高速公路收費車道的設計

摘 要：計算MTC和ETC收費方式下各自的通行能力，建立MTC與ETC的混合收費模型。使用收費廣場漸變率（I）、收費站服務水平（V/C）和收費廣場入口段縱坡（P）進行安全評估模型分析，討論交通事故發生最低的情況下參數的取值范圍，為美國新澤西高速公路上收費站的設計提供了一個可行性方案。

關鍵詞：MTC；ETC；折算系數；服務水平；收費廣場漸變率

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.12.118

0 引言

通過收費站的車輛需先繳納相應的費用才能繼續行駛，因此，收費站的車道排列及收費方式的設計，包括收費處理速度等都對交通運輸有很大的影響，因此要求我們設計出一個完整的收費站，以達到最佳處理標準。

1 MTC與ETC的混合收費模型

1.1 交通量

（1）車輛分類和車輛折算系數。為了定量化各種不同型號的車對通行能力的影響，應該將不同型號的車轉化成標準車的當量值，通常使用的方法為：基于服務時間與離去時間的PCE 的計算方法。

（2）吞吐量計算方法。單位小時的交通量為DHV，DHV 可以用每年平均每日交通量（AADT）計算出來。

DHV=K×AADT ×D （1）

1.2 服務水平

（1）服務時間。在分析研究收費站的通行能力中，采集了美國新澤西洲的部分收費站關于車輛服務時間的數據，重點研究收費站關于不同車型的服務時間分布情況。

（2）平均排隊長度。據相關資料統計，美國收費站的車輛到達多服從負指數分布，服務時間服從正態分布。排隊長度可按照下式計算：

（2）

1.3 MTC與ETC基本通行能力的計算

（1）MTC通行能力計算。MTC通道是現在采用比較多的一種收費方法，MTC單通道的通行能力越強時，其通道的服務時間越短，一般由小型車的服務時間與離開時間計算：

（3）

（2）ETC通行能力計算。單條ETC通道基本通行能力計算公式如下：

（4）

1.4 MTC與ETC混合收費車道通行能力

混合式通道重點是根據ETC通道的標準進行設計，故MTC車輛數目增多時，混合式通道的通行能力會有所降低，則混合式通道的通行能力如下所示：

（5）

2 收費站安全評價模型

2.1 收費站安全影響因素分析

（1）收費廣場漸變率。收費廣場漸變率是出入口漸變段對主線路段增加的道路寬度與收費廣場漸變段長度的比值。決定收費廣場的布局結構，車輛行駛的安全性和舒適性由漸變率的設計合理性決定。通過回歸研究，得出收費廣場的漸變率和交通事故數量之間的關系如下式：

（6）

式中，Y—對應收費廣場漸變率的交通事故預測數；

x—收費廣場漸變率。

得到的結論：當收費廣場漸變率增大時，交通事故發生的次數也隨之增多。

（2）收費站服務水平。高速公路收費站收費車道的排隊長度影響駕駛員對交通環境的感知，收費站服務水平的高低由排隊長度決定。經回歸趨勢分析，得兩者之間關系式：

（7）

式中， Y—收費站交通事故預測數；

x—收費站服務水平。

由公式可知：交通事故發生的頻率與收費站服務水平成正比。

（3）收費廣場入口段縱坡。收費站入口段縱坡研究時，如果不能充足考慮車輛駛入收費站的行駛情況，出現長距離下坡或轉彎下坡等道路狀況，致使車輛駛入收費站時不能充分減速，從而引發由安全行車的距離不足和行車方向未及時整改導致的交通事故。通過回歸分析，得到交通事故發生頻率與收費廣場入口段縱坡的關系式：

（8）

式中，Y—收費站交通事故預測數；

x—收費廣場入口段縱坡。

由公式得知：收費廣場入口縱坡度越大，發生交通事故的頻率越高。

3 建立回歸方程

（1）建模思路。基于以上對高速公路收費站安全影響因素的分析，以收費廣場的漸變率（I）、收費站的服務水平（V/C）以及收費廣場的入口段縱坡（P）作為待建模型的參數，并且根據收費站每年的交通事故發生的次數作為安全評價模型的標準，根據樣本中的回歸分析數據，建立高速公路收費站的安全評估模型。

（2）回歸效果分析與參數范圍討論。參照國外這方面的研究成果以及實際建設經驗，設計收費廣場漸變率的取值范圍為1/7～ 1/10，那么可以求出來收費廣場漸變段的長度為：46m。

3.1 模型實際應用檢驗

（下轉第162頁）

（上接第137頁）

安全評價模型主要對主線收費站的交通事故次數進行預測，采用建立好的模型對多條收費站的樣本進行檢測，比較實際事故發生頻率與建立模型的計算值，見圖1。

3.2 設計收費站的形狀大小

查詢相關數據，包括MTC與ETC收費島的長和寬，每個車道的寬度，以及駛入收費站的減速段距離和離開收費站的加速段距離，最終得到收費站的具體設計圖，分別如圖2和圖3所示。

4 結論

經過對混合式收費站的調研和研究，根據車輛到達的分布情況、車輛服務時間的分布情況作為基礎，建立MTC與ETC的混合收費模型，并對模型進行安全評估。此外，設計出了收費站的具體大小和形狀，討論其具體可行度。

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作者簡介：曹海蘭（1988-），女，陜西商洛人，碩士研究生，助教，研究方向：機械電子工程。