谢陈峰

(广东省交通规划设计研究院股份有限公司,广东广州 510507)



大城市环城高速公路大流量路段交通流特性分析

谢陈峰

(广东省交通规划设计研究院股份有限公司,广东广州 510507)

摘要:着眼于大城市环城高速公路大流量路段,通过实地调查,收集相关资料,对交通流相关数据进行统计,采用数据统计、仿真等方法,分析了大城市环城高速公路大流量路段的交通流特性,为这类路段的交通组织和管理提供参考。

关键词:公路交通;环城高速公路;大流量;交通流特性

目前,国内外对交通流特性的研究成果较多,但专门针对大城市环城高速公路交通流特性的研究较少。该文以广州北环高速公路为例,根据交通数据对其交通流特性进行分析研究。

广州北环高速公路是中国最早建成通车的高速公路之一,是全国首条环城高速公路即广州环城高速公路的一部分。北环段是广州环城高速公路最繁忙的路段,起于沙贝立交,向东经金沙洲、横沙村到达增槎路,跨过京广铁路至三元里,再以高架桥架设于广园路上,到达大金钟路附近回落于白云山山腰,以白云隧道穿越白云山到达沙河,跨越广州大道及天源路后抵达岑村立交,与华南快速干线相交,全长23.5 km。

1 交通流量

对北环高速公路立交间主线断面交通量(见表1)进行分析,总体来看,沙贝—广清西断面的交通量最大,达164 865辆/d,其次是广清东—广花和沙河—岑村,分别为164 856和120 909辆/d,其他路段的断面交通量较为接近,基本为78 000～91 000 辆/d。

表1 2013年北环高速公路日均断面交通量

北环高速公路的设计速度为100 km/h。根据《公路路线设计规范》,设计速度100、80 km/h对应的单车道设计通行能力Cd分别为1 400、1 200 pcu/(h·车道)。根据规范要求,其路段实际通行能力按式(1)进行修正,结果见表2。

表2 实际通行能力计算值与实际流量对比

式中:Cr为高速公路路段的实际通行能力[veh/(h·车道)];Cd为与实际行驶速度相对应的高速公路路段设计通行能力[pcu/(h·车道)];fHV为交通组成修正系数,fHV=1/[1+∑Pi(Ei-1)];Pi为中型车、大型车、拖挂车(i)交通量占总交通量的百分比;Ei为中型车、大型车、拖挂车(i)的车辆折算系数;fN为六车道及以上高速公路的车道数修正系数,取0.98～0.99;fP为驾驶者总体特征修正系数,通过调查确定,通常取0.95～1.00。

从表2来看,除广清东—广花路段外,北环高速公路大部分路段的交通流量小于设计通行能力,并未达到饱和状态。

从北环高速公路24 h交通量的时间分布来看,发生在7:00—20:00时段的交通量为132 955辆,占总交通量的78.67%;发生在20:00—7:00时段的交通量为36 039辆,占总交通量的21.33%。

2 交通组成

按收费车型分类(即1类车、2类车、3类车、4类车、5类车)对北环高速公路的交通流量进行调查,得到各车型交通流量(见表3)。

表3 按车型分类的交通流量调查结果　　万辆

根据表3,可得北环高速公路的交通组成:1类车的比例最大,占总流量的64%以上;其次是3类车,占总流量的18%～20%;占比最小的为4类车,占总流量的1%～2%;3类、4类及5类车合计占总流量的24%～27%,其他各类车共占73%～76%。虽然3类、4类及5类车中包含了客车,但从局部调查数据来看,货车是主要车型,占81%,则在总流量中,5 t以上货车的占比为19%～22%。

根据上述分析结果,在北环高速公路的交通组成中,5 t以上货车占19%～22%,其中15 t以上货车约占6%。

3 V/C比值

交通流状态的主要指标参数为交通负荷度即V/C比,是指公路交通量与基本通行能力的比值。根据北环高速公路的交通流量统计数据,计算得到2013—2014年各路段单车道的实际服务交通量V值及对应的路段V/C比值(见表4)。

计算结果表明:北环高速公路广清东—广花路段的交通量较大,其V/C比值超过二级服务水平的极限值;其次为沙贝—广清西路段,其V/C比值接近二级服务水平的极限值。这两个路段交通流处于不稳定状态,时常发生交通阻塞,这与北环高速公路经常出现堵车的实际情况相符。除广清东—广花路段外,其他路段的交通量相对较小。

表4 北环高速公路各路段单车道交通量及V/C比

4 V/C交通密度

交通密度是衡量高速公路服务水平的主要指标之一,它能直观地反映高速公路上交通流的状态。《公路路线设计规范》关于不同服务水平高速公路的交通密度要求见表5,北环高速公路不同路段的交通密度见表6。

表5 不同服务水平高速公路的交通密度要求

表6 北环高速公路不同路段的交通密度

根据表5、表6,北环高速公路沙贝—广清西、广清西—广清东、广清东—广花、岑村—广氮路段的交通流处于不稳定的状态,广花—广园、广园—沙河、沙河—岑村路段的交通流处于稳定状态。

