高速公路收費站潮汐車道交通仿真及車道布局應用分析

摘要：為了研究和分析高速公路收費站潮汐車道的應用及其前景，以廣深沿江高速公路二期工程國際會展中心互通立交為項目背景，結合周邊路網交通需求與交通仿真技術，詳細分析潮汐車道在高速公路收費站的應用效果及其對周邊路網交通運行情況的影響。研究表明，潮汐車道的應用不僅能有效提高道路通行能力，還能顯著緩解互通立交周邊路網的交通擁堵情況，具有廣泛的應用前景。

關鍵詞：收費站"潮汐車道"交通仿真"安全評估

Simulation"of"Tidal"Lane"Traffic"and"Application"Analysis"of"Lane"Layout"at"Expressway"Toll"Station

TIAN"Hao

Shenzhen"Expressway"Construction"Development"Co.，Ltd.，"Shenzhen，"Guangdong"Province，"518000"China

Abstract："This"article"aims"to"explore"and"analyze"the"application"and"prospects"of"tidal"lanes"at"expressway"toll"stations."Taking"the"International"Convention"and"Exhibition"Center"Interchange"as"the"project"background，"combined"with"the"traffic"demand"and"traffic"simulation"technology"of"the"surrounding"road"network，"the"application"effect"of"tidal"lanes"at"expressway"toll"stations"and"their"impact"on"the"traffic"operation"of"the"surrounding"road"network"are"analyzed"in"detail."The"research"shows"that"the"application"of"tidal"lanes"can"not"only"effectively"improve"road"capacity，"but"also"significantly"alleviate"the"traffic"congestion"of"the"network"around"the"interchange，"with"broad"application"prospects.

Key"Words："Toll"station;"Tidal"lane;"Traffic"simulation;"Safety"assessment

隨著城市化進程的加快，交通擁堵問題日益嚴重，越來越多的城區(qū)高速公路也開始出現(xiàn)了擁堵的情況。收費站作為高速公路的瓶頸路段，進行收費作業(yè)時會造成行車延誤和排隊，在工作日早、晚高峰和節(jié)假日等時段，甚至會導致某一側交通擁堵，產生明顯的潮汐交通流現(xiàn)象，嚴重影響通行效率[1]。由于城市土地供應的限制，根據(jù)車流量的分析與建設成本的控制，收費站的建設規(guī)模無法滿足會展高峰期間的爆發(fā)性車流。為了提高高峰期間的收費站通行能力，提升車輛的通行效率，本文依托廣深沿江高速二期項目會展中心收費站設置潮汐車道的實例，以收費廣場作為研究中心擴展延伸到周邊路網，對其進行交通仿真技術分析，對參展高峰期間有、無潮汐車道和離展高峰期間有、無潮汐車道進行評估對比，通過車輛的平均排隊長度指標來評估收費站的服務水平，探索在有限的建設規(guī)模下高效的收費站交通管理措施。

1""交通需求

會展交通是一種特殊形態(tài)的交通，潮汐現(xiàn)象特別明顯。在現(xiàn)有道路資源基礎上，若不采取相應的改善措施，則易在路網關鍵節(jié)點形成交通擁堵瓶頸。國際會展中心區(qū)域路網總體呈“一帶+局部方格網狀”布局，會展中心收費站直接對接國際會展中心，從收費站到達最近的展區(qū)，車程僅需2"min。

為了提高會展配套交通設施的利用率，避免造成浪費，深圳新國際會展中心常規(guī)配套交通設計需求為19.2萬人次/d，高峰客流需求為"5.8萬人次/h。極端高峰客流以增加臨時交通設施供給的方式滿足交通需求[2]。

基于會展中心開展吸引客流特征分析。極端情況下，高速收費站入口發(fā)車流為3"500"pcu/h，高速入口廣場6條車道（含3條ETC車道）通行能力約為2"760"pcu/h（人工車道通行能力按420"pcu/h，ETC車道按500"pcu/h）；出口發(fā)車流為4"000"pcu/h，高速出口廣場11條車道（含4條ETC車道）通行能力約為3"260"pcu/h（人工車道通行能力按180"pcu/h，ETC車道按500"pcu/h）。

