城市道路出入口關(guān)鍵系數(shù)模型研究

劉金廣，戴 帥，顧金剛

（1.公安部道路交通安全研究中心，北京100062；2.公安部交通管理科學(xué)研究所，江蘇 無(wú)錫214151）

0 引言

隨著我國(guó)城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，機(jī)動(dòng)車保有量迅速飆升，其在為人們交通出行帶來(lái)便利與快捷的同時(shí)，也增加了道路交通的安全隱患，降低了道路交通系統(tǒng)的運(yùn)行效率。目前城市道路還是以“三塊板”道路居多，由于之前從交通便利性角度開(kāi)設(shè)出入口，路段進(jìn)出主路的出入口比較密集，當(dāng)前嚴(yán)重影響著主路的運(yùn)行效率，容易引發(fā)交通事故。因此，需要對(duì)城市道路出入口進(jìn)行合理規(guī)劃與管理，以緩解交通壓力，保障交通運(yùn)行效率。

對(duì)于道路出入口管理的研究，美國(guó)《交通工程手冊(cè)》（第4 版）中，對(duì)出入口每公里數(shù)量和發(fā)生的交通事故率進(jìn)行了建模分析，對(duì)出入口的設(shè)置密度進(jìn)行了建議，其主要從出入口管理宏觀層面，對(duì)出入口的數(shù)量和間距提出了建議[1]。美國(guó)《交通工程手冊(cè)》（第5 版）中，對(duì)出入口管理技術(shù)進(jìn)行了介紹，包括減少、分離沖突點(diǎn)數(shù)量，限制出入口轉(zhuǎn)彎車輛，增加主路的物理隔離帶，出入口的交通渠化，緩沖車道的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)，增加主干道迂回支線等，其主要從出入口管理微觀層面，對(duì)出入口的交通組織與渠化進(jìn)行了建議[2]。2005年，Gattis 等人從路段安全角度，分析了交通事故率與路段中央分隔帶、流量和出入口密度的關(guān)系，研究了中央分隔帶與用地使用類型的關(guān)系[3]。2008 年，Schultz 等人從交通安全角度，運(yùn)用多元線性回歸方法，確定路段出入口管理技術(shù)與交通事故的關(guān)系，包括事故率、事故嚴(yán)重程度以及事故類型。研究表明，缺乏路段出入口管理技術(shù)，出入口密度、每公里信號(hào)燈數(shù)量、道路中央分隔帶等與交通事故數(shù)量及嚴(yán)重程度有重要的關(guān)系[4]。2009 年，Schultz 等人考慮了路段流量、信號(hào)燈間距、附近用地類型等因素，運(yùn)用多元線性回歸方法分析了各種因素的關(guān)系，并建立了路段出入口優(yōu)先管理決策流程，為確定優(yōu)先路段進(jìn)行出入口管理提供了理論方法，確定某些路段需要優(yōu)先進(jìn)行出入口管理的建議，包括出入口信號(hào)控制以及增加中央分隔帶等[5]。2009 年，金兵鋒等人考慮了路段交通事故因素，運(yùn)用回歸分析的方法，建立了道路出入口密度模型，得到了北京市懷柔城區(qū)路段出入口密度建議范圍[6]。2011 年，曹榮青通過(guò)對(duì)城市道路出入口間距與交通沖突點(diǎn)數(shù)量、事故率、通行能力之間的關(guān)系研究，確定了城市道路出入口間距影響因素和出入口間距設(shè)置的原則[7]。

目前對(duì)出入口管理的研究主要從宏觀出入口密度和微觀出入口斷面設(shè)計(jì)形式等方面進(jìn)行考慮的，較少文獻(xiàn)從出入口管理中觀層面進(jìn)行研究。本文從出入口管理中觀層面，對(duì)路段出入口關(guān)鍵系數(shù)進(jìn)行了研究，能夠依據(jù)該項(xiàng)指標(biāo)為出入口規(guī)劃與管理提供選擇決策依據(jù)，并且能夠?yàn)橥晟瞥鞘谐鋈肟诠芾眢w系提供參考與借鑒。

1 出入口關(guān)鍵系數(shù)

1.1 定義

出入口關(guān)鍵系數(shù)的概念本文定義為，從出入口交通流量、交通事故、運(yùn)行速度、視距影響四個(gè)方面，分析路段中出入口相對(duì)于其他路段出入口的關(guān)鍵性，定量化描述出入口相對(duì)分析路段所有出入口關(guān)鍵性的數(shù)值即為出入口關(guān)鍵系數(shù)。下文首先分析四個(gè)影響要素的系數(shù)，然后構(gòu)建出入口關(guān)鍵系數(shù)模型。

