八车道高速公路分车道限速适应性分析

李浩领，王季凯，任予跃

(长安大学公路学院 西安市 710064)

八车道高速公路分车道限速适应性分析

李浩领，王季凯，任予跃

(长安大学公路学院 西安市 710064)

以陕西省西宝高速公路为依托，设定高速公路运行状况的安全性评价指标以及效率性评价指标。采用VISSIM仿真的方法获取各项指标的仿真数值，通过对混行和分车道限速两种情形下仿真数值结果的比对分析确定不同限速方案下的指标变化情况，进而分析得出分车道限速方法的适应性。

分车道；车速离散值；行车延误；VISSIM仿真

随着我国汽车工业的发展、汽车保有量快速增加、汽车车型结构多样化，分车道限速的方法在一定程度上可以缓解由于交通流复杂所带来的行车安全性和效率性降低的现象，本文旨在通过交通仿真的方法来获取不同情形下车辆运行安全性和效率性的变化情况，进而通过相关的分析手段来确定分车道限速的适用性[1]。

1 安全性和效率性评价指标的确定

1.1 安全性评价指标—车辆速度离散值

研究表明，一条道路上各车辆的车速与平均车速的差值愈大，即车速分布越离散，事故率就会越高。事实上，由于车速越离散，车流存在频繁的超车现象而使交通流不稳定，出现事故的可能性就越大。车速的离散性，常用车速的分布特征来描述。车辆行驶速度的离散性是引起交通事故的主要原因之一[2]。由于大小型车混行时，不同的大型车混入率会对交通流中车辆的速度离散性产生不同程度的影响，因此对车辆离散型的仿真实验可以帮助我们找到不同大型车混入率情况下车辆速度离散型的分布情况，为我们对大小车混行状况下行车安全性评价提供数据支撑。

1.2 效率性评价指标—行车延误

行车延误是指由各种交通组成部分之间相互干扰而引起的延误。由其他交通组成部分(如行人、受阻车辆、路侧停车及横穿交通等)对车流的干扰(称为侧向干扰)而引起的延误和由交通流之间的干扰(主要包括交通拥挤、汇流、超车、交织运行等称之为内部干扰)而引起的延误两部分组成。对高速公路上行车延误的研究需要同时考虑侧向干扰和内部干扰两个方面的因素。

1.3 仿真方案设计

为了研究的方便性，将交通流看作仅由大型车和小型车组成，并建立相关仿真模型。

(1)说明

①为了能够模拟在不同交通流状态下的大车的影响，特拟定在不同等级的服务水平下的车流量和不同的大型车混入率来组成不同的交通流状态；大车的混入率数值的选取范围为0.1～0.9，基本覆盖了所需的大车混入率情形。

②车速的设计原则遵循的是设置车辆的期望车速，期望车速的设定是根据陕西省西宝高速路段设计车速值(100km/h)设定[3]，根据该高速现行的运行规则选取小型车的期望车速值范围为90～120 km/h，大型车的期望车速值范围为60～80 km/h。

③在进行数据统计时，对大型车混入率导致车辆平均速度波动情况进行分开统计，针对所需求的评价指标的不同分别获取行车安全性评价(车速离散值)和通行效率评价(行车延误)的相关评价指标的仿真数值。

(2)仿真背景为正常气候条件，汽车专用公路基本路段二级，单向四车道，坡度为0%，路段长度2000m，每隔400m设立一个数据采集点。

(3)仿真情形分为混行和分车道行驶两种情况，在混行情形下车道按正常情形下设置，在分车道情形下车道设置为第一、二车道为客车道，第三、四车道为货车道。

(4)交通流参数设置见表1。

表1 交通流量设置

2 仿真结果分析

2.1 混行情形下仿真数据统计分析

采用VISSIM仿真的方法来获取仿真路段上车辆瞬时车速跟行车延误的数据，通过对瞬时车速值进行离散性分析即可得出车速离散性标准差。统计得出的车速离散标准差的数值如表2。

表2 平直路段车速离散性标准差统计

由表2中我们可以发现以下的相关规律特征：

(1)表中所示五种不同路段交通量对应的车速标准差的折线图均随混入率的变化呈现出先增加后降低的趋势，在同一路段交通流量下当大型车的混入率达到0.2～0.4的时候车速标准差达到最大，这说明在该混入率下对应的混行交通流的运行状态是最差的。

