。Lee H.S.等人[3]針對信號交叉的配時、調查時段、車道位置

等因素對車頭時距的影響進行研究，結果表明，內側車道車輛車頭時距小于外側車道，車速越高，時距越小，交叉口越復雜，車頭時距越大。B.Sadoun[4]研究發現隊首車車頭時距相對較長，主要由于司機信號轉變后存在反應時間和加速駛入交叉口的時間。

裴玉龍等[5-6]研究了由于快速路交織區中車流的頻繁交織行為而引發的車頭時距重分布現象，得到了城市快速路交織區內車頭時距分布與斷面流率呈現動態變化的結論。 臧曉冬等[7]對快速路立交合流區的車頭時距分布進行研究，通過絕對韋布爾函數模擬交織區影響下的合流區的車頭時距分布，證明具有良好的擬合效果。

Modern Tram Intersection Safety Ensuring System

XuJingyi,OuDongxiu

(School of Transportation Engineering, Tongji University, Shanghai 201804, China)

Abstract：The modern tram's long braking distance, faster running speed and conflict with the other traffic modes at the intersection will exist safety hazards. Contraposing the running tram's safety hazards at the intersection, this paper studied the tram intersection safety ensuring system. The system could realize the four main functions: tram intersection information tips,trams runningearly warning at the intersection, real-time monitoring of intersection obstruction and emergency rescue and scheduling. This paper focused on studying the key technologies of the main functions' realization. Combining the tram braking characteristics and the running parameters of other transportation modes, we completed the layout of system testing equipment at the intersection. There are differences in vehicles passing, vehicles components and traffic control rules between elevated expressway and ordinary roads. The study methods of time headway exist difference. This article analyzed the constitution of time headway. On basis of 2th ring elevated expressway in Chengdu, this article analyzed saturated time headway and time headway under different traffic conditions. When traffic status changed from free, steady to crowd, time headway declined first, then fluctuated steadily and rised again.

Key words:tram; intersection; information tips; early warning; obstacles monitoring; emergency rescue urban expressway; time headway; traffic flow status

城市高架快速路與普通城市道路存在區別，車輛構成、出入口分布、交通流狀態等交通特性存在不同之處。本文分析車頭時距的構成，給出跑圈法記錄觀測車頭時距表及觀測流量與車頭時距數據記錄表采集車頭時距數據，結合成都市二環高架快速路實例，分析飽和車頭時距及不同交通狀態下的車頭時距，具有一定的實際意義。

1高架快速路車頭時距分析

高架快速路與普通快速路有所區別，高架快速路車道數少，高架路面跨越道路時存在上下坡度，通過匝道與地面車道相接，匝道分布不均勻，限低速、高速的特點，國內外基于高速公路、普通快速路的實測數據所建立的交通流理論和模型不能完全應用于高架快速路。

本文采集的數據為成都市二環高架快速路，其不同之處體現在以下方面。

(1) 最左側車道為公交專用車道，只允許公交車輛通行，其他車輛禁止進入。

(2) 高架快速路常規車道僅允許小型車輛通行，大中型車禁止通行，車種較為單一。

(3) 道路交通存在通勤高峰，上下班時間車輛較多，交通流為擁擠狀態。

(4) 大部分區段常規車道為2條，發生事故時疏散困難。

(5) 車輛通過匝道上下橋，匝道出入口不均勻分布。

(6) 高架道路跨越其他立交橋、高架道路時存在較大的上下坡度。

車頭時距對高架快速路上駕駛者的駕駛行為有重要影響。通過車頭時距，駕駛員判斷分析是否進行車道變換；駕駛員通過匝道駛入高架路面后，距離加速車道終點處的距離越近，愈加嘗試匯入主線，駕駛者可以接受的穿越間隙越小；同時依據自己可接受的插車間隙，駕駛員會選擇匯入或減速慢行尋找可接受間隙。

因此，對高架快速路進行道路設計、交通管理需要了解車頭時距及其分布特性。

車頭時距由2部分組成：前車從車頭到達觀測地點到車尾駛離觀測地點之間的時間，即車輛本身占用時間；前車車尾駛離觀測地點到后車車頭到達觀測地點間時間，即車輛間時間間隙。

由定義可以看出，總觀測時間T由所有車頭時距的總和構成，見式(1)。

(1)

式中：hi為第i-1輛車與第i輛車的車頭時距。

交通流量和平均車頭時距的關系見式(2)。

(2)

選擇數據采集的地點應考慮到飽和流率受到諸多因素的影響，包括車輛速度、車型、車道、幾何因素、交通流形式等，減少車流內部的干擾，保證數據的準確、可行性，具體如下。

(1) 車道。外側車道受車輛匯入合流、駛出分流、變道交織影響較大，應避免。

(2) 匝道出入口。匝道車輛匯入主路、主路車輛駛離，影響很大，應避免選取出入口附近作為調查點。

(3) 幾何因素。道路坡度、轉彎處需調整車輛速度，前后車輛間距可能增加或減小，應盡量選擇平緩直滑路段。

(4) 車道寬度。車道寬度不足時，車輛行駛會受到更多的橫向干擾，前后車的車頭時距會增大，應選擇合適寬度的車道點位采集數據。

選擇成都市二環路北一段高架立交橋進行調查，時間為2014年10月3日下午17:00~19:00以及10月6日下午16:00~19:00。

成都市二環高架路常規車道為2條，選擇臨近道路中央的車道，即公交專用道右側車道進行統計。在與行車方向相反的公交站臺上選取間隔一定距離的地點對車輛進行統計。在道路上選擇標線、路旁固定設施等作為固定參照點，當車頭到達參照點時通過秒表計時，后續車輛依照相同方法記時。秒表記錄的時間差即為前后2輛車之間的車頭時距。數據記錄導出后見表1。

