雙向六車道高速公路交通疏導(dǎo)方法研究

王琳++陳浩泰

摘 要：針對(duì)雙向六車道高速公路交通事故路段，根據(jù)事故信息及對(duì)向車道通行能力與交通量等，判斷車輛是否需要利用對(duì)向車道繞行。將不同的疏導(dǎo)策略抽象出拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，根據(jù)不同疏導(dǎo)策略下的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖及時(shí)間權(quán)值，從而可以確定最優(yōu)的交通疏導(dǎo)策略，降低車輛因交通事故造成的時(shí)間延誤。本研究針對(duì)不同的交通疏導(dǎo)方法建立的微觀的交通疏導(dǎo)模型，能為高速公路應(yīng)急條件下提供最優(yōu)的疏導(dǎo)策略。

關(guān)鍵詞：雙向六車道；交通事故；拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；交通疏導(dǎo)

中圖分類號(hào)：TP316 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2015）02-00-03

0 引 言

高速公路有交通事故發(fā)生時(shí)，路段通行能力會(huì)下降而引起交通擁擠或堵塞，不僅會(huì)影響到高速公路自身的運(yùn)營(yíng)安全與效率，往往還會(huì)波及整個(gè)路網(wǎng)。如何提供高效的交通疏導(dǎo)策略，在緊急狀態(tài)下選擇及時(shí)、有效的交通疏導(dǎo)方法進(jìn)行交通疏導(dǎo)，使車輛在最短的時(shí)間內(nèi)繞過(guò)事故路段，避開(kāi)擁擠，對(duì)于降低車輛的延誤，具有重要意義[1，2]。

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，交通量不斷增加，我國(guó)早期修建的雙向四車道的高速公路在通行能力、服務(wù)水平和安全方面存在不足，已不能滿足現(xiàn)代交通運(yùn)輸?shù)男枨蟆Ｓ捎诮煌ńM織設(shè)計(jì)和交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)的不足，雙向八車道的高速公路的建設(shè)還處于初級(jí)階段，雙向六車道的高速公路已成為我國(guó)現(xiàn)代高速公路的主流。本研究以雙向六車道的高速公路為例，對(duì)事故路段交通疏導(dǎo)的方法進(jìn)行研究。

1 交通事故路段區(qū)域劃分

如圖1所示為雙向六車道高速公路事故路段AB，設(shè)A到B方向?yàn)檎较颍瑒t中央隔離帶另一側(cè)反方向車道稱為對(duì)向車道，車道的編號(hào)在圖中已標(biāo)注。以事故所占的車道數(shù)進(jìn)行分類，分別為事故占一條車道、兩條車道、三條車道。事故占三條車道即造成道路阻斷。對(duì)AB段的車道進(jìn)行編號(hào)以及區(qū)域劃分，將事故路段劃分為事故區(qū)、排隊(duì)區(qū)、疏導(dǎo)區(qū)和恢復(fù)區(qū)四種區(qū)域，具體位置劃分要根據(jù)事故位置及交通疏導(dǎo)策略來(lái)確定，在以下交通疏導(dǎo)方法中有詳細(xì)的描述。

2 事故路段內(nèi)車輛的疏導(dǎo)策略

設(shè)AB路段發(fā)生交通事故，對(duì)于事故路段AB內(nèi)的車輛，本研究根據(jù)事故信息（事故類型、等級(jí)、占用車道數(shù)、發(fā)生位置等）及對(duì)向車道的通行能力C逆及流量Q逆等信息確定車輛是排隊(duì)等待還是借用對(duì)向車道繞行，利用對(duì)向車道繞行又分為兩種調(diào)頭返回上游進(jìn)行繞行或利用對(duì)向車道繞過(guò)瓶頸段原路繼續(xù)通行。整體流程如圖2所示。

圖1 交通事故路段AB

圖2 事故路段內(nèi)車輛是否借助對(duì)向車道行駛的判斷依據(jù)

