何雅琴 鄧 霞
(武漢科技大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院 武漢 430081)
隨著城市化進(jìn)程的加快和機(jī)動(dòng)化水平的提高,車輛保有量增長(zhǎng)迅速,城市交通事故的發(fā)生也日益頻繁.交通事故不僅帶來(lái)生命和財(cái)產(chǎn)的損失,也會(huì)對(duì)城市交通系統(tǒng)造成一定的負(fù)面影響.由于交通事故具有突發(fā)性和破壞性,如果事故點(diǎn)疏散不及時(shí),將產(chǎn)生一系列連鎖反應(yīng),并導(dǎo)致大面積的交通擁堵,甚至交通中斷.因此,研究城市道路交通事故應(yīng)急疏導(dǎo)對(duì)策,對(duì)于減少損失,快速恢復(fù)交通,具有重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)價(jià)值.
目前,針對(duì)應(yīng)急區(qū)域疏散以及潮汐交通采取的可變車道,作為一種新型交通組織方案被廣泛應(yīng)用于城市交叉口.國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)可變車道的應(yīng)用也進(jìn)行了一定的研究,Waleczek等[1]對(duì)可逆車道系統(tǒng)進(jìn)行了交通流和道路安全影響分析,認(rèn)為可變車道系統(tǒng)是一種實(shí)用、安全的智能交通管理工具.Liz[2]對(duì)可變車道疏散應(yīng)急的研究表明設(shè)置可變車道后,應(yīng)急延誤得到有效緩解.Wolshon等[3-4]在颶風(fēng)災(zāi)害時(shí),運(yùn)用了疏散逆向車道設(shè)置.Wang等[5]使用仿真軟件 DYNASMART提出容量再分派問(wèn)題,分析研究應(yīng)急疏散期間動(dòng)態(tài)地控制車道逆向的策略問(wèn)題.Bede等[6]指出可變車道能夠在現(xiàn)有道路基礎(chǔ)上很好地應(yīng)對(duì)主要擁擠方向的交通量動(dòng)態(tài)變化.張燦等[7]以交叉口進(jìn)口道車道組的車均延誤為優(yōu)化目標(biāo),建立可變導(dǎo)向車道車均延誤模型,并繪制出信號(hào)交叉口進(jìn)口道可變導(dǎo)向車道功能屬性改變的閾值曲線.張衛(wèi)華等[8]利用可變車道設(shè)置效果評(píng)價(jià)模型得到道路設(shè)置可變車道的速度臨界值,結(jié)合路段實(shí)時(shí)車輛行駛速度等交通流特征,可以較好的處理“潮汐交通”下道路擁堵問(wèn)題.司倩倩[9]提出基于改進(jìn)的最小費(fèi)用流的逆向車道選擇及基于失效概率和失效后果的模型分析,對(duì)路網(wǎng)中影響最大或節(jié)約路網(wǎng)費(fèi)用最多的路段進(jìn)行疏散逆向管制,為突發(fā)事件下應(yīng)急交通網(wǎng)絡(luò)組織管制提供疏散備選方案.蔡建榮等[10]以系統(tǒng)總出行時(shí)間最小為目標(biāo)構(gòu)建可變車道優(yōu)化的混合整數(shù)雙層規(guī)劃模型,有效緩解了因潮汐現(xiàn)象所導(dǎo)致的交通擁堵和道路資源閑置并存的問(wèn)題.
綜上所述,國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)可變車道的研究主要是應(yīng)用于高速路、省道等公路網(wǎng)上的應(yīng)急區(qū)域疏散,城市交叉口的潮汐交通,以及城市應(yīng)急疏散網(wǎng)絡(luò)中整條路段的逆向管制,而缺乏針對(duì)城市道路交通事故發(fā)生路段短時(shí)間內(nèi)采取可變車道疏導(dǎo)交通的應(yīng)用研究.可變車道是指可以隨時(shí)根據(jù)交通流特征更改指示方向的車道,包括可逆車道和可變導(dǎo)向車道.可逆車道主要設(shè)置在路段上,可變導(dǎo)向車道主要設(shè)置在交叉口.可逆車道設(shè)置有利于提升道路利用率,另外由于臨時(shí)設(shè)置也不會(huì)增大交通吸引[11-12],從而可以緩解由于事故占道造成的交通擁堵,有利于快速恢復(fù)交通運(yùn)行.基于此,文中針對(duì)城市路段交通事故,對(duì)可逆車道在應(yīng)急疏導(dǎo)中的設(shè)置方案及適用性進(jìn)行研究,以期為交通管理部門在交通事故發(fā)生后疏導(dǎo)交通提供一定的決策依據(jù).
