高速公路主線收費(fèi)站距離前方分流點(diǎn)的最小凈距研究

趙禮昭 劉靚

摘? 要：為保證渝長擴(kuò)能項(xiàng)目實(shí)施后龍盛主線收費(fèi)站的服務(wù)水平與運(yùn)行安全性，對互通式立交與主線收費(fèi)站的凈距進(jìn)行研究，通過建立數(shù)學(xué)預(yù)測模型，模擬車輛進(jìn)入收費(fèi)站前后的行駛軌跡，對標(biāo)志反應(yīng)、尋找間隙、變換車道、確認(rèn)出口這4個(gè)駕駛階段進(jìn)行距離分析，計(jì)算最小凈距值，并提出相應(yīng)的交通優(yōu)化措施，使改建后的互通式立交與主線收費(fèi)站的最小距離滿足車輛運(yùn)行安全的要求。該研究對類似工程設(shè)計(jì)中互通式立交與收費(fèi)站的最小間距的設(shè)計(jì)提供一定的指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：互通式立交? 分流點(diǎn)? 主線收費(fèi)站? 最小凈距

中圖分類號：U491.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-3791（2021）02（b）-0085-03

The Study of the Minimum Clear Distance between Expressway Mainline Toll Station and Junction Point Ahead

ZHAO Lizhao? LIU Liang

（China Merchant Chongqing Design Institute of Transport Co.， Ltd.， Chongqing， 400067? China）

Abstract： In order to ensure the service level and operation safety of Longsheng main line toll station after the implementation of Yuchang capacity expansion project， the net distance between the interchange and the main line toll station is studied by establishing a mathematical prediction model and simulating vehicles before and after entering the toll trajectory to analyze the distance of the four driving stages of sign reaction， search for gaps， change lanes and confirm exits， calculate the minimum clearance value， and propose corresponding traffic optimization measures to enable intercommunication after reconstruction. The minimum distance between the type interchange and the main line toll station meets the requirements of vehicle operation safety. The research results are of great significance to the interchange in similar engineering design.

Key Words：Interchange; Junction point; Mainline toll station; Minimum clear distance

互通式立交和主線收費(fèi)站相接是高速公路較為常見的連接形式。而兩者之間凈距的合理與否將直接影響高速公路運(yùn)行質(zhì)量和行車安全。一般對互通式立交與主線收費(fèi)站的凈距展開研究，綜合考慮了交通量、交通運(yùn)行特性、收費(fèi)廣場的通行能力和收費(fèi)制式等影響因素，對互通式立交與主線收費(fèi)站之間的凈距進(jìn)行界定，提出互通式立交與主線收費(fèi)站之間凈距的建議值[1]。已有研究通過對駕駛?cè)思铀龠^程的分析和駕駛?cè)苏J(rèn)讀標(biāo)志的特點(diǎn)以及換道模型特征，提出了基于車道數(shù)的匝道收費(fèi)廣場中心至前方分流點(diǎn)最小間距的建議值。相關(guān)規(guī)范[2]中對間距取值提出了不宜取值區(qū)間，但并沒有給出間距的具體取值。

為提高互通式立交與主線收費(fèi)站區(qū)域間的通行能力、營運(yùn)效益、行車質(zhì)量，基于交通流理論，對互通式立交與主線收費(fèi)站間的凈距展開研究。分別對主線收費(fèi)站與互通立交分流點(diǎn)之間的凈距進(jìn)行界定，提出互通式立交與主線收費(fèi)站之間凈距的合理建議值。

1? 模型分析

下面主要就收費(fèi)站與出口分流點(diǎn)的最小凈距分析如下。

從主線收費(fèi)站出口到匝道改道點(diǎn)，最內(nèi)側(cè)收費(fèi)車道（ETC車道）內(nèi)的車輛需要經(jīng)過連續(xù)加速、查找和讀取標(biāo)志、換車道、確認(rèn)匝道出口4個(gè)過程。駕駛員需要完成的操作包括車輛駛離收費(fèi)站后的加速、讀取和判斷標(biāo)志內(nèi)容、做出是否換道的決定、等待插入凈空、換道和出站確認(rèn)過程[3]。

從駛出主要收費(fèi)廣場開始，車輛需要經(jīng)過一段時(shí)間的加速過程。加速終端是收費(fèi)廣場過渡段的終端。然后，在看到前面的標(biāo)志后，他們做出判斷。如果他們不需要改變車道，他們繼續(xù)直行。如果他們需要改變車道，他們會(huì)尋找要插入的間隙。變道后，他們順利進(jìn)入目標(biāo)匝道[4]。

1.1 車型選擇

卡車和小客車作為代表車型的選擇需要結(jié)合實(shí)際情況。首先，主線收費(fèi)站收費(fèi)通道右側(cè)一般作為大貨車行駛通道，左側(cè)為小客車ETC行駛通道。車輛通過收費(fèi)站后，小客車需要經(jīng)歷更多的車道變換，要求的安全距離比同等條件下的大貨車要大;另一方面，小客車的加速過程明顯更快，行駛速度也更高，符合小客車的要求公交車的安全距離可以保證卡車的安全行駛。因此，選擇乘用車作為代表車型[5]。

1.2 距離取值分析

換道過程共分為4個(gè)步驟：認(rèn)讀標(biāo)志、等待可插入的間隙、變換行駛車道及確認(rèn)匝道出口等過程，故換道距離分為標(biāo)志反應(yīng)距離、尋找間隙距離、變換車道距離、出口確認(rèn)距離[6]。

