一種新型高速公路收費站設計模型

張雪冰 李靜

摘要：隨著高速公路的發(fā)展以及交通運輸量的增大，傳統(tǒng)的收費廣場模式越來越無法適應目前的交通狀況，通過數(shù)據(jù)分析和調(diào)查，傳統(tǒng)收費模式在存在著諸多的弊端。針對目前的實際交通狀況，提出了一些優(yōu)化措施，對傳統(tǒng)的收費廣場進行優(yōu)化設計改進，提高了收費站的通行效率，保障了高速公路在車流高峰期時的平穩(wěn)運行。

關鍵詞：收費廣場；通行效率；優(yōu)化設計

一、傳統(tǒng)收費站的弊端

針對傳統(tǒng)的具有多條收費車道的高速公路，傳統(tǒng)障礙區(qū)域形狀設計并不能對進入收費廣場的車輛進行合理分流，在節(jié)假日車流高峰期容易造成交通擁堵和交通事故的發(fā)生。其次，傳統(tǒng)的收費廣場的尺寸設計并不能根據(jù)流線型的車道模式合理分配入口車流量并保證車輛交費后更方便快捷的加速離開收費站。所以傳統(tǒng)收費廣場不僅在形狀尺寸方面存在局限性，而且在合并模式方面也存在明顯的缺陷，在車輛通過收費站匯入主干道時較為突兀，容易造成交通擁堵現(xiàn)象，增加了事故發(fā)生的風險且不利于在加速過程中快去安全的匯入主干道。另外，部分采用人工收費的收費模式以及僅通過開放關閉收費站來應對車流量變化的道路調(diào)節(jié)方案已遠遠不能滿足目前的交通狀況。

二、新型高速公路收費廣場模型圖

三、新型收費廣場的操作流程

（1）電子、人工收費車道的比例調(diào)節(jié)：當車流高峰期時，正常的電子收費車道不能滿足收費車站通行能力要求，需要增加人工收費站臺，增大收費站臺數(shù)目。

（2）設置引導車道，當車輛駛?cè)胍龑к嚨篮螅鶕?jù)車輛類型按照指示牌駛?cè)胂鄳能嚨乐校虼笾行⌒蛙囕v靈活性、速度、慣性等因素，收費區(qū)域按照由內(nèi)到外的順序設置，使得收費站的收費效率提高。

四、對新型收費廣場的形狀、尺寸、大小、合并模式等方面進行了優(yōu)化改進，使得在吞吐量、事故預防、成本等方面的性能有了顯著的提高。

（1）新型收費廣場形狀：

對比傳統(tǒng)的對稱式扇入扇出式模型，新型收費廣場對進入的車輛進行合理分流；開設潮汐車道，針對高峰時期開設人工收費車道；增設節(jié)假日特殊功能收費車道，減少了主干道車輛變道的風險并減少事故的發(fā)生；彎道處弧形形狀有助于主干道方向的車輛分流和進入主干道的合并， 拉長了車輛與收費廣場的間距，有利于車輛主動選擇收費站站臺；對比傳統(tǒng)收費廣場，新型收費廣場在收費站臺設立主干道電子顯示器和次主干道電子顯示器，顯示各主干道排隊等候的總數(shù)目以及進入主干道之后各個收費站臺等候排隊的數(shù)目。

（2）新型收費廣場尺寸：新型的收費廣場采用弧線與直線段相結(jié)合的方式，合理調(diào)節(jié)入口廣場處長度值以及弧形半徑的大小保證車流量分配的合理性，同時對收費站的出口廣場尺寸進行合理設計，利用流體力學知識，采用流線型車道模式，通過優(yōu)化計算保證車輛在加速離開收費站時更有利于駛?cè)胫鞲傻馈?/p>

（3）新型收費廣場合并模式：傳統(tǒng)的收費模型在合并模式上有著顯著的缺點，在車輛通過收費站后匯入主干道的過程較為突兀，容易造成擁堵現(xiàn)象，增加了事故發(fā)生的風險且不利于在加速過程中快速的匯入主干道。而在設計的新型模式中，車輛離開收費站出口起始端仍不能進行合并，當加速到一定車速并到達指定合并點處，進行逐次合并，即三個車道先合并成兩車道，再進而合并到主干道，這樣的合并模式有利于逐次逐步匯交，減少事故發(fā)生概率并緩解交通擁堵的壓力。

（4）新型收費方式的分配比例：新型的收費模式采用人工半自動收費系統(tǒng)與電子不停車收費系統(tǒng)相結(jié)合的收費模式。利用優(yōu)化模型針對通過該收費點的日均、月均車流量計算出合理的分配比例，合理地調(diào)節(jié)半自動收費窗口和電子收費窗口的數(shù)量，有利于提高單位時間內(nèi)的車輛通行量。

（5）新型收費廣場隨著車流量變化的道路調(diào)節(jié)方案：傳統(tǒng)的收費模型中，在針對車流量高峰期和低谷期的不同車流量的大小，新型高速公路模型圖開設了潮汐車道、人工車道、串列式收費車道。

（6）新型收費廣場事故的預防：在傳統(tǒng)的收費廣場中，入口廣場和出口廣場形狀、尺寸、合并模式以及收費方式設計的不合理性，車流量在峰值或者在峰值附近時容易造成交通擁堵，增加交通事故發(fā)生的概率，具有安全隱患且更不利于行駛排隊中車輛的通過。在傳統(tǒng)收費廣場的形狀、大小和事故預防能力的基礎上，對新型的收費廣場進行了合理的優(yōu)化設計，通過對不同車型進行合理分流，對通過收費站的車流進行逐次合并，拉開了車輛匯交之間的距離，降低了交通事故發(fā)生的風險。

五、結(jié)語

隨著高速公路的發(fā)展以及交通運輸量的增大，傳統(tǒng)收費模式在通行能力、建設運營成本、事故預防以及合并模式等方面存在著諸多的弊端，傳統(tǒng)的收費廣場模式越來越無法適應目前的交通狀況，通過數(shù)據(jù)分析和調(diào)查，利用經(jīng)濟學原理，數(shù)學統(tǒng)計學以及TBL統(tǒng)計參數(shù)學模型等進行計算分析，針對收費廣場的形狀尺寸、合并模式、收費方式分配比例、事故預防等方面進行了合理優(yōu)化，對傳統(tǒng)的收費廣場進行優(yōu)化設計改進，提高了收費站的通行效率，可以有效提高高速公路在車流高峰期時的工作效率。

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（作者單位：鄭州大學力學與工程科學學院）