城市路段設(shè)置應(yīng)急可逆車道的道路條件為:①路段位于交叉口之間,假設(shè)不受兩端交叉口的影響;②路段至少為雙向3車道,且路中央無(wú)固定隔離帶,便于可逆車道起終點(diǎn)位置的布設(shè);③路段長(zhǎng)度適中,以保證車輛安全快速的駛?cè)牒婉偝?
設(shè)置應(yīng)急可逆車道的交通條件為:①路段發(fā)生突發(fā)交通事件并產(chǎn)生交通擁堵;②路段要有相對(duì)充分的通行能力,可借對(duì)向車道實(shí)現(xiàn)可逆車道的應(yīng)急疏導(dǎo);③事故反向車道和對(duì)向車道服務(wù)水平無(wú)特定要求,無(wú)潮汐現(xiàn)象也可;④可逆車道設(shè)置后,不形成新的交通瓶頸.
應(yīng)急可逆車道的設(shè)置需要交通警察和專業(yè)人員到場(chǎng)協(xié)助布設(shè).設(shè)置原則應(yīng)滿足路段斷面車均延誤小于設(shè)置前斷面車均延誤原則,即疏導(dǎo)效率應(yīng)大于0.
在事故路段進(jìn)行應(yīng)急可逆車道設(shè)置時(shí),需要考慮該車道的長(zhǎng)度.若車道過(guò)短,不利于車輛駛?cè)腭偝?,從而疏?dǎo)無(wú)效;若車道過(guò)長(zhǎng),不僅會(huì)影響對(duì)向車道進(jìn)口道的車輛通行,增大對(duì)向車輛的通行延誤,還會(huì)由于車道清空時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而與事故消散后的正常直行車形成沖突,導(dǎo)致二次事故發(fā)生.徐嫚谷[13]在城市主干道交通擁擠態(tài)勢(shì)預(yù)測(cè)及評(píng)估研究中得到交通事故條件下車道占用對(duì)通行能力的折減系數(shù),路段為雙向6車道時(shí)事故占道三車道的系數(shù)為0.00、兩車道為0.17、單車道為0.49.考慮事故占道情況、剩余通行能力和交通量不同導(dǎo)致排隊(duì)長(zhǎng)度不同,占道越多交通量越大剩余通行能力越小時(shí)排隊(duì)長(zhǎng)度越長(zhǎng),以資源節(jié)約型、不降低疏導(dǎo)效率和不影響對(duì)向車道進(jìn)口道車輛通行為原則,本文提出應(yīng)急可逆車道的長(zhǎng)度應(yīng)滿足:
(1)
式中:L逆為萬(wàn)路段應(yīng)急可逆車道的長(zhǎng)度,m;L為事故發(fā)生后車輛排隊(duì)長(zhǎng)度,m;L1為路段上行駛車輛的最大長(zhǎng)度,m;L2為事故點(diǎn)與上游交叉口的距離,m;φ為可逆車道長(zhǎng)度折減系數(shù),其中事故占單車道時(shí)為0.51,事故占兩車道時(shí)為0.83,事故占三車道時(shí)為1.00.
為滿足應(yīng)急可逆車道能有效安全的保證車輛疏散,并且不過(guò)多占用對(duì)向車道,需對(duì)車道使用時(shí)間有一定的規(guī)定.因該可逆車道需交警或?qū)I(yè)人員的到場(chǎng)布設(shè),則起點(diǎn)開(kāi)啟時(shí)間t應(yīng)滿足:
t>(t1,t2)
(2)
式中:t1為接警響應(yīng)時(shí)間,考慮事故點(diǎn)與警局的距離、出警速度和天氣環(huán)境等綜合因素,一般為5~10 min;t2為開(kāi)始排隊(duì)時(shí)間,在不同交通量和不同事故占道情況下均表現(xiàn)不同,所以擬定應(yīng)急可逆車道起點(diǎn)開(kāi)啟時(shí)間為5 min.因事故結(jié)束后車輛排隊(duì)自行消散速度較快,擬定關(guān)閉時(shí)間為事故持續(xù)時(shí)間.
