收割機(jī)混入率對道路交通流影響分析

□陳章明/會(huì)東縣鲹魚河鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)綜合服務(wù)中心

?

收割機(jī)混入率對道路交通流影響分析

□陳章明/會(huì)東縣鲹魚河鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)綜合服務(wù)中心

我國道路交通流以混合交通為主，收割機(jī)（自走式）的混入，將對道路交通流產(chǎn)生重要的影響。一方面，由于收割機(jī)的阻礙作用，使得小汽車的速度大大降低，從而影響整體交通流的運(yùn)行效率；另一方面，由于小汽車和收割機(jī)存在明顯的速度差異，使車輛間的變道超車行為變得頻繁，交通沖突大大增加。筆者利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，通過微觀仿真軟件VISSIM對道路中收割機(jī)不同混入率下的交通流進(jìn)行仿真，分析收割機(jī)所產(chǎn)生的移動(dòng)瓶頸效應(yīng)對道路交通流的影響，為農(nóng)業(yè)安全生產(chǎn)提供參考依據(jù)。

1　道路通行能力相關(guān)理論

1.1移動(dòng)瓶頸效應(yīng)

移動(dòng)瓶頸效應(yīng)是指因收割機(jī)行駛速度慢而形成的慢行車隊(duì)現(xiàn)象。我國大部分公路為雙向四車道，在混行交通道路上，收割機(jī)混入率較高時(shí)，將會(huì)使其后跟進(jìn)的車輛處于跟馳狀態(tài)無法超車，形成慢行車隊(duì)，并且慢行車隊(duì)之間會(huì)出現(xiàn)無法用超車來填補(bǔ)的大空隙，這種不規(guī)則的交通流行駛狀態(tài)被稱為移動(dòng)瓶頸效應(yīng)。分析移動(dòng)瓶頸效應(yīng)對道路交通流的影響，可以為道路的通行能力分析與道路設(shè)計(jì)改進(jìn)，以及農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展現(xiàn)狀提供理論依據(jù)。

1.2車道變換行為

在道路交通流中，收割機(jī)的速度一般小于小汽車的速度，當(dāng)小汽車前方出現(xiàn)收割機(jī)時(shí)，小汽車一般會(huì)選擇換道超車來提升自己的行駛速度。由此推斷，道路中車道變換行為會(huì)隨收割機(jī)混入率的增加而增大。然而事實(shí)上，當(dāng)?shù)退傩旭偟氖崭顧C(jī)混入率過高時(shí)，交通流整體速度降低，由于存在的超車空隙變小，小汽車的超車機(jī)會(huì)并不多。頻繁的車道變換行為會(huì)在道路中產(chǎn)生沖突點(diǎn)，影響交通流的正常運(yùn)行，使道路交通運(yùn)行效率下降，道路安全惡化。車道變換率是觀測路段變道車輛數(shù)量與觀測路段交通量之比，車道變換率的大小是衡量交通流是否穩(wěn)定的一個(gè)有效指標(biāo)。

2　仿真方案設(shè)計(jì)

為研究方便，將交通流只設(shè)定為小汽車和收割機(jī)兩種車型。小汽車與貨車也同樣適用此理論，建立仿真模型如下。

一是在正常氣候、非節(jié)假日條件下，道路為一級公路雙向四車道上的1 km單向順直路段，車道寬度為3.5 m，坡度為0，實(shí)行靠右側(cè)行駛，左側(cè)超車。仿真時(shí)間為1 h。

二是在兩種車型互不影響的狀態(tài)下，將低速收割機(jī)和小汽車的平均行駛速度即期望速度設(shè)為40 km/h和100 km/h。

本文將仿真中各車型參數(shù)以及各車型運(yùn)行車速進(jìn)行設(shè)置，如表1所示。

目前，雙向四車道一級公路最高設(shè)計(jì)速度為100 km/h，考慮到部分小汽車超速行駛以及收割機(jī)動(dòng)力性較差，故設(shè)定收割機(jī)的行駛速度為40～80 km/h，小客車的行駛速度為70～120 km/h。

