路外停車駛入對出入口交通流影響模型

鄧社軍， 葉曉飛， 陳　峻

(1. 東南大學 交通學院，210096 南京；2. 揚州大學 建筑科學與工程學院，225009 江蘇 揚州；3.寧波大學 海運學院，315211 浙江 寧波)

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路外停車駛入對出入口交通流影響模型

鄧社軍1,2， 葉曉飛3， 陳峻1

(1. 東南大學 交通學院，210096 南京；2. 揚州大學 建筑科學與工程學院，225009 江蘇 揚州；3.寧波大學 海運學院，315211 浙江 寧波)

摘要:為尋找停放車輛的駛入特征與主路車流速度之間的變化規律，以路阻函數(BPR)模型為理論基礎，以城市路外停車場出入口接入主路的最右側車道為研究對象，通過實測數據分析，建立了無停車駛入時出入口影響區范圍內該車道的路阻函數模型及停車駛入后對該車道的影響模型. 研究結果表明，當無停車駛入時，最右側車道的車流速度僅與本車道流量密切相關，且該車道的利用系數僅為0.384；當有停車駛入時，最右側車道的車流速度與停放車輛的駛入頻率、駛入影響時間、減速距離及本車道流量等參數密切相關. 通過對影響模型的各個參數進一步進行敏感性分析發現：受停車影響后的社會車輛的平均車速與停放車輛的減速距離呈現反比關系,與停放車輛的駛入影響時間呈現正比關系；當減速距離小于10 m時，社會車輛的速度受停車駛入影響變化幅度大.

關鍵詞:交通工程；影響模型；路外停車；右轉駛入；最右側車道

對于我國城市道路常見的四幅路斷面類型，路外停車右轉駛入對主路車流的影響主要表現為停放車輛在到達出入口前的變道、減速、等待等行為使主路各車道車流速度發生變化，從而產生一定長度的影響區，形成瓶頸路段導致上游道路的擁堵. 因此，如何基于停放車輛的駛入特征，定量化分析其對主路車流的影響特性，對于進一步分析主路車流的速度變化、影響區長度的演變規律及如何在出入口處實施科學的交通組織具有一定的現實意義.

目前國內外主要針對公交停靠站點與路內停車帶等對路段交通流的影響[1-3]進行了研究，且主要是以道路的全幅或半幅斷面為分析對象，模型反映的是所研究斷面的平均車流狀態. 如張衛華[4]、王濤[5]分別研究了公交車與社會車輛在路段混合行駛及分道行駛條件下的速度-流量關系模型，葛宏偉[6]研究了不同類型公交站點車輛停靠對道路交通流影響的理論模型，梅振宇[7]和賀曉琴[8]分別研究了路內停車帶對路段車流速度和延誤的影響，而停車駛入的阻滯干擾效應在國內交通流研究中，尚未有專門的深入研究.

停放車輛在駛入停車場的過程中，不同的變道距離、駛入時間等對主路各車道車輛的干擾程度各不相同，如果僅僅將道路的全幅或半幅作為研究對象，并不能完全準確反映出所有車道車流的微觀變化，對于停車駛入過程的影響分析也將不盡全面. 對于四幅路單向各車道而言，無論停放車輛以何種方式駛入，都將會經過最右側車道，因此要想全面分析停車駛入對主路各車道車流的影響，就必須首先以最右車道為對象開展研究，這是進一步分析其他車道車流影響特性的基礎與關鍵，具有重要的現實意義.

1數據采集

1.1調查地點的選取

在選取觀測地點時，遵循以下幾個原則：1)出入口的位置應能保證車輛在到達其影響區域前已到達正常的行駛速度；2)出入口的位置與上下游公交站點和相鄰出入口應確保足夠長距離；3)主路的線形應盡量順直，縱坡無大的起伏，且路面平整；4)停車場出入口的周邊范圍應便于儀器架設與觀測；5)停車場接入主路的機動車流量在高峰與平峰時段變化明顯.