據(jù)上可知，收費廣場將是路網的關鍵節(jié)點之一。常規(guī)收費站出入口并未完全考慮展會期間交通流量的集中到達與離開的爆發(fā)性車流，容易導致車輛在收費閘口排隊，進而影響會展中心周邊路網。因此，亟需研究展會期間國際會展中心收費站出入口的交通供需情況，以提升通行效率。

2""潮汐車道方案

根據(jù)展會期間交通特性分析，借鑒城市交叉口逆向可變車道、借道左轉車道等車道控制思想[3-4]，通過動態(tài)調整收費廣場車道功能和切換車道收費方向，將其建立到一個統(tǒng)一的優(yōu)化模型中，以適應不同流量場景。在不擴建收費廣場的情況下，突破收費站出口或入口的容量限制，實現(xiàn)“智慧擴容”[5]。即在現(xiàn)有道路資源基礎上設置潮汐車道，在不同時段調整出入口的數(shù)量，提高進出的交通運行效率，加快出入口的交通疏散。潮汐車道方案如下。

2.1"現(xiàn)狀車道布局

收費站共設置17條車道，其中，入口6條車道，出口11條車道。在入口和出口車道中間布設隔離設施。

2.2"潮汐車道布局

2.2.1入口潮汐

根據(jù)交通模擬仿真數(shù)據(jù)，2025年，沿江高速收費站入口陣發(fā)車流為3"500"pcu/h。根據(jù)相關規(guī)范計算，極端情況下，入口需要10條車道。本項目原有6條入口，通過電動遙控底部，帶動護欄根據(jù)線形設置進行不同移動距離，實現(xiàn)整體移動達到隔離效果。實現(xiàn)增加4條入口潮汐車道（如圖1所示），同時，基于遠期考慮，設置復式車道。

2.2.2"出口潮汐

沿江高速收費站出口陣發(fā)車流為4"000"pcu/h。根據(jù)相關規(guī)范計算，出口需要13條車道。本項目原有11條出口，通過電動遙控底部，帶動護欄整體移動，達到隔離效果。實現(xiàn)增加2條出口潮汐車道（如圖2所示）。

3"交通仿真實驗設計與結果分析

3.1"交通仿真模型

本項目采用Vissim交通仿真軟件，模型以收費廣場作為研究中心，再擴展延伸到周邊路網（節(jié)點—路段—全路網，即點—線—面）交通運行影響情況。仿真模擬時段以滿展極端高峰時段為主，針對仿真軟件中部分參數(shù)的設置與收費站實際交通參數(shù)存在的差別，結合實際數(shù)據(jù)和經驗，選取了相關標定參數(shù)[6]。對兩種模擬情景進行研究測試評估：參展高峰期間有無潮汐車道評估對比和離展高峰期間有無潮汐車道評估對比。

按照軟件模塊分別創(chuàng)建收費站微觀交通仿真模型，一般參照輸入模塊、仿真運行模塊、輸出模塊的順序及各模塊需要的項目信息進行建立。具體需要項目信息如表1所示。

3.1.1"輸入模塊

會展交通收費站在其收費廣場處車輛行駛緩慢，車輛間相互影響嚴重，存在大量的車輛交織和換道行為。根據(jù)實際交通流狀態(tài)，結合實際調查交通量及車輛比例的情況，對交通行為模型進行分析。使用軟件中Wiedemann74模型，可以對收費站減速漸變段、收費服務段、加速漸變段的交通行為進行描述。在Vissim"軟件中導入衛(wèi)星地圖后，建立收費站基礎路網，使用軟件中的路段和連接器，對高速基本路段到收費廣場處進行路段過渡處理。

車輛參數(shù)設置中，不同路段區(qū)域的車輛期望車速設置十分重要。正確的車速設置能更加還原車輛實際行駛狀態(tài)，還能對車輛的跟馳、換道產生影響。根據(jù)收費站前、后的道路限速標志，結合實際統(tǒng)計車速情況，分段建立車輛行駛期望速度，在Vissim"軟件中定義不同期望速度分布曲線。

3.1.2"仿真模塊

使用靜態(tài)路徑設置方法，能較好還原小范圍的微觀交通仿真中車輛行駛狀態(tài)。靜態(tài)路徑設置可以擁有一個起始段和多個目標段。為了更好地模擬實際交通流與收費情況，需要針對實際交通流中的不同收費類型車輛分別進行設置?？拓涇囓囕v路徑設置僅可以使用客貨車車道和潮汐車道進行繳費，ETC車輛路徑設置可以使用全類型收費車道進行繳費。

