高速公路收費廣場的設(shè)計

吳涵

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201714103

摘要：本文將排隊理論和道路規(guī)范相結(jié)合，對收費廣場附近的交通情況進行建模，使用AutoCAD設(shè)計出收費廣場的形狀、大小和路障前后的歸并區(qū)，以及研究無人駕駛車輛的發(fā)展對收費站的影響。最后根據(jù)所建立的模型以及實際中存在的一些問題向收費公路管理局提出合理化建議。

關(guān)鍵詞：排隊理論；道路規(guī)范；AutoCAD

一、問題研究背景

路障收費是設(shè)置在高速路的一系列收費亭，與交通流的方向垂直，為了盡可能地不影響單位時間交通流，通常收費亭要比進入車道多。收費區(qū)需要設(shè)置路障的區(qū)域，包括路障前的扇形離開區(qū)域、路障和路障后的扇形進入?yún)^(qū)域。汽車從正常行駛車道進入收費區(qū)到最后回到正常行駛車道的整個過程為：準備進入收費站，減速進入收費區(qū)，排隊等候服務(wù)，接受服務(wù)（繳費），加速離開收費區(qū)，進入正常行駛軌道。

二、模型建立與求解

假設(shè)高速公路的每個行車方向有L條車道，B個收費亭，且B>L。查閱相關(guān)資料[1]可以得出事故發(fā)生率、車輛出入量、建設(shè)費用這三個條件直接影響著收費站的形狀、大小、路障前后的歸并區(qū)。

圖（1） 車輛進出收費站的流程

以雙向六車道為研究對象，查閱相關(guān)規(guī)范[2]取ADT為60000、D為0.5、K為10%，車道交通量DHV=ADT×D×K=3000（pcu/h），通過計算可得平均等待車輛為2.28輛，服務(wù)水平滿足要求，擬采用12條收費車道，單向采用6條。收費道取20m，從收費廣場向標準寬度路段過渡的漸變段，要求能夠使車輛順暢行駛。設(shè)Ls1為合流區(qū)長度，S為漸變段寬度，根據(jù)路線設(shè)計規(guī)范規(guī)定收費廣場在主線上時，廣場收斂漸變率需大于3～4，所以Ls1=4S=38.4m，由于高速路左右兩側(cè)為對稱，所以分流區(qū)與合流區(qū)的長度為L=Ls1+Ls2=2×38.4=76.8m，取整為80m。

確定路障前后的歸并區(qū)的形狀：緩和曲線通過其曲率逐漸變化，可更好地適應(yīng)汽車轉(zhuǎn)向的行駛軌跡；汽車從一曲線過渡到另一曲線的行駛過程中離心加速度逐漸變化，緩和曲線可作為超高和加寬的過渡段。所以從安全性考慮，在路障前后的歸并區(qū)采用緩和曲線進行過渡。緩和曲線的計算：查閱相關(guān)規(guī)范[3]可以得出Ls1=R/9～R，由上面計算的Ls1=59.85可求出R=59.85～540m，當(dāng)半徑越大時的所需要的面積越小，但是收費亭的數(shù)目也相應(yīng)減小，綜合考慮取R=400m。

當(dāng)進入收費區(qū)的分流區(qū)時，為求L1的長度，假設(shè)汽車的有效長度為3m，若所有車排滿收費廣場時，單向三車道每一個車道有n輛車，則總車數(shù)為3n，進入收費道路時，每道路平攤3n÷6=0.5n，為防止排隊造成的擁擠導(dǎo)致通行能力降低，按上述算的平均來車時間為1.2s，查閱相關(guān)資料[3]得出收費站的平均服務(wù)時間為5s，汽車進入收費區(qū)的限制速度為v=30km/h，L1≥64m，綜合考慮取L1=70m。根據(jù)所建立的模型可確定雙向六車道收費站的形狀大小，如圖所示：

圖（2） 雙向六車道收費站的設(shè)計

三、無人駕駛車輛的發(fā)展對收費站的影響

把無人駕駛車輛的發(fā)展分為三個階段：初期、中期、末期。在初期時從安全方面和通行能力方面考慮，把靠近道路內(nèi)車道上的收費站作為無人駕駛車輛和網(wǎng)上繳費車輛專用的收費站，并且把人工收費車道設(shè)置成階梯分布。中期時，無人駕駛車輛的速度會有所增加，收費亭的個數(shù)會相應(yīng)減少，且電子收費亭的形狀、占地面積也會減小。末期時，無人駕駛車輛可以不設(shè)收費亭，只需劃定一個收費區(qū)，利用網(wǎng)上收費系統(tǒng)對駛?cè)胲囕v進行收費。

四、合理化建議

（1）對于一些交通流較大的高速公路，可在進入收費站的路段上設(shè)置加寬來有效緩解交通的擁擠，當(dāng)車輛較多時可以使車輛進入緩和曲線區(qū)進行等待服務(wù)，增加了可排隊的空間和收費亭，這樣可在很大程度上提高道路通行能力和安全系數(shù)。

（2）利用緩和曲線的曲率逐漸變化使汽車行駛更加平穩(wěn)的優(yōu)點，采用緩和曲線段來設(shè)計合并區(qū)，可提高行駛的安全性，在路障區(qū)前后加入減速區(qū)和加速區(qū)，可更好地解決擁擠帶來的通行能力不足的問題。

參考文獻：

[1]曹園園.高速公路收費站的通行能力和服務(wù)水平[J].北京公路，2004，（6）：1013.

[2]中交第一公路勘察設(shè)計研究院.公路路線設(shè)計規(guī)范（JTG D202006）.北京：人民交通出版社，2006.

[3]中建標公路委員會.公路工程技術(shù)標準（JTG B012003）.北京：人民交通出版社，2004.