對(duì)向車道提前關(guān)閉對(duì)向行駛通道時(shí)間為
(3)
式中:t關(guān)為對(duì)向車道提前關(guān)閉時(shí)間,s;K為安全系數(shù),可取1.0或1.2;v為對(duì)向車輛的平均速度,m/s,可通過(guò)實(shí)地測(cè)速取值.
對(duì)向車道開(kāi)啟時(shí)間(可逆車道清空時(shí)間)為
(4)
式中:t開(kāi)為對(duì)向車道開(kāi)啟時(shí)間,s;K為安全系數(shù),可取1.0或1.2;v′為最后一輛駛?cè)肟赡孳嚨儡囕v的平均速度,m/s,可通過(guò)實(shí)地測(cè)速取值.
根據(jù)應(yīng)急疏散案例經(jīng)驗(yàn),當(dāng)發(fā)生突發(fā)交通事件時(shí)應(yīng)立即在距可逆車道開(kāi)口處前50,100和150 m處分別設(shè)置臨時(shí)應(yīng)急標(biāo)志和指示牌[14],提示開(kāi)口位置從而誘導(dǎo)車輛提前選擇可逆車道進(jìn)行疏導(dǎo).為保證安全通行,應(yīng)急可逆車道還需設(shè)置相應(yīng)的隔離設(shè)施,以防止跟對(duì)向車輛發(fā)生沖突.除此之外,交警的現(xiàn)場(chǎng)控制也是可逆車道正常使用的關(guān)鍵.
3.1.1事故背景假設(shè)
假定城市路網(wǎng)中一長(zhǎng)度為0.78 km的雙向6車道路段上發(fā)生一起兩車追尾交通事故,該路段設(shè)計(jì)車速為40 km/h,中央無(wú)固定隔離設(shè)施,交通構(gòu)成為:car0.92,bus0.06,HGV0.02.事故發(fā)生位置在距離上游交叉口520 m處,不考慮路段兩端交叉口的影響,根據(jù)文獻(xiàn)[15]事故持續(xù)時(shí)間為20 min.利用VISSIM仿真里面的停車場(chǎng)功能模擬交通事故的發(fā)生,信號(hào)燈控制可逆車道的開(kāi)閉,即事故方向車輛在綠燈亮?xí)r可借對(duì)向車道1(從中心線向外側(cè),依次為車道1、車道2、車道3)進(jìn)行應(yīng)急疏導(dǎo),此時(shí)可逆車道終點(diǎn)為紅燈,禁止對(duì)向車輛使用該段車道,疏導(dǎo)車輛將繞過(guò)事故點(diǎn)駛回原始方向車道.仿真軟件中調(diào)用車輛最長(zhǎng)長(zhǎng)度為11.54 m.本文分別模擬了事故占車道1、占車道1和車道2兩車道場(chǎng)景(因事故占車道1、2、3時(shí)排隊(duì)長(zhǎng)度隨持續(xù)時(shí)間增加勢(shì)必會(huì)蔓延到上游交叉口,且剩余通行能力為0,若設(shè)置可逆車道會(huì)影響對(duì)向進(jìn)口道車輛通行,這將違背設(shè)置原則,所以認(rèn)為可逆車道不適用于該情況;事故占車道2、或占車道3、或占車道2和3時(shí)引起的車輛排隊(duì)主要靠道路外側(cè),此時(shí)利用可逆車道進(jìn)行疏導(dǎo)會(huì)導(dǎo)致各車道交通混亂,從而增加安全隱患和延誤,后續(xù)將不予考慮其應(yīng)用).仿真運(yùn)行圖見(jiàn)圖1~2.