1.2出入口影響區間的確定

選取南京市中山南路的路外停車場出入口進行了預調查，研究表明停放車輛駛入時，從減速、停靠到駛出機動車道，一般要5～8 s，機非隔離帶開口中心線上游0～20 m處車流的平均車速為35 km/h，上游20～40 m處車流的平均車速為50 km/h；絕大數停放車輛在距離開口中心線20 m范圍內開始減速，且在減速前已完成變道. 停放車輛駛入過程中，在距離出入口上游40～70 m的區間內，車流的平均車速數值波動較大. 因此，為了各種駛入形式調查數據標準的統一，便于利用建立的影響模型來評價不同駛入方式對交通流的影響程度，對出入口上游80 m內開展調查，即調查A點與機非隔離帶開口中心線B點距離取值為80 m. 如圖1所示.

根據出入口選址的原則，本文選取南京市中山南路商貿大廈停車場為觀測地點，其接入道路為四幅路雙向六車道. 選擇在天氣良好、交通和道路狀況均正常的時間進行調查，選取高峰時段兼顧平峰時段，具體為上午8:00—11:00時，下午16:00—19:00時.

圖1　調查區域示意圖

2停車駛入前的主路車流基本模型

2.1建模思路

停車場接入路段主路上游的機動車輛在行駛到出入口附近區域時將會受到心理因素、道路條件、交通條件各種影響因素的干擾，其車流特性將會與無出入口路段存在一定的差異性，很難用獨立變量加以簡單描述. 因此，本文基于實測數據來建立路阻函數模型. 主要步驟：1)分析主路最右側車道的速度分布特性及相互之間的關聯性；2)選取各種交通阻抗因素，并將其抽象為相應的模型變量，通過對交通流特性的分析，剔除影響較弱的變量；3)對其他變量采用相關分析的方法，選取顯著性大與相關性強的因素作為模型變量；4)對于車道寬度、車道位置等非交通性的影響因素，選取相應的暢行車速與各車道實際通行能力作為基本參數.

2.2統計時間間隔

國內許多學者在研究交通流模型時，大多數選擇了5 min為統計時間間隔，但是本文研究的是停放車輛駛入前后路段最右側車道交通流的變化，如果以3 min或5 min作為統計時間間隔，則車流在短時間內的變化容易被均一化，不能反應出實際的變化特征. 本文通過實測數分別繪制了以0.5、1、3、5 min為統計間隔下駛入次數曲線，如圖2所示. 通過比較發現，0.5 min和1 min最能體現停放車輛的短時內駛入頻率，3 min和5 min統計的次數波動較大；相關研究成果[9]表明絕大部分車輛可以在30 s內完成駛入過程，而路段交通流消散時間一般在45 s左右，若采用3 min和5 min時，主路機動車的速度等指標易被平均化，由于停放車輛的駛入過程所造成的影響難易被準確捕捉. 相比之下，選擇0.5 min和1 min的時間間隔，更易描述短時內機動車與非機動車交通流的阻滯和沖突的變化. 因此，本文選取1 min作為統計路外停車影響指標和機動車與非機動車流指標的時間間隔.

(a)間隔為0.5 min

(c)間隔為3 min

(b)間隔為1 min

(d)間隔為5 min

2.3車道影響因素及相關性分析

為了便于統一研究，本文確定了車道編號規則，即最靠近主路中心線的車道為車道1，依次向非機動車道方向編號分別為車道2、3，因此最右側車道即為車道3，圖3為四幅路的車道編號示意.

圖3　四幅路各車道編號示意

簡單分析可知，車道3速度的影響因素可能有車道1流量q1、車道2流量q2、車道3流量q3、車道1速度v1和車道2速度v2. 因此基于實測數據，進行相關性分析，結果見表1. 可以看出v3與其他變量的相關統計雙尾檢驗相伴概率小于0.01，能夠通過臨界值為0.05的相關檢驗，說明所有的變量都與v3顯著相關. 但是，對于多元回歸而言，每個自變量與因變量簡單相關性包含著其他自變量對因變量的作用，在一些情況下無法較為真實準確的反映事物之間的相關關系[10].