1.2 出入口流量系數(shù)

從交通流量角度分析路段出入口相對(duì)于分析路段的關(guān)鍵性，用出入口流量系數(shù)（Ca）表征。在某一時(shí)間段內(nèi)，進(jìn)出出入口的交通流量與主路的交通流量之比為出入口流量系數(shù)，如式（1）所示。出入口流量系數(shù)可以反映路段出入口車輛進(jìn)出主路的需求強(qiáng)度，也可以反映出入口周邊不同性質(zhì)的用地對(duì)于出入口的需求利用程度。出入口流量系數(shù)越大，表明出入口進(jìn)出車輛需求強(qiáng)度越大，出入口關(guān)鍵系數(shù)越大；反之，出入口流量系數(shù)越小，表明出入口進(jìn)出車輛需求強(qiáng)度越小，出入口關(guān)鍵系數(shù)越低。

式中：fa——出入口進(jìn)出流量，pcu/h；

fm——主路通行流量，pcu/h。

1.3 出入口交通事故系數(shù)

從交通事故角度分析路段出入口相對(duì)于分析道路的關(guān)鍵性，用出入口交通事故系數(shù)（Cc）表征。某出入口處的年百萬(wàn)車事故率與整條道路路段的年百萬(wàn)車事故率之比為出入口交通事故系數(shù)，如式（2）所示。出入口交通事故系數(shù)可以反映出入口對(duì)路段的安全影響。出入口交通事故系數(shù)越高，表明出入口對(duì)主路的安全影響越大，出入口關(guān)鍵性越高；反之，出入口交通事故系數(shù)越低，表明出入口對(duì)主路的安全影響越小，出入口關(guān)鍵性越低。

式中：Ra——出入口百萬(wàn)車事故率，次/百萬(wàn)輛車；

Rm——主路百萬(wàn)車事故率，次/百萬(wàn)輛車。

1.4 出入口運(yùn)行速度系數(shù)

從交通運(yùn)行速度角度分析路段出入口相對(duì)于分析道路的關(guān)鍵性，用出入口運(yùn)行速度系數(shù)（Cv）表征?？紤]在出入口進(jìn)出車輛影響下的主路平均運(yùn)行速度與不受出入口進(jìn)出車輛影響下的主路平均運(yùn)行速度的關(guān)系，如式（3）所示。主路運(yùn)行速度系數(shù)可以反映出入口對(duì)主路運(yùn)行速度的影響程度。主路運(yùn)行速度系數(shù)越高，表明出入口對(duì)主路的運(yùn)行速度干擾越大，出入口的關(guān)鍵性越高；反之，主路運(yùn)行速度系數(shù)越低，表明出入口對(duì)主路的運(yùn)行速度干擾越小，出入口的關(guān)鍵性越低。

式中：Va——受出入口進(jìn)出車輛影響時(shí)的主路平均運(yùn)行速度，km/h；

Vm——不受出入口影響時(shí)的主路平均運(yùn)行速度，km/h。

1.5 出入口視距影響系數(shù)

當(dāng)前城市道路出入口存在視距受阻的現(xiàn)象，對(duì)主路的交通運(yùn)行和交通安全都具有重要的影響，用出入口視距影響系數(shù)（Cd）表征對(duì)出入口關(guān)鍵系數(shù)的影響。為了便于計(jì)算，本文定義存在視距影響的出入口視距影響系數(shù)為“1”，表明出入口的關(guān)鍵系數(shù)大；沒(méi)有視距影響的出入口視距影響系數(shù)為“0”，表明出入口的關(guān)鍵系數(shù)小。

1.6 計(jì)算模型

結(jié)合出入口關(guān)鍵系數(shù)的定義，通過(guò)以上四方面因素影響分析，可以構(gòu)建出入口關(guān)鍵系數(shù)模型，如式（4）所示。