圖1 事故占車道1時(shí)疏導(dǎo)效果圖
圖2 事故占車道1和車道2時(shí)疏導(dǎo)效果圖
3.1.2考慮各級(jí)服務(wù)水平下不同交通量的可逆車道長(zhǎng)度
可逆車道長(zhǎng)度的設(shè)置與事故車輛排隊(duì)長(zhǎng)度和剩余通行能力相關(guān),根據(jù)《城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范》中一條車道通行能力建議值,取該路段一條車道通行能力為1 640 pcu/h[16].基于不同服務(wù)水平的V/C比,研究不同流量下的可逆車道長(zhǎng)度,對(duì)應(yīng)服務(wù)水平A~F級(jí),可取流量分別為1 500,2 000/2 800,3 000/3 600,3 800/4 300,4 500/4 900,5 100 pcu/h,見(jiàn)表1.
表1 各級(jí)服務(wù)水平下交通量取值
基于VISSIM軟件分別模擬了不同事故占道情況下,事故發(fā)生后5,20和60 min的平均排隊(duì)長(zhǎng)度(分別考慮可逆車道開(kāi)啟前車輛排隊(duì)情況、事故持續(xù)時(shí)間內(nèi)車輛排隊(duì)情況和路段小時(shí)平均排隊(duì)長(zhǎng)度,分析各時(shí)間段流量和排隊(duì)相關(guān)性).結(jié)果(見(jiàn)表2和表3)表明:事故占車道1和車道2兩車道時(shí)交通量與事故發(fā)生后5 min的平均排隊(duì)長(zhǎng)度相關(guān)性最強(qiáng),事故占車道1時(shí)交通量與事故發(fā)生后20 min時(shí)的平均排隊(duì)長(zhǎng)度相關(guān)性最強(qiáng).所以事故占車道1和車道2時(shí)選取事故發(fā)生5 min后的排隊(duì)長(zhǎng)度為可逆車道長(zhǎng)度設(shè)置依據(jù),事故占車道1時(shí)選取事故發(fā)生20 min后的排隊(duì)長(zhǎng)度為可逆車道長(zhǎng)度設(shè)置依據(jù).
表2 事故占車道1和車道2各時(shí)間段排隊(duì)長(zhǎng)度
表3 事故占車道1各時(shí)間段排隊(duì)長(zhǎng)度
根據(jù)式(1)對(duì)各占道情況排隊(duì)長(zhǎng)度進(jìn)行.
折減后得到最終各級(jí)服務(wù)水平交通量下的可逆車道設(shè)置長(zhǎng)度.例:當(dāng)事故占車道1,事故方向交通量為3 000 pcu/h,此時(shí)可逆車道不適用(22×0.51=11.22<仿真模型中調(diào)用車輛最大長(zhǎng)度11.54 m),可理解為車輛排隊(duì)自發(fā)的消散速度較快;當(dāng)事故占車道1和車道2,事故方向交通量為4 500 pcu/h,此時(shí)可逆車道長(zhǎng)度設(shè)置為214 m(258×0.83=214.14),最終統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表4.
通過(guò)對(duì)可逆車道長(zhǎng)度與交通量進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,見(jiàn)圖3~4,得到以下關(guān)系式.
圖3 事故占車道1和車道2的可逆車道長(zhǎng)度模型
y12=-8E-09X3+8E-05X20.180 8X+116.17
R2=0.998 8
(5)
y1=-5E-12X4+4E-08X3-
4E-05X2-0.161 8X+237.11
R2=0.962 2
在水資源利用方面,河道能夠在一定程度上調(diào)配水資源,實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所需水資源的供給和滿足農(nóng)村居民生活用水需要。但隨著水資源枯竭和污染等問(wèn)題日益嚴(yán)重,河道的水資源調(diào)配功能大幅度降低,河道淤積問(wèn)題在很多農(nóng)村較為常見(jiàn)。這些趨勢(shì)不利于農(nóng)村發(fā)展和農(nóng)村居民收入水平的提高。因此,農(nóng)村河道整治工作十分必要。
(6)
式中:y1為事故占車道1時(shí)可逆車道長(zhǎng)度,m;y12為事故占車道1和車道2時(shí)可逆車道長(zhǎng)度,m;X為事故方向交通量,pcu/h;R為相關(guān)系數(shù).
