高速公路收費(fèi)車道的設(shè)計(jì)

摘 要：計(jì)算MTC和ETC收費(fèi)方式下各自的通行能力，建立MTC與ETC的混合收費(fèi)模型。使用收費(fèi)廣場漸變率（I）、收費(fèi)站服務(wù)水平（V/C）和收費(fèi)廣場入口段縱坡（P）進(jìn)行安全評估模型分析，討論交通事故發(fā)生最低的情況下參數(shù)的取值范圍，為美國新澤西高速公路上收費(fèi)站的設(shè)計(jì)提供了一個(gè)可行性方案。

關(guān)鍵詞：MTC；ETC；折算系數(shù)；服務(wù)水平；收費(fèi)廣場漸變率

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.12.118

0 引言

通過收費(fèi)站的車輛需先繳納相應(yīng)的費(fèi)用才能繼續(xù)行駛，因此，收費(fèi)站的車道排列及收費(fèi)方式的設(shè)計(jì)，包括收費(fèi)處理速度等都對交通運(yùn)輸有很大的影響，因此要求我們設(shè)計(jì)出一個(gè)完整的收費(fèi)站，以達(dá)到最佳處理標(biāo)準(zhǔn)。

1 MTC與ETC的混合收費(fèi)模型

1.1 交通量

（1）車輛分類和車輛折算系數(shù)。為了定量化各種不同型號的車對通行能力的影響，應(yīng)該將不同型號的車轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)車的當(dāng)量值，通常使用的方法為：基于服務(wù)時(shí)間與離去時(shí)間的PCE 的計(jì)算方法。

（2）吞吐量計(jì)算方法。單位小時(shí)的交通量為DHV，DHV 可以用每年平均每日交通量（AADT）計(jì)算出來。

DHV=K×AADT ×D （1）

1.2 服務(wù)水平

（1）服務(wù)時(shí)間。在分析研究收費(fèi)站的通行能力中，采集了美國新澤西洲的部分收費(fèi)站關(guān)于車輛服務(wù)時(shí)間的數(shù)據(jù)，重點(diǎn)研究收費(fèi)站關(guān)于不同車型的服務(wù)時(shí)間分布情況。

（2）平均排隊(duì)長度。據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，美國收費(fèi)站的車輛到達(dá)多服從負(fù)指數(shù)分布，服務(wù)時(shí)間服從正態(tài)分布。排隊(duì)長度可按照下式計(jì)算：

（2）

1.3 MTC與ETC基本通行能力的計(jì)算

（1）MTC通行能力計(jì)算。MTC通道是現(xiàn)在采用比較多的一種收費(fèi)方法，MTC單通道的通行能力越強(qiáng)時(shí)，其通道的服務(wù)時(shí)間越短，一般由小型車的服務(wù)時(shí)間與離開時(shí)間計(jì)算：

（3）

（2）ETC通行能力計(jì)算。單條ETC通道基本通行能力計(jì)算公式如下：

（4）

1.4 MTC與ETC混合收費(fèi)車道通行能力

混合式通道重點(diǎn)是根據(jù)ETC通道的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，故MTC車輛數(shù)目增多時(shí)，混合式通道的通行能力會(huì)有所降低，則混合式通道的通行能力如下所示：

（5）

2 收費(fèi)站安全評價(jià)模型

2.1 收費(fèi)站安全影響因素分析

（1）收費(fèi)廣場漸變率。收費(fèi)廣場漸變率是出入口漸變段對主線路段增加的道路寬度與收費(fèi)廣場漸變段長度的比值。決定收費(fèi)廣場的布局結(jié)構(gòu)，車輛行駛的安全性和舒適性由漸變率的設(shè)計(jì)合理性決定。通過回歸研究，得出收費(fèi)廣場的漸變率和交通事故數(shù)量之間的關(guān)系如下式：