表1　車道3的速度與各影響因素的相關性

運用SPSS分析軟件來計算各變量與各車道交通流速度之間的偏相關系數，結果見表2.

表2　車道3的交通流速度與各影響因素的偏相關性

從表2中可以看出，v3與q3的偏相關系數為-0.246，統計雙尾檢驗相伴概率為0,小于0.01，能通過臨界值為0.05的相關檢驗，其余影響因素也均不能通過檢驗，主要原因是控制變量之間存在相關性，如分析v3與q2的偏相關時，控制變量q3與v1之間相關性大，而在分析v3與q2的Pearson相關時，則包括了q2、q3、v2、v1的正效應，因此進行偏相關分析剔除它們的影響后，兩者之間的顯著性變小.

因此，分析可知車道3車輛的平均車速v3的影響因素僅有q3可以通過檢驗，其他均不能通過檢驗，其顯著性影響因素僅為q3. 所以，對于四幅路而言各車道的平均車速只與本車道的流量密切相關，而與其他車道的流量與速度相關性很小.

2.4各車道實際通行能力和暢行車速的確定

黃艷君[11]通過研究給出了城市道路不同等級的自由流速度推薦值，見表3. 本文所研究的對象均為城市主干路且單向車道數為3車道，且各車道實際觀測車速最大值均小于60 km/h，與研究結論比較吻合. 因此綜合考慮暢行速度取值均為60 km/h.

表3　不同道路等級的自由流車速推薦值

文獻[12]規定，城市道路在設計車速為60 km/h時一條車道的基本通行能力(小客車單位)為1 800 pcu/h，則對于路段的單個車道，其實際通行能力為

(1)

式中：CDi為車道i的實際通行能力，pcu/h；C為車道的基本通行能力，pcu/h；fw為車道寬度影響修正系數，當車道寬度為3.5 m時取值為1.0；fHV為交通流中有非小客車時，交通組成對通行能力的修正系數，取值建議為0.85～0.95；fdi為車道i利用系數.

本文以雙向6車道的四幅路為研究對象，通過實測分析出入口影響區各車道的流量分布比例可知，對于單向3車道的四幅路，車道1、2、3的流量分布比例為36.9∶45.6∶17.5. 假設車道2的利用系數為1，則可計算出其余各車道的利用系數，即車道1、2、3的各車道利用系數為0.809∶1∶0.384. 根據式(1)，計算出四幅路道路斷面類型下車道3的實際通行能力CDi，其中fw取值為1.0，fHV取值為0.9，fdi取值為0.384，則實際通行能力CDi為622 pcu/h，暢行車速v0標定值為60 km/h.

2.5基本模型的建立

以(BPR)路阻函數模型為基礎，建立停車駛入前車道3的路阻函數模型，其模型為

(2)

利用實測的數據標定式(2)，結果為α3=1.909，β3=0.418. 將參數代入(2)，則模型為

(3)

經回歸方程的F檢驗：相關系數為0.773，F統計值為74.58，均可以通過顯著性水平5%下的檢驗.

3停車駛入后對路段交通流的影響模型3.1影響因素分析

1)停放車輛的駛入頻率λ. 停放車輛駛入頻率指在統計時間間隔內停放車輛到達的次數，由停放車輛的特性分析[13]可知，車輛的到達服從泊松分布，其到達具有一定的隨機性，且在單位時間內平均發生的事件數通常用λ表示.

2)停放車輛駛入影響時間t. 駛入影響時間t指停放車輛在機動車道減速、等待及完全駛離機動車道的過程中，當駛入時間過長時對主路上游社會車輛的干擾時間，取值[14]為

(4)

式中:Ts為停放車輛經歷從機動車道減速至機非隔離帶開口處、停車等待、非機動車出現可接受的群間隙、車頭開始進入非機動車道、車尾駛離機動車道的過程中所耗費的總時間，s；ht為車流的平均車頭時距，s；tj為停放車輛以初始速度v1在減速距離內行駛的時間，s.