圖4 事故占車道1的可逆車道長(zhǎng)度模型
通過(guò)以上函數(shù)關(guān)系可類推事故條件下任意交通量對(duì)應(yīng)的可逆車道長(zhǎng)度,此時(shí)事故點(diǎn)為可逆車道終點(diǎn)位置,可逆車道長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)的事故點(diǎn)上游位置為起點(diǎn)位置.
3.1.3可逆車道開(kāi)閉時(shí)間設(shè)置
根據(jù)上述對(duì)可逆車道開(kāi)閉時(shí)間的定義,即在事故發(fā)生300 s時(shí)可逆車道綠燈開(kāi)放,事故發(fā)生1 200 s時(shí)車道起點(diǎn)紅燈關(guān)閉.當(dāng)對(duì)向車輛平均行駛速度為40 km/h,可逆車道長(zhǎng)200 m,取安全系數(shù)1.2,則對(duì)向車道提前關(guān)閉時(shí)刻為第278 s(300-1.2×200/11.11).若最后一輛駛?cè)肟赡孳嚨赖能囕v平均速度為40 km/h,則對(duì)向車道開(kāi)啟時(shí)刻為第1 222 s(1 200+1.2×200/11.11).
本文采用應(yīng)急疏導(dǎo)效率指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)可逆車道實(shí)施的效果,應(yīng)急疏導(dǎo)效率是指城市交通事故發(fā)生后設(shè)置可逆車道前后路段斷面的車均延誤差值百分比,為
(7)
eij=(Aij-Bij)/Aij×100%
(8)
Aij=(ai×i+bj×j)/(i+j)
(9)
(10)
ai為可逆車道設(shè)置前事故方向交通量為i時(shí)20 min的平均延誤,s;bj為可逆車道設(shè)置前對(duì)向車道交通量為j時(shí)20 min的平均延誤,s;ci為可逆車道設(shè)置后事故方向交通量為i時(shí)20 min的平均延誤,s;dj為可逆車道設(shè)置后對(duì)向車道交通量為j時(shí)20 min的平均延誤,s;i為事故方向車道交通量,pcu/h;j為對(duì)向車道小時(shí)交通量,pcu/h;M為事故占道情況;情況一為事故占車道1和車道2兩車道、情況二為事故占車道1.
通過(guò)上述仿真運(yùn)行,得到各方案疏導(dǎo)效果評(píng)價(jià)結(jié)果,統(tǒng)計(jì)見(jiàn)圖5~6.
圖5 事故占車道1和車道2時(shí)事故向和對(duì)向疏導(dǎo)效果
圖6 事故占車道1時(shí)事故向和對(duì)向疏導(dǎo)效果
由圖5~6可知:
1) 當(dāng)事故方向交通量達(dá)到2 000 pcu/h以上,即B級(jí)服務(wù)水平以上應(yīng)急可逆車道均適用.考慮為當(dāng)交通量較少時(shí)產(chǎn)生排隊(duì)的速度與消散速度相當(dāng),車輛可自發(fā)有序的快速通過(guò)事故段,不需要其他措施輔助.而當(dāng)事故向交通量較少對(duì)向交通量較大時(shí),利用可逆車道進(jìn)行應(yīng)急疏導(dǎo)反而加大對(duì)向車輛延誤,導(dǎo)致斷面車均延誤增大,失去了緩解交通的意義.由圖可知在對(duì)向車道服務(wù)水平為A級(jí)、事故向交通量為2 000 pcu/h時(shí)有最大疏導(dǎo)效率,斷面車均延誤減少51.65%.當(dāng)對(duì)向交通量低于3 600 pcu/h時(shí),疏導(dǎo)效果較好,且隨對(duì)向交通量增大而減小.考慮為C級(jí)服務(wù)水平以內(nèi),事故向車輛可較好利用對(duì)向車道進(jìn)行應(yīng)急疏散,路段通行效率最大化.當(dāng)對(duì)向交通量超過(guò)3 600 pcu/h,疏導(dǎo)效果減弱,但較事故占車道1的效果波動(dòng)相對(duì)平穩(wěn).考慮為事故占兩個(gè)車道時(shí)車輛排隊(duì)主要通過(guò)可逆車道和車道3進(jìn)行交通疏導(dǎo),因此疏導(dǎo)效率比較穩(wěn)定.