式中：C——出入口關(guān)鍵系數(shù)；

w1——出入口流量系數(shù)的權(quán)重值；

w2——交通事故系數(shù)的權(quán)重值；

w3——運(yùn)行速度系數(shù)的權(quán)重值；w4——出入口視距影響系數(shù)的權(quán)重值。

2 應(yīng)用分析

本文選取某市城區(qū)一條主干路的17 個(gè)出入口為例進(jìn)行路段出入口關(guān)鍵系數(shù)分析。隨著近年來(lái)機(jī)動(dòng)車數(shù)量的迅速增長(zhǎng)，由于路段出入口密度過(guò)大引發(fā)多起交通事故，影響了整條道路的交通暢通，出入口問(wèn)題已引起當(dāng)?shù)赜嘘P(guān)部門(mén)的重視。以下應(yīng)用本文的出入口關(guān)鍵系數(shù)計(jì)算方法，分析得到路段17 個(gè)出入口的關(guān)鍵系數(shù)，并進(jìn)行了出入口關(guān)鍵性分類，計(jì)算結(jié)果可以為該路段出入口規(guī)劃與管理提供決策參考。具體計(jì)算過(guò)程如下。

首先為進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析，應(yīng)用數(shù)據(jù)規(guī)范統(tǒng)一化的方法，得到四項(xiàng)影響指標(biāo)的數(shù)據(jù)，如表1所示。

利用統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)規(guī)范化數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析，分析結(jié)果如表2所示。從表中可以看出，出入口流量系數(shù)、交通事故系數(shù)、運(yùn)行速度系數(shù)和出入口視距系數(shù)之間的相關(guān)系數(shù)均小于0.800，認(rèn)為四項(xiàng)數(shù)據(jù)之間不相關(guān)。

表1 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

表2 數(shù)據(jù)相關(guān)性分析

計(jì)算各因素的權(quán)重應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)離差法，即一般地，如果某個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)越大，就表明其指標(biāo)的變異程度越大，提供的信息量越大，在綜合評(píng)價(jià)中所起的作用越大，則其權(quán)重也應(yīng)越大。反之，某指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)差越小，就表明其指標(biāo)的變異程度越小，提供的信息量越小，在綜合評(píng)價(jià)中所起的作用越小，則其權(quán)重也應(yīng)越小。經(jīng)過(guò)計(jì)算，各指標(biāo)的權(quán)重如表3所示。

表3 各因素的權(quán)重

因此得到該路段出入口關(guān)鍵性系數(shù)計(jì)算公式，如式（5）所示，可以得到該路段17個(gè)出入路的關(guān)鍵性系數(shù)（見(jiàn)表1）。

綜上，利用統(tǒng)計(jì)分析軟件，應(yīng)用聚類分析法，依據(jù)出入口關(guān)鍵系數(shù)可以把路段17 個(gè)出入口分為3 類，定義出入口關(guān)鍵系數(shù)在（0.765，0.839）為高等級(jí)，此類出入口有3 個(gè)；定義出入口關(guān)鍵系數(shù)在（0.422，0.545）為中等級(jí)，此類出入口有6 個(gè)；定義出入口關(guān)鍵系數(shù)在（0.008，0.220）為低等級(jí)，此類出入口有8 個(gè)。因此，依據(jù)出入口關(guān)鍵等級(jí)的不同，可以在進(jìn)行規(guī)劃或管理過(guò)程為決策提供參考。

3 結(jié)語(yǔ)

城市出入口管理對(duì)于保障交通運(yùn)行、提高交通安全具有重要的意義。本文基于城市道路出入口流量、交通事故、運(yùn)行速度和視距方面，提出了城市道路出入口關(guān)鍵性的計(jì)算方法，可以為城市道路出入口規(guī)劃與管理提供決策參考。

[1] James L Pline. Traffic Engineering Handbook[M]. 4th ed.Washington D. C.： Institute of Transportation Engineers,1992：377-383.

[2] James L Pline. Traffic Engineering Handbook[M].5th ed. Washington D. C.： Institute of Transportation Engineers,1999：306-347.

[3] J L Gattis, Ramasubramaniyan Balakumar, Lynette K Duncan. Effects of Rural Highway Median Treatments and Access[C/CD]. 2005 TRB Annual Meeting.Washington D.C.：Transportation Research Board,2005.

[4] Grant G Schultz, Kordel T Braley, Tim Boschert. Correlating Access Management with Crash Rate, Severity, and Collision Type[C/CD]. 2008 TRB Annual Meeting. Washington D.C.：Transportation Research Board,2008.

[5] Grant G Schultz, Kordel T Braley, Tim Boschert. Prioritizing Aaccess Management Implementation[C/CD]. 2009 TRB Annual Meeting. Washington D. C.： Transportation Research Board,2009.

[6] Jin Bing-feng, Yang Xiao-kuan．Application of Access Management Technique in HuaiRou Traffic Control Program[C/CD]. 2009 TRB Annual Meeting. Washington D.C.：Transportation Research Board,2009.

[7] 曹榮青.城市道路出入口間距確定的理論方法研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2011.