由調查數據分析可知，在統計時間間隔內停放車輛會有多次的駛入，而且每次駛入的時間也各不相同，對上游車流的影響時間也會不一樣，其計算公式為

(5)

式中：ti為第i次停車駛入影響時間，s；λ為停放車輛的駛入頻率，輛/min.

3)停放車輛開始減速時的初始速度vJ.當停放車輛駛入后，上游社會車輛受到其干擾導致速度減小，呈現出一定的變化規律，圖4為二者的散點關系圖. 當擬合曲線采用三次方時，R2=0.724擬合度較好，說明二者相關性較強.

圖4　停放車輛減速時的速度與上游車流平均速度關系

4)停放車輛開始減速時地點與停車場出入口中心線的距離s. 由調查分析可知，當減速距離過短時，減速度就比較大，此時就會造成上游車輛車速的顯著變化，不利于行車的安全. 在統計時間間隔內，若有λ次車輛駛入，則有λ個減速距離，計算平均減速距離為

(6)

圖5為平均減速距離與速度的散點圖，擬合曲線為三次方時，R2=0.391擬合度較好，說明二者具有一定的相關性.

圖5停放車輛的平均減速距離與車流平均速度的散點圖

3.2影響模型

擬通過回歸分析的方法建立受停車影響后的速度模型，因變量為影響后的社會車輛平均速度，自變量為各個影響因素，建立多元回歸方程為

(7)

將實測數據代入模型，利用SPSS分析軟件進行處理后，相關分析，得出多元回歸模型的復相關系數R=0.983，判斷系數R2=0.967，調整判定系數為0.966，估計的標準差為0.441 819 3.

表4為模型回歸系數列表，常數項a=-2.031，b=0.842，c=-0.040，d=0.101，經T檢驗，b、c、d的概率ρ值均為0.000，按給定的顯著性水平0.05的情形下，均有顯著性意義. 因此，影響模型為

(8)

(9)

4停車駛入對四幅路最右側車道社會車輛速度影響的敏感性分析

利用所建立的影響模型進一步分析各影響變量對社會車輛速度影響的敏感性.

4.1減速距離對速度的影響分析

圖6、7分別為停車駛入影響時間為40、10 s，無停放車輛駛入與停車車輛在不同減速距離下駛入時，主路最右側車道社會車輛的平均車速的對比分析.

從圖中可以看出：1)在相同的減速距離下，車輛平均速度均隨流量的增大呈現下降的趨勢，同時速度與流量的變化趨勢總體上可以分為3個階段. 第1階段,100pcu/h400 pcu/h,即飽和度v/c>0.64,此時流量與速度之間變化的幅度最小. 這說明當0.16

圖6　駛入影響時間在40 s時的速度

圖7　駛入影響時間在10 s時的速度

4.2停車駛入影響時間對速度的影響分析

圖8、9分別為停車駛入假設減速距離分別為30、10 m，無停放車輛駛入與停車車輛在不同駛入影響時間下，主路最右側車道社會車輛平均車速的對比分析. 從圖中可以看出：1)相同的駛入影響時間下，車輛平均速度均隨流量的增大呈現下降的趨勢. 圖8、9可以發現當流量在100～550 pcu/h時，速度的變化幅度均較大，說明在此流量區間范圍內，社會車輛對于停放車輛的影響時間敏感度較高. 當流量大于600 pcu/h后，速度的變化幅度則相對變小，主要是因為此時車流的飽和度較大，社會車輛整體平均速度都比較低. 2)在相同的流量下，停放車輛的駛入影響時間越短，則對社會車輛的平均車速影響越小. 如圖9中，當流量為400 pcu/h時，減速影響時間為10 s時，影響后的速度為14.40 km/h，而當減速影響時間為40 s時，影響后的速度為10.10 km/h. 3)隨著停放車輛駛入減速距離的減小，在相同的減速影響時間下其對社會車輛影響程度在增大. 如圖8、9中所示，當車輛的減速影響時間為10 s時，當駛入減速距離為30 m時，停放車輛駛入造成度變化幅度為1.53%，而當駛入減速距離為10 m時，速度變化幅度則增大為31.65%.