（6）

式中，Y—對應(yīng)收費(fèi)廣場漸變率的交通事故預(yù)測數(shù)；

x—收費(fèi)廣場漸變率。

得到的結(jié)論：當(dāng)收費(fèi)廣場漸變率增大時(shí)，交通事故發(fā)生的次數(shù)也隨之增多。

（2）收費(fèi)站服務(wù)水平。高速公路收費(fèi)站收費(fèi)車道的排隊(duì)長度影響駕駛員對交通環(huán)境的感知，收費(fèi)站服務(wù)水平的高低由排隊(duì)長度決定。經(jīng)回歸趨勢分析，得兩者之間關(guān)系式：

（7）

式中， Y—收費(fèi)站交通事故預(yù)測數(shù)；

x—收費(fèi)站服務(wù)水平。

由公式可知：交通事故發(fā)生的頻率與收費(fèi)站服務(wù)水平成正比。

（3）收費(fèi)廣場入口段縱坡。收費(fèi)站入口段縱坡研究時(shí)，如果不能充足考慮車輛駛?cè)胧召M(fèi)站的行駛情況，出現(xiàn)長距離下坡或轉(zhuǎn)彎下坡等道路狀況，致使車輛駛?cè)胧召M(fèi)站時(shí)不能充分減速，從而引發(fā)由安全行車的距離不足和行車方向未及時(shí)整改導(dǎo)致的交通事故。通過回歸分析，得到交通事故發(fā)生頻率與收費(fèi)廣場入口段縱坡的關(guān)系式：

（8）

式中，Y—收費(fèi)站交通事故預(yù)測數(shù)；

x—收費(fèi)廣場入口段縱坡。

由公式得知：收費(fèi)廣場入口縱坡度越大，發(fā)生交通事故的頻率越高。

3 建立回歸方程

（1）建模思路?；谝陨蠈Ω咚俟肥召M(fèi)站安全影響因素的分析，以收費(fèi)廣場的漸變率（I）、收費(fèi)站的服務(wù)水平（V/C）以及收費(fèi)廣場的入口段縱坡（P）作為待建模型的參數(shù)，并且根據(jù)收費(fèi)站每年的交通事故發(fā)生的次數(shù)作為安全評價(jià)模型的標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)樣本中的回歸分析數(shù)據(jù)，建立高速公路收費(fèi)站的安全評估模型。

（2）回歸效果分析與參數(shù)范圍討論。參照國外這方面的研究成果以及實(shí)際建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)收費(fèi)廣場漸變率的取值范圍為1/7～ 1/10，那么可以求出來收費(fèi)廣場漸變段的長度為：46m。

3.1 模型實(shí)際應(yīng)用檢驗(yàn)

（下轉(zhuǎn)第162頁）

（上接第137頁）

安全評價(jià)模型主要對主線收費(fèi)站的交通事故次數(shù)進(jìn)行預(yù)測，采用建立好的模型對多條收費(fèi)站的樣本進(jìn)行檢測，比較實(shí)際事故發(fā)生頻率與建立模型的計(jì)算值，見圖1。

3.2 設(shè)計(jì)收費(fèi)站的形狀大小

查詢相關(guān)數(shù)據(jù)，包括MTC與ETC收費(fèi)島的長和寬，每個(gè)車道的寬度，以及駛?cè)胧召M(fèi)站的減速段距離和離開收費(fèi)站的加速段距離，最終得到收費(fèi)站的具體設(shè)計(jì)圖，分別如圖2和圖3所示。

4 結(jié)論

經(jīng)過對混合式收費(fèi)站的調(diào)研和研究，根據(jù)車輛到達(dá)的分布情況、車輛服務(wù)時(shí)間的分布情況作為基礎(chǔ)，建立MTC與ETC的混合收費(fèi)模型，并對模型進(jìn)行安全評估。此外，設(shè)計(jì)出了收費(fèi)站的具體大小和形狀，討論其具體可行度。

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作者簡介：曹海蘭（1988-），女，陜西商洛人，碩士研究生，助教，研究方向：機(jī)械電子工程。