一種新型高速公路收費(fèi)站設(shè)計(jì)模型

張雪冰 李靜

摘要：隨著高速公路的發(fā)展以及交通運(yùn)輸量的增大，傳統(tǒng)的收費(fèi)廣場(chǎng)模式越來(lái)越無(wú)法適應(yīng)目前的交通狀況，通過(guò)數(shù)據(jù)分析和調(diào)查，傳統(tǒng)收費(fèi)模式在存在著諸多的弊端。針對(duì)目前的實(shí)際交通狀況，提出了一些優(yōu)化措施，對(duì)傳統(tǒng)的收費(fèi)廣場(chǎng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)改進(jìn)，提高了收費(fèi)站的通行效率，保障了高速公路在車流高峰期時(shí)的平穩(wěn)運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：收費(fèi)廣場(chǎng)；通行效率；優(yōu)化設(shè)計(jì)

一、傳統(tǒng)收費(fèi)站的弊端

針對(duì)傳統(tǒng)的具有多條收費(fèi)車道的高速公路，傳統(tǒng)障礙區(qū)域形狀設(shè)計(jì)并不能對(duì)進(jìn)入收費(fèi)廣場(chǎng)的車輛進(jìn)行合理分流，在節(jié)假日車流高峰期容易造成交通擁堵和交通事故的發(fā)生。其次，傳統(tǒng)的收費(fèi)廣場(chǎng)的尺寸設(shè)計(jì)并不能根據(jù)流線型的車道模式合理分配入口車流量并保證車輛交費(fèi)后更方便快捷的加速離開(kāi)收費(fèi)站。所以傳統(tǒng)收費(fèi)廣場(chǎng)不僅在形狀尺寸方面存在局限性，而且在合并模式方面也存在明顯的缺陷，在車輛通過(guò)收費(fèi)站匯入主干道時(shí)較為突兀，容易造成交通擁堵現(xiàn)象，增加了事故發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)且不利于在加速過(guò)程中快去安全的匯入主干道。另外，部分采用人工收費(fèi)的收費(fèi)模式以及僅通過(guò)開(kāi)放關(guān)閉收費(fèi)站來(lái)應(yīng)對(duì)車流量變化的道路調(diào)節(jié)方案已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足目前的交通狀況。

二、新型高速公路收費(fèi)廣場(chǎng)模型圖

三、新型收費(fèi)廣場(chǎng)的操作流程

（1）電子、人工收費(fèi)車道的比例調(diào)節(jié)：當(dāng)車流高峰期時(shí)，正常的電子收費(fèi)車道不能滿足收費(fèi)車站通行能力要求，需要增加人工收費(fèi)站臺(tái)，增大收費(fèi)站臺(tái)數(shù)目。

（2）設(shè)置引導(dǎo)車道，當(dāng)車輛駛?cè)胍龑?dǎo)車道后，根據(jù)車輛類型按照指示牌駛?cè)胂鄳?yīng)的車道中，因大中小型車輛靈活性、速度、慣性等因素，收費(fèi)區(qū)域按照由內(nèi)到外的順序設(shè)置，使得收費(fèi)站的收費(fèi)效率提高。

四、對(duì)新型收費(fèi)廣場(chǎng)的形狀、尺寸、大小、合并模式等方面進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)，使得在吞吐量、事故預(yù)防、成本等方面的性能有了顯著的提高。

（1）新型收費(fèi)廣場(chǎng)形狀：

對(duì)比傳統(tǒng)的對(duì)稱式扇入扇出式模型，新型收費(fèi)廣場(chǎng)對(duì)進(jìn)入的車輛進(jìn)行合理分流；開(kāi)設(shè)潮汐車道，針對(duì)高峰時(shí)期開(kāi)設(shè)人工收費(fèi)車道；增設(shè)節(jié)假日特殊功能收費(fèi)車道，減少了主干道車輛變道的風(fēng)險(xiǎn)并減少事故的發(fā)生；彎道處弧形形狀有助于主干道方向的車輛分流和進(jìn)入主干道的合并， 拉長(zhǎng)了車輛與收費(fèi)廣場(chǎng)的間距，有利于車輛主動(dòng)選擇收費(fèi)站站臺(tái)；對(duì)比傳統(tǒng)收費(fèi)廣場(chǎng)，新型收費(fèi)廣場(chǎng)在收費(fèi)站臺(tái)設(shè)立主干道電子顯示器和次主干道電子顯示器，顯示各主干道排隊(duì)等候的總數(shù)目以及進(jìn)入主干道之后各個(gè)收費(fèi)站臺(tái)等候排隊(duì)的數(shù)目。

