路內(nèi)停車對通行能力及行人過街安全的影響

曹弋，王藝筱

(大連交通大學 交通運輸工程學院，遼寧 大連 116028)

為減少路內(nèi)停車對道路資源的占用，國內(nèi)外城市多采用平行式路內(nèi)停車的管理模式.研究表明，路內(nèi)停車可緩解路外停車設施不足的問題且具有較好的便捷性.但也有學者認為，路內(nèi)停車對城市動態(tài)交通存在顯著影響.故深入研究路內(nèi)停車對路段通行能力及交通安全的影響，尤為必要.

目前，國內(nèi)外學者已進行了相關研究.在對交通運行狀態(tài)及通行能力影響方面，Yousif S[1]等通過分析停車耗時與可接受間隙指標，研究了路內(nèi)停車路段的交通運行狀態(tài).這一研究結(jié)果后來被劉曉明[2]等構(gòu)建的元胞自動機模型所描述并驗證.何雅琴[3]等通過分析路內(nèi)停車后的剩余車道數(shù)、車道寬度及側(cè)向凈寬，定量分析了路內(nèi)停車對路段通行能力與平均行程時間的影響，提出了路內(nèi)停車優(yōu)化策略.梅振宇[4-5]等針對車輛的離散流與連續(xù)流分別構(gòu)建了路內(nèi)停車影響下的機動車延誤模型、跟馳模型及路內(nèi)停車對機動車行駛速度的影響模型.Furth[6]等通過調(diào)查路內(nèi)停車的橫向占道寬度，采用統(tǒng)計學方法分析了有效車道寬度的分布規(guī)律.程國柱[7]等通過分析車輛飽和車頭時距隨路內(nèi)停車數(shù)量變化的規(guī)律，構(gòu)建理論模型，驗證了路內(nèi)停車對相鄰車道的影響遠大于間隔車道.在交通安全影響方面，Edquist J[8]等通過模擬駕駛實驗，研究了路內(nèi)停車對車輛行駛速度與駕駛員反應時間的影響.Bismark Agbelie[9]等通過研究道路幾何結(jié)構(gòu)和交通因素對路內(nèi)停車碰撞頻率的影響，得出在68.44%的道路路段中，沿著道路路段的中央分隔帶的存在降低了道路停車事故的可能性.郭宏偉[10]等對本問題中非機動車越線占用機動車道的行為，采用壽命分析法進行建模，并衡量路內(nèi)停車對非機動車交通安全的影響.陳峻[11]等以非機動車集群通行和壓縮特性為基礎，建立了路內(nèi)停車影響下的非機動車壓縮交通波模型.

目前大多數(shù)研究均主要側(cè)重從有效車道寬度的折減角度，分析其對通行能力的影響.而對于車流利用可接受間隙合流行駛的情況考慮不足，且在交通安全影響方面，缺少對行人過街安全的定量研究.鑒于此，依據(jù)交通調(diào)查數(shù)據(jù)，綜合有效車道寬度及可接受間隙兩方面因素，探討路內(nèi)停車路段的通行能力計算方法；考慮停車視距因素，分析路內(nèi)停車對行人過街安全性的定量影響關系.

1 交通調(diào)查與數(shù)據(jù)采集

1.1 調(diào)查地點

選擇沈半路、登云路、上塘路及香積寺路4個路段為調(diào)查地點.上述均為城市次干路或支路，高峰時段交通并不擁擠，且均有不同負荷的非機動車交通.為了緩解路外停車設施不足的問題，上述四路段均設置了平行式路內(nèi)停車設施，故而符合本研究的調(diào)查需要.調(diào)查選取的4個路段，具有不同的橫斷面構(gòu)造特征，其幾何構(gòu)造如表1所示.

表1 調(diào)查路段幾何構(gòu)造

1.2 調(diào)查時段

研究表明，當雙向雙車道城市次干路中車流量大于500 veh/h時，不同路內(nèi)停車比例及停車時長對動態(tài)交通影響均較為顯著，路段延誤率均超過20%[12].故對高峰交通繁忙時段進行調(diào)查，即早7∶00-9∶00與晚16∶00-18∶00.調(diào)查周二至周四，共計3天.

