小城镇摩托车折算系数研究

2014-02-18郭艳艳

天津师范大学学报（自然科学版） 2014年1期

郭艳艳，严凌

（上海理工大学管理学院，上海200093）

车辆折算系数被定义为在特定的道路等级、坡度、坡长和交通组成条件下，所有非标准车相当于标准车对交通流流量影响的当量值[1].在实际车辆折算系数的分析过程中，针对同一类型的车辆，各种算法得出的折算系数不同；采用同样算法，不同道路上同一类型的车辆所得的折算系数不同[2-3]；同样算法，同一道路上同一类型的车辆在不同方向、不同比例和不同服务水平的情况下所得出的折算系数也不同[4-5].当前对车辆折算系数的计算方法有超车率法、车头时距法、密度因子法、瞬间占用道路率法、速度因子法和延误法等[6-9].超车率法得到的折算系数只考虑了非标准车对标准车的影响，不能直接反应对标准车流量的影响；车头时距法、密度因子法和瞬间占用道路率法等均不适用于小城镇摩托车折算系数的计算.基于速度、司机感受以及超车率等算法所得折算系数只考虑了非标准车对标准车的影响，不能直接反应标准车流量的影响；延误法只适用于大型车对标准小客车造成的延误，且认为延误与交通流量呈线性关系[10]，而在小汽车摩托车混行的小城镇中，延误和交通流量并不一定成线性关系，因此线性模型的延误交通流量并不适用于小城镇摩托车折算系数的计算.

在我国很多小城镇中，摩托车是我国很多小城镇主要的出行方式之一，小汽车摩托车混行现象严重，摩托车仍是近期小城镇居民出行的主要方式之一，因此，摩托车折算系数的准确性对道路的通行能力和饱和率计算具有重要的影响作用，研究摩托车的折算系数对小城镇路网规划和道路安全程度评价有着重要的意义，但我国目前对车辆折算系数的研究主要集中在汽车方面[11-13]，对摩托车折算系数的研究较少，因此有必要对摩托车的折算系数作进一步探索和研究.本研究在分析车辆折算系数各种算法和小城镇交通特性的基础上，综合考虑道路设计速度、交通组成和饱和度等因素，提出一种小城镇交通流中摩托车折算系数的计算方法.

1 小城镇交通流量特征分析与建模

1.1 小城镇交通特性分析

混合交通流是我国道路交通的典型特征，在我国小城镇中，摩托车出行率占30%～40%，甚至60%～70%，因此摩托车和汽车的混合交通流是我国很多小城镇主要的机动车交通流形式.摩托车车流与汽车车流在道路上的行驶特征存在较大差异，摩托车不仅有类似自行车横向移动的灵活性和快速启动性，又有类似小汽车纵向移动的特点.摩托车可以灵活穿插，充分利用车道空间.同时，由于摩托车的启动速度比小汽车快，容易产生侧向膨胀效应，挤压小汽车行驶空间，使小汽车速度减慢[14].因为自由灵活，摩托车可以不遵循跟车原则，可以超车，因此摩托车对小汽车的影响随着摩托车的占比而不同.同时，摩托车的几何尺寸和折算系数也直接影响了道路的通行能力.

1.2 小城镇车辆折算系数影响因素分析

车辆折算系数（passenger car equivalents，PCE）可用于计算混合交通流与纯标准车车流之间的流量关系，使得不同道路和交通条件下的混合交通量之间具有相对可比性，目前被广泛应用于城市规划、管理和设计中.车辆折算系数是现实交通流与理想交通流的流量之间建立的等量关系，不是各车型之间的任何一种当量关系.本研究定义车辆折算系数为特定的道路条件以及交通组成条件下，所有非标准车相当于标准车对交通流流量影响的当量值.

车辆折算系数的影响因素主要有道路条件、车道数、车道宽度、交通条件、交通组成和交通管理控制条件.在我国的小城镇中，对折算系数的影响主要考虑道路条件、交通组成车道数和车道宽度等.

1.2.1 车道数与车道宽度

车道数越多意味着道路的通行能力相对越强，道路截面单位时间内通过的标准车数量越多.当双向车道数超过2条时，后方跟驰行驶的车辆拥有相对更多的超车机会，而无需借用对向车道超车，非标准车对标准车的影响相对较小.车道宽度对行车速度有较大影响，当车道宽度低于3.6m时，车辆行驶侧向距离过小，迫使驾驶员减速或维持一定的速度行驶，基本自由流速度下降.

1.2.2 交通构成

交通构成是交通流中各种车型之间的比例.混合交通是我国交通流的重要特性.一般情况下，交通流构成越简单，车型间的相互干扰越轻.城市道路主要分为干路和支路，小城镇道路设计的主要参数如表1所示.本研究至少考虑2种不同道路形式下的折算系数.

表1 小城镇道路设计参数Tab.1 Design parameters of road in small towns

1.2.3 设计速度

设计车速是道路设计和运营的重要参数，是中等技术驾驶员在安全、顺适驾驶的前提下，仅受公路本身条件影响的车速.同等条件下，道路设计速度越高，车辆运行速度越快，动力性能较差车辆的速度劣势就越明显，车辆折算系数值也相对越大.在城市道路中，支路和干道的设计速度不同，而速度是影响延误的重要因素之一，本研究将小城镇道路分为干路和支路2种情况分别进行讨论，城市干路和支路的设计速度如表1所示.

