基于定量化的收費站系統評價與分析

張濤林++馬珍++付倩茜++鄧智穎

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.14.203

摘 要：該文通過排隊論模型，確定了當排隊數大于5時人工收費系統的工作效率提高不明顯，而且超過收費車道的通行能力。在此基礎上，團隊在實地調研與總結前人研究經驗的基礎上，建立了相關的四個重要評價指標：碰撞次數Nc、吞吐量T、扇出系統面積和司機滿意度Roh。根據這四個重要的評價指標，建立了高速公路收費站的綜合評價模型，并得出了模型的收費站系統評價結果參考表。

關鍵詞：收費站 排隊 指標 模型

中圖分類號：U491 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）05（b）-0203-02

隨著交通量的快速增長，一些城市的收費公路（包括收費高速公路），由于交通量基本達到了飽和，每天有很長一段時間的行車速度己經低于設計最低速度，并在收費站出入口形成了排隊，收費站成為交通的“瓶頸”，這樣將導致等候車輛延誤時間大大增加，影響主線車流通行，降低了收費站的服務水平，減少了收費道路經營者的收入等問題。

1 最佳排隊數的確定

通過排隊理論模型，該文在兩種不同情況下模擬了不同排隊長度和不同數量的收費站之間的關系的大量數據：收費站的入口和出口。通過模擬我們可以得到當排隊車輛數逐漸增加的時候，人工收費員的工作效率也會有很大提高。但是當排隊車輛數超過5輛的時候，工作效率提高不明顯，這主要與人的心理因素有關。從理論通行能力計算結果看，排隊數超過5輛后，交通量增加不明顯。因此，該文中理論通行能力的確定采用排隊5輛車的計算結果。

2 收費系統的安全性能評估

在通過大量實踐數據以及前人研究的基礎上，該文通過碰撞次數（以及事故預防）Nc，延誤時間，最優建設面積（以及成本）以及司機的滿意度Roh對模型進行評估，從而得到最優的收費廣場模型。各模塊具體的評價模型如下介紹。

2.1 碰撞次數等級評價模型

收費廣場出口和入口都會建設有漸變段， 目的是引導車輛能夠更加安全和順暢地通過收費廣場。漸變率的設計對于司機能否更加安全行車具有很大的影響。漸變率對于收費廣場的服務水平評價并不好衡量，因此本文中通過不同的漸變率對應的碰撞次數的不同來建立等級評價模型。通過對于數據進行回歸分析， 建立出漸變率與碰撞次數之間的數學模型

式中，Nc是對應收費廣場漸變率的交通碰撞預測數；x為漸變率。在回歸分析之中，模型的相關系數為R2=0.8621，說明這兩個因數的相關性很大，這個模型建立是有意義的。

通過數據的分析，結合高速公路收費系統的服務水平有關知識，我們建立以下性能評判級別表，其中一級為碰撞次數小于5，二級為小于10，三級為小于28，四級為大于28。

2.2 吞吐量等級評價模型

如果單位時間內匯入收費系統的車輛過多，而收費系統在單位時間能夠處理的交通量又是有限的，必然會影響收費系統整體的性能。因此該文中定義吞吐量作為衡量收費系統的一個評價指標。吞吐量T定義為每小時通過廣場末端加入L外出車道的車輛數量，即為每個車道單位時間內能夠流入的車輛數aij的總和。其中一級為大于0.25，二級為大于0.19，三級為大于0.13，四級為小于0.13。

2.3 形狀及面積等級評價模型

通過數據可以分析并計算出四通道和六通道相應的值，由此得出下列數據見表1。

2.4 司機滿意度

顯然等待時間會直接影響到司機通過收費系統的滿意度，因此下面可以用司機等待時間來衡量司機的滿意度。通過合理的設計收費系統，能夠盡量減少司機在系統中逗留的時間，增加司機對于服務系統的滿意程度。其中我們認定平均排隊車輛數小于1時，服務為一級。小于4時為二級，小于8時為三級，大于8時為四級。其中級別越高對應的乘客滿意度越高。

3 綜合性能評價模型

綜合前面的分析，得出系統評價參數表和評分情況表2，建立關于收費站系統的綜合性能評價模型。將該文中各參數的一級評分定為4分，二級為3分，三級為2分，一級為1分。

4 結語

該文在深入分析和模擬汽車收費站的基礎上，通過排隊論模型分析出了最佳的汽車排隊數為5，并在此基礎上深入探究了關于收費站性能的評價指標，分別為司機滿意度，碰撞次數，吞吐量以及面積四個指標，并對各指標進行了量化分析，從而定量化的判定出收費站的合理性，為收費站的改進及設計提供參考，從而間接的優化交通結構，提高路網流暢程度。

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