八車道高速公路分車道限速適應性分析

李浩領，王季凱，任予躍

(長安大學公路學院 西安市 710064)

八車道高速公路分車道限速適應性分析

李浩領，王季凱，任予躍

(長安大學公路學院 西安市 710064)

以陜西省西寶高速公路為依托，設定高速公路運行狀況的安全性評價指標以及效率性評價指標。采用VISSIM仿真的方法獲取各項指標的仿真數值，通過對混行和分車道限速兩種情形下仿真數值結果的比對分析確定不同限速方案下的指標變化情況，進而分析得出分車道限速方法的適應性。

分車道；車速離散值；行車延誤；VISSIM仿真

隨著我國汽車工業的發展、汽車保有量快速增加、汽車車型結構多樣化，分車道限速的方法在一定程度上可以緩解由于交通流復雜所帶來的行車安全性和效率性降低的現象，本文旨在通過交通仿真的方法來獲取不同情形下車輛運行安全性和效率性的變化情況，進而通過相關的分析手段來確定分車道限速的適用性[1]。

1 安全性和效率性評價指標的確定

1.1 安全性評價指標—車輛速度離散值

研究表明，一條道路上各車輛的車速與平均車速的差值愈大，即車速分布越離散，事故率就會越高。事實上，由于車速越離散，車流存在頻繁的超車現象而使交通流不穩定，出現事故的可能性就越大。車速的離散性，常用車速的分布特征來描述。車輛行駛速度的離散性是引起交通事故的主要原因之一[2]。由于大小型車混行時，不同的大型車混入率會對交通流中車輛的速度離散性產生不同程度的影響，因此對車輛離散型的仿真實驗可以幫助我們找到不同大型車混入率情況下車輛速度離散型的分布情況，為我們對大小車混行狀況下行車安全性評價提供數據支撐。

1.2 效率性評價指標—行車延誤

行車延誤是指由各種交通組成部分之間相互干擾而引起的延誤。由其他交通組成部分(如行人、受阻車輛、路側停車及橫穿交通等)對車流的干擾(稱為側向干擾)而引起的延誤和由交通流之間的干擾(主要包括交通擁擠、匯流、超車、交織運行等稱之為內部干擾)而引起的延誤兩部分組成。對高速公路上行車延誤的研究需要同時考慮側向干擾和內部干擾兩個方面的因素。

1.3 仿真方案設計

為了研究的方便性，將交通流看作僅由大型車和小型車組成，并建立相關仿真模型。

(1)說明

①為了能夠模擬在不同交通流狀態下的大車的影響，特擬定在不同等級的服務水平下的車流量和不同的大型車混入率來組成不同的交通流狀態；大車的混入率數值的選取范圍為0.1～0.9，基本覆蓋了所需的大車混入率情形。

②車速的設計原則遵循的是設置車輛的期望車速，期望車速的設定是根據陜西省西寶高速路段設計車速值(100km/h)設定[3]，根據該高速現行的運行規則選取小型車的期望車速值范圍為90～120 km/h，大型車的期望車速值范圍為60～80 km/h。

③在進行數據統計時，對大型車混入率導致車輛平均速度波動情況進行分開統計，針對所需求的評價指標的不同分別獲取行車安全性評價(車速離散值)和通行效率評價(行車延誤)的相關評價指標的仿真數值。

(2)仿真背景為正常氣候條件，汽車專用公路基本路段二級，單向四車道，坡度為0%，路段長度2000m，每隔400m設立一個數據采集點。

(3)仿真情形分為混行和分車道行駛兩種情況，在混行情形下車道按正常情形下設置，在分車道情形下車道設置為第一、二車道為客車道，第三、四車道為貨車道。

(4)交通流參數設置見表1。

表1 交通流量設置

2 仿真結果分析

2.1 混行情形下仿真數據統計分析

采用VISSIM仿真的方法來獲取仿真路段上車輛瞬時車速跟行車延誤的數據，通過對瞬時車速值進行離散性分析即可得出車速離散性標準差。統計得出的車速離散標準差的數值如表2。

表2 平直路段車速離散性標準差統計

由表2中我們可以發現以下的相關規律特征：

(1)表中所示五種不同路段交通量對應的車速標準差的折線圖均隨混入率的變化呈現出先增加后降低的趨勢，在同一路段交通流量下當大型車的混入率達到0.2～0.4的時候車速標準差達到最大，這說明在該混入率下對應的混行交通流的運行狀態是最差的。