1.3 建立模型

1.3.1 延误与交通量地点平均速度的关系分析

摩托车对交通流的影响可以用行程时间延误来描述，在以往对折算系数的研究[15-16]中，摩托车折算系数采用定值，而在小城镇中，摩托车在道路上所占比例不同，如果采用相同的折算系数，必将造成规划中的偏差，影响最终的规划效果，本研究通过分析延误、流量、密度和车长之间的关系，建立了延误与流量及速度的多元非线性关系模型.

延误率是车辆通过单位路段的实际运行时间与理想条件下通过该路段所需时间的差值[17]，所以车辆在路段上的延误可以用下式表示：

成立，则选m-1次多项式，经过试算，标定n=2（试算数据来源于文献[9]）.式（7）中：N为多项式中自变量的次数；m为拟合多项式中自变量的次数；DY为延误估计值.

将标定的参数n=2代入式（6）得到

式（8）中：Q1为路段中小汽车交通量（v·h-1）；Q2为路段中摩托车交通量（v·h-1）；V1为路段中小汽车的平均地点速度（km·h-1）；V2为路段中摩托车的平均地点速度（km·h-1）；b11、b12、b21和 b22为回归参数.

1.3.3 折算系数的计算

摩托车的折算系数

式（9）中：Q 为路段中的总流量（v·h-1）；p为摩托车混入率.根据式（9）可以看出，PCE不仅与回归参数有关，而且和交通量也有关，因此它可以很好地反映折算系数与道路交通量的关系.

2 计算与分析

2.1 实测数据处理

为保证计算结果的准确性，并将得到的结果运用到规划过程中，本次实验数据选择平阳县水头镇实测数据进行分析，干道选择泾川东路、泾川中路、枫林南路和枫林北路，均为双向4车道，设计速度40km/h；支路选择凤尾北路和凤尾南路，均为双向2车道，设计速度为20km/h.路段选在交叉口之间无大量车辆出入的路段，路段长度为800m，观测时间选在早晚高峰时，即 7：00～9：00和 16：30～18：30，每次观察时间为15min，统计出观测时间段内各车型的交通量、总交通量和摩托车在总交通量中的占比以及各车型在观测区间的平均速度.

将上述调查路段一周的交通检测数据按15min的时间间隔分成2120个样本，除去其中67个无效样本，得到2063个样本，每个样本数据中包含总交通量、平均地点速度和延误3个参数.由于道路饱和度对摩托车折算系数的影响较大，故将饱和度分为4级.

2.2 计算与分析

以干道上摩托车混入率为0%～10%的情况为例进行回归，并计算出折算系数，其他情况下的折算系数可用相同方法得出.将观测路段上各车型的交通量、平均地点速度和延误等数据简单处理，得到分析工作中所需摩托车流量、小汽车交通量、路段延误、平均地点速度和摩托车混入率.分析工作采用专业统计分析软件包SPSS，对式（8）进行多元非线性回归，得到回归统计结果（表2）和相应的回归系数（表3）.

表2 回归统计结果Tab.2 Statistic regression results

表3 回归系数统计结果Tab.3 Statistic results of regression coefficient

由表2可知，相关系数为0.927527，拟合系数用于测量回归结果对观测值的拟合程度，其值越大，说明拟合效果越好，此次回归中拟合系数为0.860307，表明回归效果显著，计算结果可取，因此所选择的模型是合适的.

将表3的数据代入式（8）得到

将小汽车作为标准车，把调查结果及摩托车混入率代入式（11）得到混入率为0%～10%时摩托车的折算系数，结果见表4.

表4 混入率为0%～10%时摩托车的折算系数Tab.4 Motorcycle conversion coefficient with a rate of 0%～10%

同样的方法，将调查得到的路段交通量、平均地点速度和摩托车混入率代入式（9）和式（10），得出不同摩托车混入率的折算系数建议值，结果如表5所示.

表5 摩托车折算系数建议值Tab.5 Recommended value of motorcycle conversion coefficient

由表4可知，摩托车的折算系数并非定值，小城镇的道路等级、道路交通量、饱和度和交通组成对摩托车的折算系数均会造成不同影响；同种道路相同饱和度的情况下，摩托车混入率达到30%～60%时，摩托车折算系数最大，这是因为此时摩托车小汽车数量都较多，车流比较混乱，摩托车对整个车流的延误影响较大，故折算系数偏大，而混入率在30%以下或60%以上时，道路中的车流以一种为主，相同条件下造成的延误较小，故摩托车的折算系数偏小.相同的混入率的情况下，饱和度的增大会使摩托车折算系数增大，这是因为相同条件下，饱和度增大，道路中车流增多，摩托车对整个道路的延误影响较大，故折算系数偏大；在相同的饱和度和混入率的情况下，干路和支路相比，支路的摩托车折算系数偏大，这是因为干路的服务水平、道路条件及其他条件要好于支路，故同等条件下在支路上摩托车对车流的延误影响较大，折算系数偏大.

3 结论

车辆折算系数是在特定的道路等级、坡度、坡长和特定的交通组成条件下，所有非标准车相当于标准车的当量值.从本研究的实验结果可以看出，车辆折算系数并不是一成不变的，不同道路条件下车辆的折算系数不同，在进行道路交通分析和路网规划时，需要综合道路实际情况、车辆组成情况和车流流量等，对车辆折算系数进行计算.实验结果表明：研究提出的小城镇摩托车混行折算系数模型精度较高，且具有较好的实时性，可以用于小城镇交通系统等方面的应用.本研究针对道路等级和交通组成分类对折算系数进行研究，下一步将重点研究坡度和坡长对小城镇内部车辆折算系数的影响.

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