表1　跑圈法記錄觀測車頭時距表

跑圈為記錄號，即車輛標號i；每圈計時為當前車輛與前車輛間的車頭時距；總時間為總觀測時間，即第一次計時開始到此次計時的總時間。

不同交通狀態下車頭時距存在差異，在同一地點選取交通狀態暢通(04:00～04:30)、穩定(04:30～05:30)與擁擠(05:30～06:00)3個時段進行每分鐘流量與車頭時距觀測。觀測1 min內通過路段車輛數，并觀測此時間內通過的車輛的車頭時距。記錄見表2。

表2　觀測流量與車頭時距數據記錄表

2數據分析

飽和車頭時距是交通流的重要參數，可分析車道通行能力，有助于進行道路交通管理控制。根據采集的641份數據，分析認為數據范圍正常，具有較高準確性，樣本統計特征見表3。

表3　車頭時距樣本統計特征

圖1　車頭時距擬合曲線圖

3交通流狀態與車頭時距關系分析

各交通狀態下車頭時距不同，車速、車輛密度、交通量存在差異。根據交通安全、交通效率等，可對管控手段調整，控制信號燈設置、匝道開關閉合、交通誘導等，提高穩定性、舒適性、效率。

根據不同交通流狀態下的車頭時距數據，分析數據100組，完成流量與車頭時距間的關系模型，自由流狀態、擁擠狀態下流量-車頭時距見圖2。

a)自由流狀態

b)　擁擠狀態

使用matlab對自由流狀態下流量-車頭時距函數進行擬合，進行平滑與歸一化處理后，擬合指數函數Q=116.3hs0.428 2，擬合指數為0.867 2，均方差誤差為3.645。

使用matlab對擁擠流狀態下的流量-車頭時距函數進行擬合，可以得到傅里葉函數Q=5.88-0.545 cos(0.948 4x)-1.079sin(0.948 4x)，擬合指數：0.841 9，均方差誤差為：3.757，自由流狀態、擁擠狀態下擬合函數圖見圖3。不同交通流狀態情況下平均車頭時距見表4。

a)　自由流狀態

b)　擁擠狀態

交通流量/veh交通流狀態觀測數據組數平均車頭時距/s<800自由流408.975<800擁擠流305.492800~1500穩定流203.097>1500穩定流102.452

分析得知，自由流情況下由于車輛較少，將大于hs運行；穩定流情況下車輛將趨于hs運行；擁擠流情況下受到前方交通流影響，車輛進行排隊則將大于hs。車頭時距隨交通流的不斷增加，呈現下降趨勢，此時應優化匝道出口處交通，使車輛順利駛離主路，同時控制入口匝道車輛駛入，控制交通量以保證高架道路的交通效率。

隨著交通流狀態由暢通、穩定至擁擠過程，呈現先下降，保持一定穩定性的波動后，出現上升趨勢，從效率、安全、舒適度角度出發，高架道路應動態調整交通總量，充分發揮快速路的功能。

4結語

本文給出的城市高架快速路車頭時距研究方法結果證實可行，飽和車頭時距分析結果與實際情況基本相符。城市高架快速路具有獨特的交通流特性，通過分析車頭時距分布，有助于進一步深入研究快速路交通控制、組織優化、合理規劃。不同交通流狀態下車頭時距分析結果為：車頭時距隨交通流的不斷增加，呈現下降趨勢；隨交通流狀態由暢通、穩定至擁擠過程，呈現先下降，保持一定穩定性的波動后，出現上升趨勢。城市高架快速路應動態調整匝道開閉，以保證高效交通。

由于條件所限，本次觀測時道路交通量飽和狀態、手機記錄等使結果存在一定偏差。以后可以選擇更佳地點，同時改進數據記錄方法，以提高數據的準確性與有效性。

參考文獻

[1]CARSTENS R L. Some traffic parameters at signalized interseetions[J].Taffic Engineering, 1971,41(11):3-36.

[2]LU Y J.A study of left-turning maneuver time for signalized intersections[J].ITE Journal, 1984,54(10):2-47.

[3]LEE S, DO T W. Saturation headway of through movement at signalized intersections in urban area[J].Journal of Transportation Research Society of Korea,2002,20(5):23-31.

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[5]裴玉龍，高晗.城市快速路匝道連接段車頭時距分布模型[J].交通與計算機，2007,25(5):4-7.

[6]裴玉龍，李松齡，薛長龍.快速路交織區車頭時距分布特征[J].公路交通科技，2008,25(6):111-114.

[7]臧曉冬，周偉.城市快速路肖蓓葉互通立交的通行能力模型[J].中國公路學報，2011(3):114-116.

Study on Time Headway of Urban Elevated Expressway

GaoXu

(School of Transportation and Logistics, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China)