1.2.1 標(biāo)志反應(yīng)距離L1

標(biāo)志P為安裝在路側(cè)的標(biāo)志標(biāo)牌，一般布設(shè)在減速車道漸變段起點(diǎn)附近。需要駛出匝道的駕駛員在離開收費(fèi)廣場漸變段時(shí)便會(huì)發(fā)現(xiàn)最近的標(biāo)志內(nèi)容，隨后駕駛?cè)俗x取標(biāo)志牌信息，標(biāo)志反應(yīng)距離共為標(biāo)志識讀產(chǎn)生的距離、決策駛出方向的距離之和[7]。

認(rèn)讀標(biāo)志距離L1d是指駕駛員看見出口標(biāo)志后，讀取標(biāo)志相應(yīng)內(nèi)容，直到完成識讀，車輛行駛的距離[8]。采用下式進(jìn)行計(jì)算：

（1）

式中，t1為讀取時(shí)間，一般為3.0～4.0s，按最不利條件取4 s。

標(biāo)志決策距離L1j是指駕駛?cè)苏J(rèn)讀標(biāo)志后，根據(jù)需求來決策采取措施的車輛行駛距離[9]。根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，決策時(shí)間取3.8 s，開始讀取標(biāo)志內(nèi)容，直到讀取完成，車輛行駛的距離。采用下式進(jìn)行計(jì)算：

（2）

式中，t2為決策判斷時(shí)間，一般為2.5～3.5 s，按最不利條件取3.5 s。

按設(shè)計(jì)速度為60 km/h，L1=125 m;設(shè)計(jì)速度為80 km/h，L1=167 m;設(shè)計(jì)速度為100 km/h，L1=208 m。

1.2.2 尋找間隙距離L2

再找間隙距離包括兩部分：一是插入車輛等待間隔期間的行駛距離;二是在改變車道前調(diào)整車輛位置的距離[10]。

車輛由離開收費(fèi)廣場啟動(dòng)加速至漸變段終點(diǎn)的過程，漸變段終點(diǎn)的行駛車速Vs的計(jì)算公式如下式所示。

（3）

考慮到現(xiàn)高速公路主線收費(fèi)站普遍應(yīng)用ETC收費(fèi)，故V0取20 km/h，加速度a按勻加速運(yùn)動(dòng)推薦加速度取最大值0.5。

根據(jù)多項(xiàng)研究表明，車輛變化車道的平均等待時(shí)間與交通量有關(guān)，其計(jì)算公式為：

（4）

式中：λ為目標(biāo)車輛單位時(shí)間平均到達(dá)率，λ=Q/3600;Q為主線單車道最大服務(wù)交通量;tc為可插入間隙，結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)取值，該文取值3.75 s;τ為目標(biāo)車道車頭時(shí)距最小值，τ=1～1.5 s，高速公路一般取1.5 s。

綜上所述，尋找間隙的距離為：

（5）

考慮最不利因素，此處車輛行駛速度為設(shè)計(jì)速度，按設(shè)計(jì)速度為60 km/h，則L2取值為150 m;按設(shè)計(jì)速度為80 km/h，則L2取值為201 m;按設(shè)計(jì)速度為100 km/h，則L2取值為251 m。

1.2.3 變換車道距離L3

車輛在調(diào)整好車速和車頭位置后，即可橫移變換至目標(biāo)車道，實(shí)施該橫移操作并完成車道變換所需的距離為變換車道距離，公式為：

（6）

車道變道的示意具體見圖1。

根據(jù)相關(guān)研究表明，車輛的橫移速度一般取1 m/s，車道寬度按照公路相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)取值3.75 m，故橫移時(shí)間等于3.75 s。

所以，變道間距計(jì)算公式為：

（7）

按設(shè)計(jì)速度為60 km/h，計(jì)算得L3=82 m;按設(shè)計(jì)速度為80 km/h，計(jì)算得：L3=108 m;按設(shè)計(jì)速度為100 km/h，計(jì)算得：L3=135 m。

1.2.4 確認(rèn)匝道出口距離L4

車輛確認(rèn)出口匝道的距離，通常取3 s駕駛行程的距離，即。

按設(shè)計(jì)速度為60 km/h，計(jì)算得L4=50 m;按設(shè)計(jì)速度為80 km/h，計(jì)算得L4=67 m;按設(shè)計(jì)速度為100 km/h，計(jì)算得L4=83 m。

綜上所述，L=L1+L2+L3+L4。

當(dāng)主線速度分別取60 km/h、80 km/h、100 km/h時(shí)，計(jì)算結(jié)果如表1所示。

2? 結(jié)語

為提高互通式立交與主線收費(fèi)站區(qū)域間的通行能力、營運(yùn)效益、行車質(zhì)量，有必要對兩者間最小間距展開研究。通過分析從收費(fèi)站到分流點(diǎn)的整個(gè)行駛過程中加速與變換車道兩個(gè)過程的特征，建立了主線收費(fèi)廣場至前方分流點(diǎn)的最小凈距模型，并提出主線收費(fèi)廣場中心至前方分流點(diǎn)最小間距的建議值，研究成果對工程設(shè)計(jì)中互通立交與收費(fèi)站的最小間距的設(shè)計(jì)提供一定的指導(dǎo)。

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