高速公路收费车道的设计

摘 要：计算MTC和ETC收费方式下各自的通行能力，建立MTC与ETC的混合收费模型。使用收费广场渐变率（I）、收费站服务水平（V/C）和收费广场入口段纵坡（P）进行安全评估模型分析，讨论交通事故发生最低的情况下参数的取值范围，为美国新泽西高速公路上收费站的设计提供了一个可行性方案。

关键词：MTC；ETC；折算系数；服务水平；收费广场渐变率

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

0 引言

通过收费站的车辆需先缴纳相应的费用才能继续行驶，因此，收费站的车道排列及收费方式的设计，包括收费处理速度等都对交通运输有很大的影响，因此要求我们设计出一个完整的收费站，以达到最佳处理标准。

1 MTC与ETC的混合收费模型

1.1 交通量

（1）车辆分类和车辆折算系数。为了定量化各种不同型号的车对通行能力的影响，应该将不同型号的车转化成标准车的当量值，通常使用的方法为：基于服务时间与离去时间的PCE 的计算方法。

（2）吞吐量计算方法。单位小时的交通量为DHV，DHV 可以用每年平均每日交通量（AADT）计算出来。

DHV=K×AADT ×D （1）

1.2 服务水平

（1）服务时间。在分析研究收费站的通行能力中，采集了美国新泽西洲的部分收费站关于车辆服务时间的数据，重点研究收费站关于不同车型的服务时间分布情况。

（2）平均排队长度。据相关资料统计，美国收费站的车辆到达多服从负指数分布，服务时间服从正态分布。排队长度可按照下式计算：

（2）

1.3 MTC与ETC基本通行能力的计算

（1）MTC通行能力计算。MTC通道是现在采用比较多的一种收费方法，MTC单通道的通行能力越强时，其通道的服务时间越短，一般由小型车的服务时间与离开时间计算：

（3）

（2）ETC通行能力计算。单条ETC通道基本通行能力计算公式如下：

（4）

1.4 MTC与ETC混合收费车道通行能力

混合式通道重点是根据ETC通道的标准进行设计，故MTC车辆数目增多时，混合式通道的通行能力会有所降低，则混合式通道的通行能力如下所示：

（5）

2 收费站安全评价模型

2.1 收费站安全影响因素分析

（1）收费广场渐变率。收费广场渐变率是出入口渐变段对主线路段增加的道路宽度与收费广场渐变段长度的比值。决定收费广场的布局结构，车辆行驶的安全性和舒适性由渐变率的设计合理性决定。通过回归研究，得出收费广场的渐变率和交通事故数量之间的关系如下式：

（6）

式中，Y—对应收费广场渐变率的交通事故预测数；

x—收费广场渐变率。

得到的结论：当收费广场渐变率增大时，交通事故发生的次数也随之增多。

（2）收费站服务水平。高速公路收费站收费车道的排队长度影响驾驶员对交通环境的感知，收费站服务水平的高低由排队长度决定。经回归趋势分析，得两者之间关系式：

（7）

式中， Y—收费站交通事故预测数；

x—收费站服务水平。

由公式可知：交通事故发生的频率与收费站服务水平成正比。

（3）收费广场入口段纵坡。收费站入口段纵坡研究时，如果不能充足考虑车辆驶入收费站的行驶情况，出现长距离下坡或转弯下坡等道路状况，致使车辆驶入收费站时不能充分减速，从而引发由安全行车的距离不足和行车方向未及时整改导致的交通事故。通过回归分析，得到交通事故发生频率与收费广場入口段纵坡的关系式：

（8）

式中，Y—收费站交通事故预测数；

x—收费广场入口段纵坡。

由公式得知：收费广场入口纵坡度越大，发生交通事故的频率越高。

3 建立回归方程

（1）建模思路。基于以上对高速公路收费站安全影响因素的分析，以收费广场的渐变率（I）、收费站的服务水平（V/C）以及收费广场的入口段纵坡（P）作为待建模型的参数，并且根据收费站每年的交通事故发生的次数作为安全评价模型的标准，根据样本中的回归分析数据，建立高速公路收费站的安全评估模型。

（2）回归效果分析与参数范围讨论。参照国外这方面的研究成果以及实际建设经验，设计收费广场渐变率的取值范围为1/7～ 1/10，那么可以求出来收费广场渐变段的长度为：46m。

3.1 模型实际应用检验

（下转第162页）

（上接第137页）

安全评价模型主要对主线收费站的交通事故次数进行预测，采用建立好的模型对多条收费站的样本进行检测，比较实际事故发生频率与建立模型的计算值，见图1。

3.2 设计收费站的形状大小

查询相关数据，包括MTC与ETC收费岛的长和宽，每个车道的宽度，以及驶入收费站的减速段距离和离开收费站的加速段距离，最终得到收费站的具体设计图，分别如图2和图3所示。

4 结论

经过对混合式收费站的调研和研究，根据车辆到达的分布情况、车辆服务时间的分布情况作为基础，建立MTC与ETC的混合收费模型，并对模型进行安全评估。此外，设计出了收费站的具体大小和形状，讨论其具体可行度。

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作者简介：曹海兰（1988-），女，陕西商洛人，硕士研究生，助教，研究方向：机械电子工程。