1.3 調(diào)查方法與數(shù)據(jù)采集

調(diào)查分為外業(yè)觀測與內(nèi)業(yè)整理兩個階段.外業(yè)觀測采用視頻觀測法記錄交通運行狀態(tài)與停車狀況，采用雷達測速儀抽樣觀測車輛速度，采用人工測量法記錄各路段的占道寬度.內(nèi)業(yè)整理則采用人工計數(shù)法對外業(yè)視頻資料進行統(tǒng)計整理，可以獲得斷面交通量、路內(nèi)停車數(shù)及交通沖突數(shù)等參數(shù).

以第一天觀測的早8∶00-9∶00時段數(shù)據(jù)為例，如表2.本次獲得的交通參數(shù)，不僅將用于路內(nèi)停車條件下路段通行能力模型參數(shù)的標定，還將用于路內(nèi)停車對行人過街安全性影響的定量分析.

表2 第一調(diào)查日的交通數(shù)據(jù)(8∶00-9∶00)

2 路內(nèi)停車對路段通行能力的影響

路內(nèi)停車路段的通行能力，以停車所在車道及其內(nèi)側(cè)相鄰車道所受影響最為顯著，故而通行能力的分析與計算應圍繞上述車道進行.

經(jīng)驗表明，路內(nèi)停車將占用道路的橫向空間.而道路剩余橫向?qū)挾鹊拇笮?，將直接影響動態(tài)交通的通行狀況.故而，路內(nèi)停車對路段通行能力的影響，也應根據(jù)道路剩余橫向?qū)挾鹊拇笮?，分以下兩種情況進行討論.

2.1 車道有效寬度的折減

將路內(nèi)停車相鄰車道的內(nèi)側(cè)車道線至路內(nèi)停車區(qū)內(nèi)邊緣的距離，定義為橫向剩余寬度，記為WS.交通觀測表明，當WS大于某一值時，路內(nèi)停車路段的剩余橫向空間可供兩條車道并行調(diào)劑使用，如圖1所示.

圖1 橫向剩余寬度及車道調(diào)劑

依據(jù)文獻[13]的研究方法，考慮車輛行駛的側(cè)向安全距離與車輛標準寬度，按低速行駛，計算確定橫向剩余寬度WS的臨界值如表3所示.

表3 橫向剩余寬度WS的臨界值

當橫向剩余寬度WS大于表3中臨界值時，車道通行能力由于車道有效寬度的減小而降低.可用HCM[14]中關于車道寬度的修正方法，對該情況下的車道通行能力進行折減，如式(1)與(2)所示.

Cl1=Cl2=C0·fw

(1)

(2)

式中：Cl1與Cl2分別為圖1中車道1與車道2的通行能力，pcu·h-1；C0為一條車道的基本通行能力，pcu·h-1，應據(jù)設計速度查表獲得；fw為車道寬度修正系數(shù)；Wc為一條車道的標準寬度，m；參數(shù)9.144為英制單位換算為公制單位所得常數(shù).進一步分析表明，此時，由于其車輛通行的側(cè)向余寬不足且外側(cè)車道線失去交通意義，將對交通安全產(chǎn)生極為不利的影響.

2.2 可接受間隙模型

當路內(nèi)停車后，道路橫向剩余寬度不滿足表3中所列臨界值時，主線車流無法并排通過.此時，外側(cè)車道1中的車輛將被迫利用其相鄰車道車隊的可接受間隙實現(xiàn)合流行駛，如圖2所示.此時路內(nèi)停車段將產(chǎn)生嚴重的通行能力瓶頸，這種合流運行將導致大量交通沖突的產(chǎn)生，進而影響原有車道2的通行能力.

現(xiàn)假設車道2內(nèi)車流的車頭時距h，服從參數(shù)為λ的負指數(shù)分布.則h的分布函數(shù)如式(3)所示.

F(t)=P(h≤t)=1-e-λt

(3)

設t0為車道2內(nèi)車流的臨界時間間隔，即車輛駛?cè)朐撥嚵魉璧淖钚≤囶^時距.t表示車道1內(nèi)的車流能夠連續(xù)駛?cè)胲嚨?的跟馳車頭時距.車道1內(nèi)，共有n輛車等待駛?cè)胲嚨?.那么，允許n輛車駛?cè)氲能嚨?內(nèi)車流的車頭時距概率可由式(4)計算.

(4)

由于車道1中有n輛車等待，因此當車道2內(nèi)的車流出現(xiàn)大于t0+nt的車頭時距時，車道1中仍然有n輛車駛?cè)胲嚨?.因此，出現(xiàn)上述情況的概率可用P′(n)表示，其計算公式如式(5)所示.