若事故造成道路阻斷，則對(duì)事故的持續(xù)時(shí)間進(jìn)行預(yù)測(cè)[3，4]，并判斷車輛是否需要利用對(duì)向車道通行[5，6]。若需要借助對(duì)向車道，則需要分析對(duì)向車道的交通流量與通行能力，判斷對(duì)向車道能提供幾條車道供車輛行駛。若事故占用部分車道，則需要對(duì)事發(fā)路段的交通流量和通行能力進(jìn)行分析，若通行能力大于交通流量，則實(shí)施限速誘導(dǎo)；若交通流量大于通行能力，則需要再次判定此時(shí)的交通流量是否大于某一臨界值，這種情況下造成車輛排隊(duì)等待的時(shí)間若大于利用對(duì)向車道的時(shí)間則選擇利用對(duì)向車道繞行。

判斷對(duì)向車道能提供幾條車道供車輛繞行，需要分析對(duì)向車道的交通流量Q逆與通行能力C逆，利用對(duì)向車道行駛的通行決策模型如圖3所示。

圖3 利用對(duì)向車道通行模型的流程

當(dāng)經(jīng)過(guò)分析判斷需要利用對(duì)向車道通行的時(shí)候，需要對(duì)對(duì)向車道的通行能力與交通流量進(jìn)行分析。設(shè)對(duì)向車道實(shí)時(shí)交通流量為Q逆，通行能力為C逆，當(dāng)借用一條對(duì)向i車道時(shí)，通行能力修正系數(shù)為γ（3，i），則通行能力C'逆為：

3 事故路段內(nèi)的車輛疏導(dǎo)策略的選擇

本研究以事故占三條車道即造成道路阻斷為例，對(duì)疏導(dǎo)策略的選擇進(jìn)行詳細(xì)描述。當(dāng)計(jì)算得車輛需要繞行，則分析對(duì)向車道的通行能力C逆與交通流量Q逆，有三種情況：利用對(duì)向一條車道、利用對(duì)向兩條車道和利用對(duì)向三條車道通行。利用對(duì)向車道行駛又分為利用對(duì)向車道調(diào)頭和利用對(duì)向車道繞過(guò)事故段繼續(xù)按原路線行駛。下面以利用對(duì)向一條車道和對(duì)向三個(gè)車道為例對(duì)交通疏導(dǎo)策略進(jìn)行描述。

（1）圖4為利用對(duì)向一條車道繞過(guò)事故段繼續(xù)按原路線行駛的情況。事故路段區(qū)域劃分已在圖中標(biāo)出。

圖4 事故造成道路阻斷利用對(duì)向一條車道繞行

（2）圖5為利用一條對(duì)向車道調(diào)頭到節(jié)點(diǎn)A重新選擇繞行路線的情況。

（3）利用對(duì)向車道從豁口處調(diào)頭的情況也可以根據(jù)事故所處的位置、排隊(duì)長(zhǎng)度及豁口的分布情況確定打開(kāi)的豁口數(shù)目，圖6為利用兩個(gè)豁口的交通疏導(dǎo)情況。

圖5 事故造成道路阻斷利用對(duì)向一條車道調(diào)頭

圖6 事故造成道路阻斷利用兩個(gè)豁口調(diào)頭

（4）圖7為利用對(duì)向三條車道繞行的情況。這種情況適用于對(duì)向車流量較小的情況，先封閉對(duì)向車道，禁止車輛行駛，使事故路段內(nèi)車輛充分利用對(duì)向車道行駛，一段時(shí)間后再放行對(duì)向車道的交通流。這種情況相對(duì)對(duì)于大客車與大貨車來(lái)說(shuō)，更容易通過(guò)豁口，減少在豁口處的時(shí)間延誤。

