高速公路主線收費站距離前方分流點的最小凈距研究

趙禮昭 劉靚

摘? 要：為保證渝長擴能項目實施后龍盛主線收費站的服務(wù)水平與運行安全性，對互通式立交與主線收費站的凈距進行研究，通過建立數(shù)學預測模型，模擬車輛進入收費站前后的行駛軌跡，對標志反應(yīng)、尋找間隙、變換車道、確認出口這4個駕駛階段進行距離分析，計算最小凈距值，并提出相應(yīng)的交通優(yōu)化措施，使改建后的互通式立交與主線收費站的最小距離滿足車輛運行安全的要求。該研究對類似工程設(shè)計中互通式立交與收費站的最小間距的設(shè)計提供一定的指導。

關(guān)鍵詞：互通式立交? 分流點? 主線收費站? 最小凈距

中圖分類號：U491.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A文章編號：1672-3791（2021）02（b）-0085-03

The Study of the Minimum Clear Distance between Expressway Mainline Toll Station and Junction Point Ahead

ZHAO Lizhao? LIU Liang

（China Merchant Chongqing Design Institute of Transport Co.， Ltd.， Chongqing， 400067? China）

Abstract： In order to ensure the service level and operation safety of Longsheng main line toll station after the implementation of Yuchang capacity expansion project， the net distance between the interchange and the main line toll station is studied by establishing a mathematical prediction model and simulating vehicles before and after entering the toll trajectory to analyze the distance of the four driving stages of sign reaction， search for gaps， change lanes and confirm exits， calculate the minimum clearance value， and propose corresponding traffic optimization measures to enable intercommunication after reconstruction. The minimum distance between the type interchange and the main line toll station meets the requirements of vehicle operation safety. The research results are of great significance to the interchange in similar engineering design.

Key Words：Interchange; Junction point; Mainline toll station; Minimum clear distance

互通式立交和主線收費站相接是高速公路較為常見的連接形式。而兩者之間凈距的合理與否將直接影響高速公路運行質(zhì)量和行車安全。一般對互通式立交與主線收費站的凈距展開研究，綜合考慮了交通量、交通運行特性、收費廣場的通行能力和收費制式等影響因素，對互通式立交與主線收費站之間的凈距進行界定，提出互通式立交與主線收費站之間凈距的建議值[1]。已有研究通過對駕駛?cè)思铀龠^程的分析和駕駛?cè)苏J讀標志的特點以及換道模型特征，提出了基于車道數(shù)的匝道收費廣場中心至前方分流點最小間距的建議值。相關(guān)規(guī)范[2]中對間距取值提出了不宜取值區(qū)間，但并沒有給出間距的具體取值。

為提高互通式立交與主線收費站區(qū)域間的通行能力、營運效益、行車質(zhì)量，基于交通流理論，對互通式立交與主線收費站間的凈距展開研究。分別對主線收費站與互通立交分流點之間的凈距進行界定，提出互通式立交與主線收費站之間凈距的合理建議值。

1? 模型分析

下面主要就收費站與出口分流點的最小凈距分析如下。

從主線收費站出口到匝道改道點，最內(nèi)側(cè)收費車道（ETC車道）內(nèi)的車輛需要經(jīng)過連續(xù)加速、查找和讀取標志、換車道、確認匝道出口4個過程。駕駛員需要完成的操作包括車輛駛離收費站后的加速、讀取和判斷標志內(nèi)容、做出是否換道的決定、等待插入凈空、換道和出站確認過程[3]。

從駛出主要收費廣場開始，車輛需要經(jīng)過一段時間的加速過程。加速終端是收費廣場過渡段的終端。然后，在看到前面的標志后，他們做出判斷。如果他們不需要改變車道，他們繼續(xù)直行。如果他們需要改變車道，他們會尋找要插入的間隙。變道后，他們順利進入目標匝道[4]。

1.1 車型選擇

卡車和小客車作為代表車型的選擇需要結(jié)合實際情況。首先，主線收費站收費通道右側(cè)一般作為大貨車行駛通道，左側(cè)為小客車ETC行駛通道。車輛通過收費站后，小客車需要經(jīng)歷更多的車道變換，要求的安全距離比同等條件下的大貨車要大;另一方面，小客車的加速過程明顯更快，行駛速度也更高，符合小客車的要求公交車的安全距離可以保證卡車的安全行駛。因此，選擇乘用車作為代表車型[5]。

1.2 距離取值分析

換道過程共分為4個步驟：認讀標志、等待可插入的間隙、變換行駛車道及確認匝道出口等過程，故換道距離分為標志反應(yīng)距離、尋找間隙距離、變換車道距離、出口確認距離[6]。

1.2.1 標志反應(yīng)距離L1

標志P為安裝在路側(cè)的標志標牌，一般布設(shè)在減速車道漸變段起點附近。需要駛出匝道的駕駛員在離開收費廣場漸變段時便會發(fā)現(xiàn)最近的標志內(nèi)容，隨后駕駛?cè)俗x取標志牌信息，標志反應(yīng)距離共為標志識讀產(chǎn)生的距離、決策駛出方向的距離之和[7]。