(2)对比不同交通量下对应的车速标准差的折线图可以发现，随着路段车流量的增加，车速标准差相应地有所降低，并且在流量值越大的时候降幅越为明显，这主要是因为随着车流量的增加，路段的交通状况逐渐接近饱和流的状态，车辆的运行特性也逐渐变成了跟驰状态，因此此时的车速离散性也就有了相应的降低。

行车延误的仿真方案设置与前述仿真方案的方法一致，在输出参数里边选择延误这一项，即可在(*.qmk)文件里边获取平均延误的数据。相关的数据统计结果如表3。

表3 平直路段混行行车延误统计表

由表3中我们可以发现以下的相关规律特征：

(1)平直路段混行下的行车延误具有一定的规律性，从表中可以看到，随着交通量的增加，行车延误逐渐增加至最大值后又逐渐降低。并且当路段交通量比较低的时候(1000～2000pcu/h)，此时路段的行车延误值始终比较小，因为此时道路上车辆的数量比较少，因此基本不会发生较为明显的行车延误。

(2)观察单个折线图的走势可以发现，随着大型车混入率的增加，行车延误呈现出先增加后减少的趋势。行车延误的峰值在流量≤3000pcu/h时在0.7的混入率下取得；当路段交通量为4000pcu/h时在混入率为0.5的时候取得；路段交通流量达到5000pcu/h时峰值在混入率为0.4的时候取得。

2.2 分车道限速情形下仿真数据统计分析

统计结果见表4、表5。

3 结论

在进行直线段交通运行规则适用性分析的时候，应当从安全指标和效率指标两个方面进行综合考虑，通过将仿真数据中行车安全性指标(车速离散性)所对应的适用性表格与效率性评价指标(行车延误)所对应的适用性表格做比对，即可获得在直线路段所推荐的分车道限速的适用性表格(如表6)。

如表6所示：左半区“对小型车有利区间”显示的是实行严格分车道行驶条件下小型车的安全性与效率性指标与混行做对比后的比对结果；右半区“对大型车有利区间”显示的是实行严格分车道行驶条件下大型车的安全性与效率性指标与混行做对比后的比对结果。统计分析结果中可以看出，在交通流量为2000～4000veh/h ，大型车比列为0.2～0.6时或者在交通流量为5000veh/h,大型车比例为0.3～0.5时，此时实行严格的分车道运行规则，大、小型车均能获得较好的行驶安全性和效率性，也就说明了在此情形下应优先考虑采用分车道的限速管理方案。

表4 车速离散值

注：左半区为客车道仿真统计结果，右半区为货车道仿真统计结果

表5 车辆行车延误统计

注：左半区为客车道仿真统计结果，右半区为货车道仿真统计结果

表6 与混行情形相对比下的分车道适用性分析(直线段)

注： ——优先考虑安全性所适用的区间；——优先考虑效率性所适用的区间；——两者同时考虑时所适用的区间

[1] 杨俊, 孙静怡. 分车道限速相关问题研究[J]. 科学技术与工程，2012(5)：3780-3782.

[2] 裴玉龙, 程国柱. 高速公路车速离散性与交通事故的关系及车速管理研究[J]. 中国公路学报，2004(3)：78-82.

[3] 范俊玲, 张生福, 吴宜淞. 分车道限速在西安市道路交通中的应用[J]. 中国高新技术企业,2007(8): 123-129.

Analysis on Adaptability of Divided Lane Speed-Limiting for Eight-Lane Expressway

LIHao-ling，WANGJi-kai，RENYu-yue

(School of Highway, Chang'an University, Xi'an 710064, China)

Relying on Xibao Expressway in Shanxi province, safety evaluation indexes and efficiency evaluation indexes of expressway operation status are set up, and the VISSIM simulation method is adopted, so as to obtain the simulation values of various indexes. Through the comparative analysis on simulation value results under two kinds of conditions like mixed flow and divided lane speed-limiting, the conditions of indexes changes under different speed-limiting schemes are determined, so as to analyze and obtain the adaptability of divided lane speed-limiting method.

Divided lane; Travel speed discrete value; Traveling delay; VISSIM simulation

1673-6052(2016)11-0050-03

10.15996/j.cnki.bfjt.2016.11.014

U491

B