5 车辆速度

区间平均车速是反映车辆运行顺畅程度的重要指标之一,是指车辆的平均行程速度。区间平均速度与交通量、车流密度存在着相互影响的关系,车流密度与交通量成正比,与运行速度成反比,即:

v=Q/K

式中:v为车辆的平均行程速度(km/h);Q为单车道交通流量[pcu/(h·车道)];K为平均车流密度[pcu/(km·车道)]。

根据北环高速公路的交通量和车流密度分析结果,可计算出对应的平均行程车速(见表7)。

表7 北环高速公路各路段的平均行程车速

从公路服务水平的角度考虑,北环高速公路的平均行程车速低于高速公路二级服务水平的要求,基本上在四级服务水平范围内。因此,从行程车速指标来看,北环高速公路的服务水平已降至四级。

6 交通流特性综合分析

道路交通流量、交通密度和车速(区间车速)是表征道路交通流特性的3个基本参数,它们之间的基本关系为:

式中:Q为平均流量(veh/h);v-s为空间平均车速(km/h);K为平均车流密度(veh/km)。

从它们之间的关系来看,流量、密度和车速之间是相互影响的。当车流密度很小时,车辆之间的相互干扰小,车辆可以畅行,车速高,相应流量也大,若车速被抑制得较低,则流量也相应变小;当车流密度很大时,车辆之间的相互干扰大,车速低,交通流量也较小,若车流密度达到最大,则出现交通阻塞,车速和流量将趋于零。因此,道路交通流中存在最佳交通密度、最大流量和临界速度一一对应,即车流处于最佳密度时,其流量和速度可以达到最大。在交通流理论中,通常用以下的二次函数表征道路交通流量与密度的关系,其关系图为抛物线(见图1)。

式中:Q为交通流量(veh/h);K、Kj分别为车流密度和阻塞密度(veh/km);vf为自由速度(km/h)。

图1 流量-密度关系曲线

如图1所示,曲线的顶点对应的交通流量为路段通行能力或最大流量Qm,其对应的交通密度为最佳密度Km。北环高速公路的设计通行能力(最大流量),沙河以西为1 200 pcu/(h·车道),沙河以东为1 400 pcu/(h·车道),其对应的最佳密度为18 pcu/(km·车道),临界速度分别为66和79 km/h。从前面统计数据来看,北环高速公路的实际交通流量除广清东—广花路段外均小于设计通行能力,但沙贝—广清西、广清西—广清东、广清东—广花、岑村—广氮等路段的交通密度大于最佳密度。这主要是由运行车速过低导致的,若提高运行车速,相应地可降低车流密度,提高路段服务水平。对于广花—广园、广园—沙河、沙河—岑村路段,其实际交通流量和车流密度均小于最佳值,车流之间的干扰较小,有较高的车速期望(见表8)。

表8 交通流特性基本参数分析结果

综上,可适当提高北环高速公路的限速,以满足车辆驾驶者在高速公路上行车的速度期望,改善北环高速公路的交通状况,提高其服务水平。

7 交通阻塞状况

根据前面的分析,北环高速公路的服务水平总体上已由二级降至四级,交通流处于强制流状态,车流不稳定,运行车辆之间的相互干扰很大,一旦车流受到扰动,将导致严重阻塞。

据统计,2013年北环高速公路共发生交通阻塞948次。从时间分布来看,发生在7:00—20:00时段的交通阻塞次数为772次,占总数的81.4%;发生在20:00—7:00时段的交通阻塞次数为176次,占总数的18.6%。从交通阻塞长度和阻塞时间(见图2、图3)来看,最大阻塞长度达到17 km,其中阻塞长度在2 km以上的次数达到545次,占总次数的57.5%;最长阻塞时间达到980 min,其中阻塞时间在60 min以上的次数达688次,占总次数的72.6%。

阻塞数据分析结果表明:北环高速公路的阻塞现象非常严重,且经常发生在7:00—20:00时段内,多发生在K0—K10路段,交通阻塞现象也印证了北环高速公路交通密度大、服务水平降低的分析结果。

图2 北环高速公路交通阻塞长度分布

图3 北环高速公路交通阻塞时间分布

8 结论

该文分析了广州北环高速公路的运行特点,用交通流最基本的3个参数即流量、密度、速度等描述其交通运行状况,通过对三参数及交通阻塞情况的研究,得出以下结论:

(1)交通流分析结论与北环高速公路实际运行情况基本一致,在局部路段的特定时间内交通量大、交通密度大、运行速度较低,容易导致交通拥堵。

(2)高速公路大流量路段车流密度大,车辆之间的相互干扰大,车辆驾驶者没有自由选择速度的条件。中大型货车的比例较大,而大型货车的运行速度一般偏低,严重影响了小型客车的自由运行。

(3)尽管北环高速公路的交通量已很大,但除极个别路段确实已超出设计通行能力外,大部分路段还没有超过实际通行能力,应采取限制货车干扰、不同车型速度管理等措施改善目前的运行状况。

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收稿日期:2015-10-06

中图分类号:U491.2

文献标志码:A

文章编号:1671-2668(2016)02-0031-04