圖8　減速距離為30 m時的速度

圖9　減速距離為10 m時的速度

5結論

1)當無停車駛入時，最右側車道的車流速度僅與本車道流量密切相關，且該車道的利用系數僅為0.384.

2)當有停車駛入時，最右側車道的車流速度與停放車輛的駛入頻率、駛入影響時間、減速距離及本車道的流量等參數密切相關.

3)當有停車駛入影響時，停放車輛的減速距離與受其影響后社會車輛的平均車速呈現反比關系. 當減速距離20 m≤s≤30 m時，影響后的速度變化幅度為23.91%，當減速距離40 m≤s≤30 m時，影響后的速度變化幅度為23.53%，當減速距離40 m≤s≤45 m時，影響后的速度變化幅度為9.52%.

4)當有停車駛入影響時，停放車輛的駛入影響時間與受其影響后社會車輛的平均車速呈現正比關系. 當影響時間10 s≤t≤25 s時，影響后的速度變化幅度為12.5%,當影響時間25 s≤t≤40 s時，影響后的速度變化幅度為13.9%，當影響時間t>40 s時，影響后的速度變化幅度為20.2%.

5)當減速距離小于10 m時，社會車輛的車速受停車駛入影響幅度較大. 如當車輛的減速影響時間為10 s時，當駛入減速距離為30 m時，停放車輛駛入造成速度變化幅度為1.53%，而當駛入減速距離為10 m時，速度變化幅度則增大為31.65%.

參考文獻

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(編輯魏希柱)

A model to describe the influence of the traffic flow on the main road due to off-street parking at the section of access

DENG Shejun1,2, YE Xiaofei3, CHEN Jun1

(1. School of Transportation, Southeast University, 210096 Nanjing,China; 2. College of Civil Science and Engineering,Yangzhou University, 225009 Yangzhou,Jiangsu，China;3.Maritime College, Ningbo University, 315211 Ningbo, Zhejiang, China)

Abstract:The BPR model was used to release the law between the characters of parking vehicle and speed of the main road. This paper focuses on the rightmost lane on the main road at the sections of off-street parking access in the city. An impedance function model describing the off-street parking vehicle enters or not was established through the analysis of theory and specific cases based on parameters. Some conclusions can been drawn as follows: firstly, speed of the rightmost vehicle is only related to its flow and proportion of the lane been utilized is only 0.384, while there is no off-street parking vehicle; secondly, speed of the rightmost vehicle is related to the influence time, frequency of parking, deceleration distance and its flow , while the off-street parking vehicle entry into the access . Meanwhile, sensitivity analysis of influence of relative factor on the speed of the social vehicles was conducted. Results show that the parking vehicle’s deceleration distance is contrast to the average speed and it’s influence time is in proportion to the average speed, while the off-street parking vehicle affected the vehicles on the rightmost lane. Moreover, the social vehicles would be deeply affected by the off-street parking vehicle, while the deceleration distance is less than 10 m.

Keywords:traffic engineering; impact model; off-street parking; turn right into; rightmost lane

中圖分類號:U491

文獻標志碼:A

文章編號:0367-6234(2016)03-0101-07

通信作者:鄧社軍，yzrx6@163.com.

作者簡介:鄧社軍(1977—), 男,講師,博士研究生；

基金項目:國家自然科學基金(51478111，51408322)；

收稿日期:2014-11-11.

doi：10.11918/j.issn.0367-6234.2016.03.017

江蘇省教育廳自然科學基金(12KJD580006).

陳峻(1972—), 男,教授,博士生導師.