分別設(shè)置不同的交通流自然流量值以及不同的收割機(jī)混入率，如表2所示。

3　仿真結(jié)果分析

3.1收割機(jī)混入率對交通流的影響

通過對仿真得到的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到表3和表4。從表3看出，交通量在400 veh/h時(shí)，收割機(jī)混入率對小汽車的行駛速度影響不大，當(dāng)交通量超過800 veh/h以后，收割機(jī)混入率對小汽車的行駛速度影響逐漸變大，隨著收割機(jī)混入率的增大，小汽車的行駛速度明顯降低，出現(xiàn)顯著的移動(dòng)瓶頸效應(yīng)。在收割機(jī)混入率較低時(shí)，隨著交通量的增加，小汽車的行駛速度變化不是很大，這是因?yàn)榈缆方煌鬟€沒有完全達(dá)到飽和。而隨著收割機(jī)混入率和交通量的同時(shí)增加，小汽車行駛速度降低幅度變大，即交通量和收割機(jī)混入率對小汽車行駛速度的影響作用是相互疊加的。從表4看出，隨著交通量和收割機(jī)混入率的增加，收割機(jī)的行駛速度受其影響不是很大。從收割機(jī)混入率與交通流速度的關(guān)系可以看出，在收割機(jī)混入率相同的情況下，交通量的增加雖然導(dǎo)致交通流速度有所下降，但是降幅不大；在交通量相同的情況下，隨著收割機(jī)混入率的增加，交通流速度下降明顯。

表1　仿真車輛各車型參數(shù)以及各車型運(yùn)行車速設(shè)置

表2　交通流量參數(shù)與交通量

綜上所述，移動(dòng)瓶頸對交通流速度的影響是由道路交通量和收割機(jī)混入率的大小共同控制的。移動(dòng)瓶頸效應(yīng)對小汽車的影響嚴(yán)重，而對收割機(jī)自身速度影響不大。收割機(jī)混入率變大，使交通流中收割機(jī)作為車隊(duì)引頭車的概率增加，使得道路中“成簇”的慢行車隊(duì)數(shù)量增加，小汽車難以實(shí)現(xiàn)超車，交通流速度的變化十分明顯。在仿真過程中，對模擬動(dòng)畫進(jìn)行觀察，可以發(fā)現(xiàn)慢行車隊(duì)之間出現(xiàn)了無法用超車來彌補(bǔ)的較大空隙，并且在交通量超過1 200 veh/h，收割機(jī)混入率超過50%以后，小汽車的平均車速小于90 km/h，車流已形成慢行車隊(duì)，然而此時(shí)的交通流并沒有飽和，因此可以證明收割機(jī)混入所造成的移動(dòng)瓶頸效應(yīng)對交通的影響是降低道路通行能力的主要原因。3.2收割機(jī)混入率對車道變換的影響

通過仿真得到車輛變道信息，將變道車輛數(shù)除以交通流量，得到車道變換率。

當(dāng)交通量小于1 600 veh/h，收割機(jī)混入率在30%～50%時(shí)，車道變換率最高，換道超車車輛較多，交通流量不穩(wěn)定。這是因?yàn)椋^測路段的交通量沒有達(dá)到飽和，小汽車有機(jī)會(huì)不斷地超越前方慢行車輛，以達(dá)到更快的速度。隨著收割機(jī)混入率的增加，移動(dòng)瓶頸效應(yīng)嚴(yán)重，小汽車超車機(jī)會(huì)大大較少。當(dāng)交通量達(dá)到2 000 veh/h時(shí)，車道變換率隨著收割機(jī)混入率的增大，車道變換行為呈遞減趨勢，此時(shí)，交通量已接近飽和，交通流受到收割機(jī)的干擾嚴(yán)重，收割機(jī)行駛速度也受到相應(yīng)影響。

表 3　收割機(jī)混入率與小汽車速度（km/h）的關(guān)系

表 4　收割機(jī)混入率與交通流速度（km/h）的關(guān)系

4　結(jié)語

利用微觀仿真軟件VISSIM，對一級公路雙向四車道上的1 km單向順直基本路段的不同收割機(jī)混入率的交通流進(jìn)行仿真。發(fā)現(xiàn)交通量和收割機(jī)混入率對小汽車行駛速度的影響作用尤為明顯。混合交通流中，農(nóng)業(yè)機(jī)械與小汽車會(huì)因移動(dòng)瓶頸效應(yīng)和車道變換行為而相互影響行駛速度。收割機(jī)跨區(qū)作業(yè)行徑中，應(yīng)盡量錯(cuò)開車流高峰期，這樣才能及時(shí)到達(dá)作業(yè)區(qū)，為“雙搶工作”贏得時(shí)間，發(fā)揮最大效率。