認讀標志距離L1d是指駕駛員看見出口標志后，讀取標志相應(yīng)內(nèi)容，直到完成識讀，車輛行駛的距離[8]。采用下式進行計算：

（1）

式中，t1為讀取時間，一般為3.0～4.0s，按最不利條件取4 s。

標志決策距離L1j是指駕駛?cè)苏J讀標志后，根據(jù)需求來決策采取措施的車輛行駛距離[9]。根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗，決策時間取3.8 s，開始讀取標志內(nèi)容，直到讀取完成，車輛行駛的距離。采用下式進行計算：

（2）

式中，t2為決策判斷時間，一般為2.5～3.5 s，按最不利條件取3.5 s。

按設(shè)計速度為60 km/h，L1=125 m;設(shè)計速度為80 km/h，L1=167 m;設(shè)計速度為100 km/h，L1=208 m。

1.2.2 尋找間隙距離L2

再找間隙距離包括兩部分：一是插入車輛等待間隔期間的行駛距離;二是在改變車道前調(diào)整車輛位置的距離[10]。

車輛由離開收費廣場啟動加速至漸變段終點的過程，漸變段終點的行駛車速Vs的計算公式如下式所示。

（3）

考慮到現(xiàn)高速公路主線收費站普遍應(yīng)用ETC收費，故V0取20 km/h，加速度a按勻加速運動推薦加速度取最大值0.5。

根據(jù)多項研究表明，車輛變化車道的平均等待時間與交通量有關(guān)，其計算公式為：

（4）

式中：λ為目標車輛單位時間平均到達率，λ=Q/3600;Q為主線單車道最大服務(wù)交通量;tc為可插入間隙，結(jié)合相關(guān)文獻取值，該文取值3.75 s;τ為目標車道車頭時距最小值，τ=1～1.5 s，高速公路一般取1.5 s。

綜上所述，尋找間隙的距離為：

（5）

考慮最不利因素，此處車輛行駛速度為設(shè)計速度，按設(shè)計速度為60 km/h，則L2取值為150 m;按設(shè)計速度為80 km/h，則L2取值為201 m;按設(shè)計速度為100 km/h，則L2取值為251 m。

1.2.3 變換車道距離L3

車輛在調(diào)整好車速和車頭位置后，即可橫移變換至目標車道，實施該橫移操作并完成車道變換所需的距離為變換車道距離，公式為：

（6）

車道變道的示意具體見圖1。

根據(jù)相關(guān)研究表明，車輛的橫移速度一般取1 m/s，車道寬度按照公路相關(guān)技術(shù)標準取值3.75 m，故橫移時間等于3.75 s。

所以，變道間距計算公式為：

（7）

按設(shè)計速度為60 km/h，計算得L3=82 m;按設(shè)計速度為80 km/h，計算得：L3=108 m;按設(shè)計速度為100 km/h，計算得：L3=135 m。

1.2.4 確認匝道出口距離L4

車輛確認出口匝道的距離，通常取3 s駕駛行程的距離，即。

按設(shè)計速度為60 km/h，計算得L4=50 m;按設(shè)計速度為80 km/h，計算得L4=67 m;按設(shè)計速度為100 km/h，計算得L4=83 m。

綜上所述，L=L1+L2+L3+L4。

當主線速度分別取60 km/h、80 km/h、100 km/h時，計算結(jié)果如表1所示。

2? 結(jié)語

為提高互通式立交與主線收費站區(qū)域間的通行能力、營運效益、行車質(zhì)量，有必要對兩者間最小間距展開研究。通過分析從收費站到分流點的整個行駛過程中加速與變換車道兩個過程的特征，建立了主線收費廣場至前方分流點的最小凈距模型，并提出主線收費廣場中心至前方分流點最小間距的建議值，研究成果對工程設(shè)計中互通立交與收費站的最小間距的設(shè)計提供一定的指導。

參考文獻

[1] 王健.基于ETC系統(tǒng)數(shù)據(jù)的高速公路主動管控建設(shè)探討[J].中國交通信息化，2020（12）：99-101.

[2] 李文靖.高速公路互通立交路線視距的探討[J].黑龍江交通科技，2020，43（9）：34-35，37.

[3] 邱民.高速公路改擴建機電工程施工管理的難點及對應(yīng)策略[J].西部交通科技，2020（8）：51-53.

[4] 金文晶.高速公路主線橋懸澆施工設(shè)計應(yīng)用[J].居舍，2020（14）：77.

[5] 廖浩霖.基于交通流狀態(tài)的高速公路網(wǎng)絡(luò)復雜性研究[D].華南理工大學，2020.

[6] 朱潔玉.快速路主線入口多車交互風險評估方法[D].哈爾濱工業(yè)大學，2020.

[7] 熊友山，游金梅.基于三階段模糊層次評價法的武漢市四環(huán)線高速公路收費模式研究[J].中外公路，2014，34（6）：319-325.

[8] 朱宏亮，杭文，何杰.計重收費高速公路重載運輸特征的實證分析[J].黑龍江交通科技，2016，39（11）：143-144.

[9] 歐陽江湖.高速公路主線收費站設(shè)置位置及主線線形指標研究[D].長安大學，2017.

[10] 解亞東.高速公路收費智能化對降低高速公路營運成本的影響[J].現(xiàn)代經(jīng)濟信息，2017（7）：208.