圖7 封閉對(duì)向車道利用對(duì)向車道繞行

以（1）和（2）兩種情況為例，分別將這兩種情況抽象出交通流向拓?fù)鋱D分別如下：

①利用對(duì)向一條車道繞過(guò)事故段繼續(xù)按原路線行駛的拓?fù)鋱D如圖8所示。圖中Ni， j（i≤3）表示正向第i條車道，第j個(gè)節(jié)點(diǎn)；N'i，j（i≤3）表示對(duì)向第i條車道，第j個(gè)節(jié)點(diǎn)。

圖8 利用對(duì)向一條車道繞過(guò)事故段繼續(xù)按原路線行駛的拓?fù)鋱D

各節(jié)點(diǎn)之間的時(shí)間權(quán)值如表1所示，具體的值要根據(jù)實(shí)時(shí)的交通狀態(tài)計(jì)算出來(lái)。

表中將變換車道的時(shí)間如N11到N21的時(shí)間記為0。分兩種情況考慮：第一種情況是事故剛發(fā)生，車輛變換車道；第二種情況是事故發(fā)生了一段時(shí)間，交通組織已經(jīng)完成，正在疏導(dǎo)交通的情況。第一種情況下，車輛要等待交通事故被處理，并且需要交通組織與疏導(dǎo)，整個(gè)時(shí)間要很長(zhǎng)，變換車道的時(shí)間相對(duì)于車輛行駛過(guò)事故路段的時(shí)間很小可以忽略。第二種情況下，交通組織已經(jīng)完成，車輛變道的時(shí)間將更短，同樣可以忽略不計(jì)。

利用Dijkstra算法計(jì)算出車輛利用對(duì)向車道和兩個(gè)豁口繞過(guò)事故點(diǎn)到達(dá)節(jié)點(diǎn)B的時(shí)間，再加上從B到達(dá)目的地的最短時(shí)間，即為此種交通疏導(dǎo)策略下車輛到達(dá)目的地所需的時(shí)間，記為T'1。

②利用一條對(duì)向車道調(diào)頭到節(jié)點(diǎn)A重新選擇繞行路徑的拓?fù)鋱D。

圖9利用一條對(duì)向車道調(diào)頭到節(jié)點(diǎn)A重新選擇繞行路徑的拓?fù)鋱D

各節(jié)點(diǎn)之間的時(shí)間權(quán)值如表2所示，具體的值要根據(jù)實(shí)時(shí)的交通狀態(tài)計(jì)算出來(lái)。

利用Dijkstra算法計(jì)算出車輛利用對(duì)向車道和一個(gè)豁口調(diào)頭至節(jié)點(diǎn)A的時(shí)間，加上從A點(diǎn)繞行至目的地的最短時(shí)間，即為此種交通疏導(dǎo)策略下車輛到達(dá)目的地所需的時(shí)間，記為T'2。

同理，計(jì)算出其他交通疏導(dǎo)策略下車輛行駛的最短時(shí)間，將這些交通疏導(dǎo)策略下的最短時(shí)間相比較，即可得出何種交通疏導(dǎo)策略的時(shí)間最優(yōu)。

4 結(jié) 語(yǔ)

本研究的交通疏導(dǎo)方法綜合考慮交通事故信息、道路通行能力及實(shí)時(shí)的交通流量等，采取不同的疏導(dǎo)策略，并將車輛在不同疏導(dǎo)策略下車輛的行駛路線抽象出拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，根據(jù)拓?fù)鋱D時(shí)間權(quán)值，利用Dijkstra算法，得出最優(yōu)的交通疏導(dǎo)策略，讓車輛在最優(yōu)的交通疏導(dǎo)模式下行駛，微觀上使車輛的時(shí)間延誤降至最低，提高了每個(gè)車輛個(gè)體的行駛效率和安全駕駛性。

在建立了完善的道路基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)之后，本研究的交通疏導(dǎo)方法可用于對(duì)事故路段內(nèi)的車輛點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的導(dǎo)航與調(diào)度指揮，使交通疏導(dǎo)智能化。

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