收割机混入率对道路交通流影响分析

□陈章明/会东县鲹鱼河镇农业综合服务中心



收割机混入率对道路交通流影响分析

□陈章明/会东县鲹鱼河镇农业综合服务中心

我国道路交通流以混合交通为主，收割机（自走式）的混入，将对道路交通流产生重要的影响。一方面，由于收割机的阻碍作用，使得小汽车的速度大大降低，从而影响整体交通流的运行效率；另一方面，由于小汽车和收割机存在明显的速度差异，使车辆间的变道超车行为变得频繁，交通冲突大大增加。笔者利用计算机仿真技术，通过微观仿真软件VISSIM对道路中收割机不同混入率下的交通流进行仿真，分析收割机所产生的移动瓶颈效应对道路交通流的影响，为农业安全生产提供参考依据。

1　道路通行能力相关理论

1.1移动瓶颈效应

移动瓶颈效应是指因收割机行驶速度慢而形成的慢行车队现象。我国大部分公路为双向四车道，在混行交通道路上，收割机混入率较高时，将会使其后跟进的车辆处于跟驰状态无法超车，形成慢行车队，并且慢行车队之间会出现无法用超车来填补的大空隙，这种不规则的交通流行驶状态被称为移动瓶颈效应。分析移动瓶颈效应对道路交通流的影响，可以为道路的通行能力分析与道路设计改进，以及农业机械化发展现状提供理论依据。

1.2车道变换行为

在道路交通流中，收割机的速度一般小于小汽车的速度，当小汽车前方出现收割机时，小汽车一般会选择换道超车来提升自己的行驶速度。由此推断，道路中车道变换行为会随收割机混入率的增加而增大。然而事实上，当低速行驶的收割机混入率过高时，交通流整体速度降低，由于存在的超车空隙变小，小汽车的超车机会并不多。频繁的车道变换行为会在道路中产生冲突点，影响交通流的正常运行，使道路交通运行效率下降，道路安全恶化。车道变换率是观测路段变道车辆数量与观测路段交通量之比，车道变换率的大小是衡量交通流是否稳定的一个有效指标。

2　仿真方案设计

为研究方便，将交通流只设定为小汽车和收割机两种车型。小汽车与货车也同样适用此理论，建立仿真模型如下。

一是在正常气候、非节假日条件下，道路为一级公路双向四车道上的1 km单向顺直路段，车道宽度为3.5 m，坡度为0，实行靠右侧行驶，左侧超车。仿真时间为1 h。

二是在两种车型互不影响的状态下，将低速收割机和小汽车的平均行驶速度即期望速度设为40 km/h和100 km/h。

本文将仿真中各车型参数以及各车型运行车速进行设置，如表1所示。

目前，双向四车道一级公路最高设计速度为100 km/h，考虑到部分小汽车超速行驶以及收割机动力性较差，故设定收割机的行驶速度为40～80 km/h，小客车的行驶速度为70～120 km/h。

分别设置不同的交通流自然流量值以及不同的收割机混入率，如表2所示。

3　仿真结果分析

3.1收割机混入率对交通流的影响

通过对仿真得到的相关数据进行统计分析，得到表3和表4。从表3看出，交通量在400 veh/h时，收割机混入率对小汽车的行驶速度影响不大，当交通量超过800 veh/h以后，收割机混入率对小汽车的行驶速度影响逐渐变大，随着收割机混入率的增大，小汽车的行驶速度明显降低，出现显著的移动瓶颈效应。在收割机混入率较低时，随着交通量的增加，小汽车的行驶速度变化不是很大，这是因为道路交通流还没有完全达到饱和。而随着收割机混入率和交通量的同时增加，小汽车行驶速度降低幅度变大，即交通量和收割机混入率对小汽车行驶速度的影响作用是相互叠加的。从表4看出，随着交通量和收割机混入率的增加，收割机的行驶速度受其影响不是很大。从收割机混入率与交通流速度的关系可以看出，在收割机混入率相同的情况下，交通量的增加虽然导致交通流速度有所下降，但是降幅不大；在交通量相同的情况下，随着收割机混入率的增加，交通流速度下降明显。

表1　仿真车辆各车型参数以及各车型运行车速设置

表2　交通流量参数与交通量

综上所述，移动瓶颈对交通流速度的影响是由道路交通量和收割机混入率的大小共同控制的。移动瓶颈效应对小汽车的影响严重，而对收割机自身速度影响不大。收割机混入率变大，使交通流中收割机作为车队引头车的概率增加，使得道路中“成簇”的慢行车队数量增加，小汽车难以实现超车，交通流速度的变化十分明显。在仿真过程中，对模拟动画进行观察，可以发现慢行车队之间出现了无法用超车来弥补的较大空隙，并且在交通量超过1 200 veh/h，收割机混入率超过50%以后，小汽车的平均车速小于90 km/h，车流已形成慢行车队，然而此时的交通流并没有饱和，因此可以证明收割机混入所造成的移动瓶颈效应对交通的影响是降低道路通行能力的主要原因。3.2收割机混入率对车道变换的影响

通过仿真得到车辆变道信息，将变道车辆数除以交通流量，得到车道变换率。

当交通量小于1 600 veh/h，收割机混入率在30%～50%时，车道变换率最高，换道超车车辆较多，交通流量不稳定。这是因为，观测路段的交通量没有达到饱和，小汽车有机会不断地超越前方慢行车辆，以达到更快的速度。随着收割机混入率的增加，移动瓶颈效应严重，小汽车超车机会大大较少。当交通量达到2 000 veh/h时，车道变换率随着收割机混入率的增大，车道变换行为呈递减趋势，此时，交通量已接近饱和，交通流受到收割机的干扰严重，收割机行驶速度也受到相应影响。

表 3　收割机混入率与小汽车速度（km/h）的关系

表 4　收割机混入率与交通流速度（km/h）的关系

4　结语

利用微观仿真软件VISSIM，对一级公路双向四车道上的1 km单向顺直基本路段的不同收割机混入率的交通流进行仿真。发现交通量和收割机混入率对小汽车行驶速度的影响作用尤为明显。混合交通流中，农业机械与小汽车会因移动瓶颈效应和车道变换行为而相互影响行驶速度。收割机跨区作业行径中，应尽量错开车流高峰期，这样才能及时到达作业区，为“双抢工作”赢得时间，发挥最大效率。