(5)

設ql2為車道2上游路段的交通量，pcu·h-1.則ql2同時也表示車道2內(nèi)車隊的車頭時距總數(shù).因此，車道1中能夠駛?cè)胲嚨?的車輛數(shù)Q(pcu)可由式(6)計算

(6)

(7)

圖3 不同條件下的車道2通行能力

從圖3可以看出，不同t0和t對應的車道2通行能力曲線，都隨著該車道內(nèi)交通量的增大而先減小后增大，且所有通行能力值均小于該條車道的基本通行能力.進一步分析表明，該情況下車道2的通行能力除受車道2的可接受間隙與車道1的跟馳車頭時距影響外，更主要由車道2的車流量確定，且該流量的決定作用是雙向交互的.即當該流量較小時，車道1中的車輛利用可接受間隙進行合流的車輛數(shù)較多，對通行能力有一定補償；相反，當該流量較大時，車道1中將僅有少數(shù)車輛能夠合流通過該路內(nèi)停車段.

定義一個負影響指標α來描述路內(nèi)停車對道路通行能力的負面影響，如式(8)所示.

(8)

式中：Cl為車道實際通行能力，pcu·h-1；C0為無路內(nèi)停車情況下，某設計速度的普通車道基本通行能力，pcu·h-1.

3 路內(nèi)停車對行人過街安全的影響

本文主要研究對象為次干路及以下等級道路，行人過街為無人行橫道和信號燈的情況下過街，對有人行橫道但行人不遵守交通規(guī)則時，也同樣適用.路內(nèi)停車對行人過街安全的影響，主要來源于停車對機動車駕駛員視線的遮擋，故而借鑒文獻[15]的分析思路，從停車視距的角度進行分析，如圖4所示.

圖4 路內(nèi)停車對過街行人安全性的影響

根據(jù)上述影響機理，首先確定過街行人與機動車的最危險沖突點位置.而后自該沖突點分別沿機動車行駛方向及行人行進方向截取停車視距ST與行人視距SP，構(gòu)成視距三角形.本文基于最不利原則考慮，即路內(nèi)停車時視距三角形內(nèi)如有停車，不論車輛類型均視為駕駛員及行人視線被全部遮擋.為使路內(nèi)停車不至遮擋駕駛員視線，故而要求在視距三角形范圍內(nèi)，不應有路內(nèi)停車的存在.上述分析有助于在行人過街路段，安全合理的布置路內(nèi)停車區(qū)間.由于大貨車在行進時相較于其他車型具有視點高等視距優(yōu)勢，且城區(qū)中少有設置大貨車路內(nèi)停車點，故在此不做考慮.

機動車停車視距ST，可由式(9)計算得到.假定行人以一恒定速度過街，則其臨界距離SP可由式(10)計算.至此，路內(nèi)停車區(qū)終點至過街人行橫道邊緣的安全距離S，可由視距三角形的幾何關系得到，如式(11)所示.

(9)

(10)

(11)

式中：VT表示路段上車輛的平均行駛速度，km·h-1；tr表示駕駛員反應時間與車輛機械生效時間之和，s；出于安全考慮，通常取2.5 s；φT為車輛輪胎與路面的摩擦系數(shù)，基于最不利設計原則，即考慮冰雪路面情況，該值應取路面濕滑條件下的摩擦系數(shù)，即0.3；f為車輛輪胎的滾動阻力系數(shù)，通常取0.02；i為道路縱坡，按車輛行進方向，上坡為正；VP為行人過街的行進速度，按不利情況考慮，可取5 km/ h；W為路內(nèi)停車區(qū)的寬度，m；L為最危險沖突點至道路邊緣的垂直距離，m.

4 實例分析

4.1 通行能力分析

(1)計算方法的選擇

根據(jù)表1中的調(diào)查路段幾何構(gòu)造數(shù)據(jù)，計算路內(nèi)停車后路段橫向剩余寬度WS，并與表3中的數(shù)據(jù)進行對比，可選定路段通行能力的計算方法.路段橫向剩余寬度計算結(jié)果如表4所示.