2) 事故方向交通量需達(dá)到3 000 pcu/h,即C級(jí)服務(wù)水平以上才適用.考慮為單車道事故情況產(chǎn)生的排隊(duì)速度較慢,尤其是交通量較小時(shí),排隊(duì)車輛可自發(fā)有序的利用剩余車道通過(guò)事故段,此時(shí)無(wú)需借助對(duì)向車道進(jìn)行應(yīng)急疏導(dǎo).在適用范圍內(nèi),事故占車道1的疏導(dǎo)效率整體高于事故占車道1和車道2情況.當(dāng)對(duì)向交通量低于3 600 pcu/h時(shí),疏導(dǎo)效率隨對(duì)向交通量增大而減小的趨勢(shì)明顯.考慮為對(duì)向車道交通壓力較小時(shí)可有效地滿足來(lái)自事故向的交通應(yīng)急疏導(dǎo)需求,一旦對(duì)向車輛過(guò)多時(shí)可逆車道將影響對(duì)向通行效率,從而降低該路段通行效率.當(dāng)事故向交通量為4 300 pcu/h、對(duì)向車道處于A級(jí)服務(wù)水平時(shí)有最大疏導(dǎo)效率,斷面車均延誤減少57.08%.此時(shí)排隊(duì)車輛借助可逆車道和車道2、車道3進(jìn)行應(yīng)急疏導(dǎo),所以車均延誤減少更多疏導(dǎo)效率更高.
文中針對(duì)城市路段交通事故,對(duì)可逆車道在應(yīng)急疏導(dǎo)中的應(yīng)用進(jìn)行了研究,對(duì)其設(shè)置條件、設(shè)置方案、基本參數(shù)等進(jìn)行了新的定義,提出了應(yīng)急疏導(dǎo)評(píng)價(jià)模型,并利用VISSIM仿真對(duì)可逆車道的適用性進(jìn)行了評(píng)價(jià)分析,結(jié)果表明:對(duì)于事故占用車道1和車道2兩車道,當(dāng)事故向服務(wù)水平處于B級(jí)(2 000 pcu/h),疏導(dǎo)效率最大;對(duì)于事故占用車道1時(shí),在事故方向服務(wù)水平處于D級(jí)(4 300 pcu/h)時(shí)有最大疏導(dǎo)效率.本文以相關(guān)性最大原則選取相應(yīng)排隊(duì)長(zhǎng)度作為可逆車道設(shè)置基礎(chǔ)依據(jù),綜合考慮資源節(jié)約和合理性,通過(guò)長(zhǎng)度折減獲得了較好的仿真效果.同時(shí)建立了交通量與可逆車道長(zhǎng)度的數(shù)學(xué)模型,并考慮事故占道情況對(duì)可逆車道應(yīng)急疏導(dǎo)效率的影響.通過(guò)利用實(shí)測(cè)交通量等數(shù)據(jù)可計(jì)算出可逆車道設(shè)置方案的一系列參數(shù),從而運(yùn)用到實(shí)際路段上,這對(duì)快速解決城市交通事故引發(fā)的交通擁堵問(wèn)題具有重要的現(xiàn)實(shí)意義.
本方案的不足之處在于:可逆車道的各項(xiàng)配套應(yīng)急設(shè)施具有臨時(shí)性,只能單次使用,同時(shí)必需交警到場(chǎng)協(xié)助指揮,不具有自發(fā)性;仿真過(guò)程中車道的開(kāi)閉模擬利用信號(hào)燈控制會(huì)造成不可避免的排隊(duì)現(xiàn)象,具有一定局限性,這與現(xiàn)實(shí)中人為智能選擇不太相符;仿真模型建立在城市道路路段上,未考慮交叉口延誤;可逆車道開(kāi)口起點(diǎn)位置需手動(dòng)設(shè)置,所以存在一定誤差.