(2)對比不同交通量下對應的車速標準差的折線圖可以發現，隨著路段車流量的增加，車速標準差相應地有所降低，并且在流量值越大的時候降幅越為明顯，這主要是因為隨著車流量的增加，路段的交通狀況逐漸接近飽和流的狀態，車輛的運行特性也逐漸變成了跟馳狀態，因此此時的車速離散性也就有了相應的降低。

行車延誤的仿真方案設置與前述仿真方案的方法一致，在輸出參數里邊選擇延誤這一項，即可在(*.qmk)文件里邊獲取平均延誤的數據。相關的數據統計結果如表3。

表3 平直路段混行行車延誤統計表

由表3中我們可以發現以下的相關規律特征：

(1)平直路段混行下的行車延誤具有一定的規律性，從表中可以看到，隨著交通量的增加，行車延誤逐漸增加至最大值后又逐漸降低。并且當路段交通量比較低的時候(1000～2000pcu/h)，此時路段的行車延誤值始終比較小，因為此時道路上車輛的數量比較少，因此基本不會發生較為明顯的行車延誤。

(2)觀察單個折線圖的走勢可以發現，隨著大型車混入率的增加，行車延誤呈現出先增加后減少的趨勢。行車延誤的峰值在流量≤3000pcu/h時在0.7的混入率下取得；當路段交通量為4000pcu/h時在混入率為0.5的時候取得；路段交通流量達到5000pcu/h時峰值在混入率為0.4的時候取得。

2.2 分車道限速情形下仿真數據統計分析

統計結果見表4、表5。

3 結論

在進行直線段交通運行規則適用性分析的時候，應當從安全指標和效率指標兩個方面進行綜合考慮，通過將仿真數據中行車安全性指標(車速離散性)所對應的適用性表格與效率性評價指標(行車延誤)所對應的適用性表格做比對，即可獲得在直線路段所推薦的分車道限速的適用性表格(如表6)。

如表6所示：左半區“對小型車有利區間”顯示的是實行嚴格分車道行駛條件下小型車的安全性與效率性指標與混行做對比后的比對結果；右半區“對大型車有利區間”顯示的是實行嚴格分車道行駛條件下大型車的安全性與效率性指標與混行做對比后的比對結果。統計分析結果中可以看出，在交通流量為2000～4000veh/h ，大型車比列為0.2～0.6時或者在交通流量為5000veh/h,大型車比例為0.3～0.5時，此時實行嚴格的分車道運行規則，大、小型車均能獲得較好的行駛安全性和效率性，也就說明了在此情形下應優先考慮采用分車道的限速管理方案。

表4 車速離散值

注：左半區為客車道仿真統計結果，右半區為貨車道仿真統計結果

表5 車輛行車延誤統計

注：左半區為客車道仿真統計結果，右半區為貨車道仿真統計結果

表6 與混行情形相對比下的分車道適用性分析(直線段)

注： ——優先考慮安全性所適用的區間；——優先考慮效率性所適用的區間；——兩者同時考慮時所適用的區間

[1] 楊俊, 孫靜怡. 分車道限速相關問題研究[J]. 科學技術與工程，2012(5)：3780-3782.

[2] 裴玉龍, 程國柱. 高速公路車速離散性與交通事故的關系及車速管理研究[J]. 中國公路學報，2004(3)：78-82.

[3] 范俊玲, 張生福, 吳宜淞. 分車道限速在西安市道路交通中的應用[J]. 中國高新技術企業,2007(8): 123-129.

Analysis on Adaptability of Divided Lane Speed-Limiting for Eight-Lane Expressway

LIHao-ling，WANGJi-kai，RENYu-yue

(School of Highway, Chang'an University, Xi'an 710064, China)

Relying on Xibao Expressway in Shanxi province, safety evaluation indexes and efficiency evaluation indexes of expressway operation status are set up, and the VISSIM simulation method is adopted, so as to obtain the simulation values of various indexes. Through the comparative analysis on simulation value results under two kinds of conditions like mixed flow and divided lane speed-limiting, the conditions of indexes changes under different speed-limiting schemes are determined, so as to analyze and obtain the adaptability of divided lane speed-limiting method.

Divided lane; Travel speed discrete value; Traveling delay; VISSIM simulation

1673-6052(2016)11-0050-03

10.15996/j.cnki.bfjt.2016.11.014

U491

B