表4 剩余寬度WS計算結(jié)果

由表4的計算結(jié)果可知，調(diào)查的4個路段的車道橫向剩余寬度WS均小于其臨界寬度，說明外側(cè)車道的車輛只能尋求其內(nèi)側(cè)相鄰車道中車隊的可接受間隙通過.故而均應采用可接受間隙公式計算通行能力.此外，注意到登云路的橫向剩余車道寬度為2.7 m，小于一條車道的標準寬度，因此計算其通行能力時，還需要進行車道寬度折減計算.

(2)計算結(jié)果與分析

以第一天調(diào)查的早7∶00-9∶00與晚16∶00- 18∶00的4路段路內(nèi)停車區(qū)內(nèi)側(cè)相鄰車道的交通量數(shù)據(jù)為基本參數(shù)，采用式(7)計算各路段路內(nèi)停車區(qū)內(nèi)側(cè)相鄰車道的通行能力.計算時，該車道車隊的臨界間隔時間t0取4.5 s，連續(xù)穿越車隊的跟馳車頭時距t取2.5 s.計算得到的四路段路內(nèi)停車區(qū)內(nèi)側(cè)相鄰車道的通行能力及各小時車道交通量如圖5所示.

圖5 停車區(qū)內(nèi)側(cè)相鄰車道的交通量及通行能力

由圖5可知，各車道的通行能力變化較小.其中沈半路、上塘路與香積寺路的路內(nèi)停車內(nèi)側(cè)相鄰車道通行能力均為1 400 pcu/h左右；而登云路該 車 道 由 于 受 車 道 寬 度 折 減 的 影 響， 通 行能力為1 240 pcu/h左右.與無路內(nèi)停車情況下30 km·h-1設計速度的普通車道通行能力相比，該計算結(jié)果低于基本通行能力1 600 pcu/h，且由式(8)得，此時沈半路、上塘路與香積寺路的負影響指標為12.5%，登云路的負影響指標為22.5%.

由上述分析可知，該車道的通行能力受車道本身交通量的影響很小，而受路內(nèi)停車的影響較為顯著.

4.2 行人過街安全分析

由表4可以看出，路內(nèi)停車區(qū)終端至人行橫道上游邊界的安全設置距離很大程度上由車輛的平均行駛速度決定.登云路的早高峰實測平均車速為34.4 km/h，而其路段限速為40 km/h.調(diào)查路段中，僅登云路有人行橫道.通過現(xiàn)場實測得到W為2.5 m，L為4 m，路面水平.

不同平均行駛速度所對應的安全距離S，即從人行橫道上游邊界至路內(nèi)停車區(qū)終點的距離，可由式(9)～式(11)計算并列于表5中.

表5 由停車區(qū)至人行橫道的安全設置距離

本著偏安全設計理念，路內(nèi)停車區(qū)設置應考慮最不利因素，即冰雪路面等極端條件，故由表5得，在設計最高平均行駛速度40 km/h條件下，其路內(nèi)停車區(qū)應位于人行道上游方向41.5 m以外開始設置.進一步比較分析表明，上述數(shù)值均遠大于現(xiàn)行歐洲標準所限定的5 m.歐洲標準的制定，是基于一般情況的考慮，而不是最不利情況.即在冰雪路面或路面濕滑等特殊條件下，5 m的安全設置距離無法保證安全視距.所以，上述路內(nèi)停車區(qū)的設置標準，比現(xiàn)行的歐洲標準更為具體、安全.

5 結(jié)論

(1) 路內(nèi)停車對路段通行能力具有顯著影響.應根據(jù)停車占道后的橫向剩余寬度，選擇車道有效寬度折減或可接受間隙理論進行通行能力計算.當主線交通的平均速度介于30～40 km/h，且僅有車輛合流行駛時，路內(nèi)停車影響下的通行能力較一條車道的基本通行能力減少12.5%；當合流行駛與車道寬度折減同時存在時，將減少22.5%；

(2) 路內(nèi)停車對行人過街安全性的影響，取決于機動車駕駛員的停車視距是否得以滿足.自人行橫道至停車區(qū)的安全設置距離，很大程度上取決于主線交通的平均行駛速度.而本研究計算得到的安全距離值，大于現(xiàn)行多數(shù)設計標準的推薦值.

本研究選擇了4個路內(nèi)停車路段開展交通調(diào)查，盡管調(diào)查地點數(shù)量偏少，但理論分析與案例分析結(jié)果的一般性規(guī)律仍可為同類研究所借鑒.調(diào)查地點偏少的問題，可在后續(xù)研究中不斷補充加強.