（2）新型收費(fèi)廣場(chǎng)尺寸：新型的收費(fèi)廣場(chǎng)采用弧線與直線段相結(jié)合的方式，合理調(diào)節(jié)入口廣場(chǎng)處長(zhǎng)度值以及弧形半徑的大小保證車流量分配的合理性，同時(shí)對(duì)收費(fèi)站的出口廣場(chǎng)尺寸進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，利用流體力學(xué)知識(shí)，采用流線型車道模式，通過(guò)優(yōu)化計(jì)算保證車輛在加速離開(kāi)收費(fèi)站時(shí)更有利于駛?cè)胫鞲傻馈?/p>

（3）新型收費(fèi)廣場(chǎng)合并模式：傳統(tǒng)的收費(fèi)模型在合并模式上有著顯著的缺點(diǎn)，在車輛通過(guò)收費(fèi)站后匯入主干道的過(guò)程較為突兀，容易造成擁堵現(xiàn)象，增加了事故發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)且不利于在加速過(guò)程中快速的匯入主干道。而在設(shè)計(jì)的新型模式中，車輛離開(kāi)收費(fèi)站出口起始端仍不能進(jìn)行合并，當(dāng)加速到一定車速并到達(dá)指定合并點(diǎn)處，進(jìn)行逐次合并，即三個(gè)車道先合并成兩車道，再進(jìn)而合并到主干道，這樣的合并模式有利于逐次逐步匯交，減少事故發(fā)生概率并緩解交通擁堵的壓力。

（4）新型收費(fèi)方式的分配比例：新型的收費(fèi)模式采用人工半自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)與電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)相結(jié)合的收費(fèi)模式。利用優(yōu)化模型針對(duì)通過(guò)該收費(fèi)點(diǎn)的日均、月均車流量計(jì)算出合理的分配比例，合理地調(diào)節(jié)半自動(dòng)收費(fèi)窗口和電子收費(fèi)窗口的數(shù)量，有利于提高單位時(shí)間內(nèi)的車輛通行量。

（5）新型收費(fèi)廣場(chǎng)隨著車流量變化的道路調(diào)節(jié)方案：傳統(tǒng)的收費(fèi)模型中，在針對(duì)車流量高峰期和低谷期的不同車流量的大小，新型高速公路模型圖開(kāi)設(shè)了潮汐車道、人工車道、串列式收費(fèi)車道。

（6）新型收費(fèi)廣場(chǎng)事故的預(yù)防：在傳統(tǒng)的收費(fèi)廣場(chǎng)中，入口廣場(chǎng)和出口廣場(chǎng)形狀、尺寸、合并模式以及收費(fèi)方式設(shè)計(jì)的不合理性，車流量在峰值或者在峰值附近時(shí)容易造成交通擁堵，增加交通事故發(fā)生的概率，具有安全隱患且更不利于行駛排隊(duì)中車輛的通過(guò)。在傳統(tǒng)收費(fèi)廣場(chǎng)的形狀、大小和事故預(yù)防能力的基礎(chǔ)上，對(duì)新型的收費(fèi)廣場(chǎng)進(jìn)行了合理的優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)不同車型進(jìn)行合理分流，對(duì)通過(guò)收費(fèi)站的車流進(jìn)行逐次合并，拉開(kāi)了車輛匯交之間的距離，降低了交通事故發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。

五、結(jié)語(yǔ)

隨著高速公路的發(fā)展以及交通運(yùn)輸量的增大，傳統(tǒng)收費(fèi)模式在通行能力、建設(shè)運(yùn)營(yíng)成本、事故預(yù)防以及合并模式等方面存在著諸多的弊端，傳統(tǒng)的收費(fèi)廣場(chǎng)模式越來(lái)越無(wú)法適應(yīng)目前的交通狀況，通過(guò)數(shù)據(jù)分析和調(diào)查，利用經(jīng)濟(jì)學(xué)原理，數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)學(xué)以及TBL統(tǒng)計(jì)參數(shù)學(xué)模型等進(jìn)行計(jì)算分析，針對(duì)收費(fèi)廣場(chǎng)的形狀尺寸、合并模式、收費(fèi)方式分配比例、事故預(yù)防等方面進(jìn)行了合理優(yōu)化，對(duì)傳統(tǒng)的收費(fèi)廣場(chǎng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)改進(jìn)，提高了收費(fèi)站的通行效率，可以有效提高高速公路在車流高峰期時(shí)的工作效率。

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（作者單位：鄭州大學(xué)力學(xué)與工程科學(xué)學(xué)院）