在車輛生成部分，根據(jù)車量調查情況，結合《收費公路車輛通行費車型分類》（JT/T"489—2019），在仿真模型中建立與實際交通流相符的車輛組成情況（見表3）。

3.1.3"輸出模塊

為了評價收費站的運行狀態(tài)與車輛出行結果，需要獲取不同評價指標結果。利用Vissim"軟件內置的數(shù)據(jù)采集點、行程時間檢測器與排隊計數(shù)器，可以對多種指標進行輸出。數(shù)據(jù)采集點、行程時間檢測器、排隊計數(shù)器的具體布設位置一般分別在收費站位置及收費廣場邊界。

3.2"仿真評價指標

目前，我國高速公路收費站的服務水平通常采用車輛的平均排隊長度指標來劃分，可分為一至四級[7]。延誤可以更好地評估收費站的交通狀況和服務質量，駕駛員和乘客對交通狀況的感受直接取決于排隊的時間和長度[8]。故收費廣場的評價指標主要采用排隊車輛數(shù)（或排隊長度）進行效果評估。

3.3參展高峰時效果評估

（1）改善前：入口道通行能力富余，出口道通行能力明顯有所不足。模型分析出口道車輛平均排隊長度為73.9"m，最長可達96.89"m，偶爾會回堵到匝道。

（2）改善后：模型分析平均排隊長度約為51.16"m，排隊車輛極少回堵到匝道。入口服務水平變化不大。

3.4"離展高峰時段效果評估

（1）改善前：出口道通行能力富余，入口道通行能力明顯不足，車輛緩行。模型分析入口車輛平均排隊長度為302.38"m，最長可達506.73"m，排隊車輛回堵至匝道的現(xiàn)象時常發(fā)生，并對周邊路網造成較為嚴重的影響。

（2）改善后：模型分析平均排隊長度約為47.31"m，排隊車輛極少回堵到匝道。此外，收費站出口服務水平變化不大，運行效率良好。

4"交通安全評估

潮汐車道的投入使用還應考慮收費廣場的交通安全問題，主要表現(xiàn)在收費站出入決策點上，即收費廣場并流、交織、分流處，可能造成車輛頻繁交叉行駛、運行速度不協(xié)調（即速差）等現(xiàn)象，也可能增加側撞、追撞等事故風險。潮汐車道相應的交通安全設施完善、交通指引標志牌完善、交通標志標線合理，道路工程符合設計規(guī)范，車輛運行速度協(xié)調性較好，在駕駛員合理控制車速與提高行車注意力、收費站做好潮汐車道相關設施的布置工作、、不發(fā)生其他極端現(xiàn)象的情況下，高峰運行期間的交通安全均在可控范圍內。

5"交通效率提升情況評估

根據(jù)收費站運行情況，展會期間車流量約為平峰期間的3倍，車流集中在高峰期間，符合設計分析情況。在啟用潮汐車道情況下，收費廣場僅出現(xiàn)少數(shù)幾次車輛擁堵排隊下高速情況，最長排隊長隊約為60～70"m，未對高速主線車輛通行造成影響，總體服務水平良好。

6"效益評估

針對國際會展中心交通流量單向相對集中的特點設置潮汐車道，在投資費用可控的條件下增加可變車道的數(shù)量[9]，解決了交通突然涌入收費站造成排隊、擁堵的問題，提高了收費站通行能力，保障了社會交通的暢順通行，減少了社會交通的出行時間，提升了交通顧客的滿意度，具有良好的社會效益。同時，采用電動遙控護欄，提高了護欄的布設效率，減少了護欄布設時對交通的影響，降低了護欄布設時的交通安全隱患，保障了交通暢順通行。

7""結-語

在不增加土地資源的前提下，高速公路收費站潮汐車道可以在安全、經濟的范圍內極大地提升具有明顯潮汐車流特點的通行效率，其操作簡單、便捷，可以有效提高道路通行能力，顯著緩解周邊路網的交通擁堵狀況，具備一定的推廣應用價值。潮汐車道也可以在形勢發(fā)展成熟時接入車流量采集信息、擁堵信息等，增加大數(shù)據(jù)智能判斷方法，進行提前預判、預調節(jié)、管理中心遠程自動調節(jié)等，實現(xiàn)全自動、智慧交通的潮汐收費站車道調整。

參考文獻

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