高速公路施工區(qū)動態(tài)限速探究

1、PAGE PAGE 5高速公路施工區(qū)動態(tài)限速探究由于高速公路施工區(qū)或事故區(qū)上游廣泛存在合流沖突，且與距離施工區(qū)距離有關(guān)，因此可將施工區(qū)上游固定限速方案改為動態(tài)可變限速控制，并基于車流波理論確定檢測器與限速標(biāo)志之間合理間距。通過VISSIM仿真軟件模擬不同限速方案下施工區(qū)上游交通運行狀況，并選擇合適的評價參數(shù)。近年來，由于高速公路交通量持續(xù)增長，社會經(jīng)濟、商業(yè)物流發(fā)展造成重型車比例也有所增加，對于高速公路而言交通壓力過大容易導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)損毀、坍塌，對高速公路高效養(yǎng)護的需求日益凸顯，且由于交通密度的增加，大型車與私家車混行，車輛特性不同導(dǎo)致運行沖突更易發(fā)生，且事故發(fā)生量增加，后果更為嚴(yán)重。對此，前

2、人已有部分研究，Lee等人1研究發(fā)現(xiàn)采用可變限速方案可將交通事故風(fēng)險降低5%17%左右，且通過交通仿真模擬發(fā)現(xiàn)可明顯提高施工區(qū)通行能力；Hellingan等2研究認(rèn)為若駕駛員可以遵守該動態(tài)限速方案，則交通事故率可顯著降低；李志斌等3通過應(yīng)用交通仿真模擬軟件驗證了可變限速方案可以降低瓶頸路段追尾事故發(fā)生率，并有效提高高速公路通過能力；范海龍等4建立了運輸效率模型，并應(yīng)用VISSIM仿真軟件驗證了可變限速可以通過降低車輛行駛速度離散型來保證交通安全。因此本文根據(jù)計算確定檢測器及限速標(biāo)志設(shè)置位置，通過該種動態(tài)限速控制方案減少高速公路上車輛的延誤時長及排隊長度，以此提高施工區(qū)交通運行安全性。1施工區(qū)動

3、態(tài)限速控制方案高速公路施工區(qū)是管理養(yǎng)護部門進行維修、整理、改造的工作場所，但同時也是道路設(shè)施中的一個重要部分，在滿足養(yǎng)護施工安全的同時，又要保證基本的道路通過需要，保證交通流連續(xù)、安全、不中斷，因此對于施工區(qū)采用合理的交通組織設(shè)計和限速方案就顯得尤為重要。動態(tài)限速控制方案是指依據(jù)不同交通流特性密度、速度、交通量等，以及到施工區(qū)距離來設(shè)置不同的限速方案，以此延長施工區(qū)上游車輛完成變道行為的長度，降低臨近施工區(qū)車輛排隊長度，減少追尾事故的發(fā)生。同時，在距離施工區(qū)較遠處設(shè)置較低的限制車速可提早使駕駛員認(rèn)識到前方道路環(huán)境的變化，為需要進行變道行為的車輛提供更多的可穿越間隙，及早做出判斷。具體公路施工區(qū)

4、動態(tài)限速方案如圖1所示。擬所用路網(wǎng)圖，假設(shè)分析路段為單向兩車道的高速路段，施工區(qū)占用其中一條行車道，車輛需在施工區(qū)上游進行換道，形成一種類似“窄橋”的交通流通過施工區(qū)。施工區(qū)造成的瓶頸影響路段分為警告區(qū)、上游過渡區(qū)、緩沖區(qū)、施工區(qū)、下游過渡區(qū)和終止區(qū)。具體限速標(biāo)志及檢測器將在下文計算得出。2限速標(biāo)志及檢測器位置2.1動態(tài)限速標(biāo)志設(shè)置位置按照圖1所示，所標(biāo)注功能區(qū)長度按照公路養(yǎng)護安全作業(yè)規(guī)程（JTGH30-2004），80120km/h為施工區(qū)上游車輛限速的適合區(qū)間，警告區(qū)對應(yīng)的對小長度為1.6km。由于交通仿真中路段起始段輸入的交通流量大于施工區(qū)剩余通行能力，因此將警告區(qū)延長至2km。前方施工

5、的警告標(biāo)志設(shè)置于警告區(qū)起始位置，限速標(biāo)志設(shè)置于警告區(qū)上游1/4處位置，即應(yīng)將解除解除限速的標(biāo)志設(shè)置于施工區(qū)速度控制終止區(qū)內(nèi)。2.2檢測器布設(shè)位置本文中方案均采用暑期微波型車輛檢測器，其主要優(yōu)點有：受惡劣天氣影響較小，可保證全天工作時長，能檢測靜止車輛，且安裝固定較為簡單方便。為了確定出的檢測器設(shè)置位置更滿足實際交通流通行要求，本文采用VISSIM模擬仿真的方式，并基于車流波理論選取合理的檢測器布設(shè)位置。2.2.1施工區(qū)過渡段VISSIM仿真實驗本文采用的過渡段模擬仿真實驗，設(shè)置初始輸入車流量為2200輛/h，車輛組成為95%小汽車、5%大型車，限速標(biāo)志設(shè)置為上游過渡區(qū)前1500m位置處，由于V

6、ISSIM后臺運行規(guī)則，當(dāng)需要變道超車或合流行為發(fā)生時頭車需要等待可穿越間隙，但實際交通中穿越車輛有可能主動變道以創(chuàng)造可穿越間隙，因此這里調(diào)整沖突區(qū)域集中FrontGap、RearGap、SafetyDist等數(shù)值來規(guī)范車輛行為，調(diào)整參數(shù)值FrontGap：0.01s，SafetyDist：0.02s。通過仿真可得到施工區(qū)上游過渡段速度值及施工區(qū)通行能力，如表1所示。2.2.2車流波理論分析車流波動理論，即流體動力學(xué)模擬理論，將交通流比作流體，依據(jù)水動力學(xué)基本原理模擬車輛形成交通流運行時的方程理論。高速公路施工區(qū)上游過渡區(qū)車道數(shù)量從兩車道變?yōu)閱诬嚨?，形成高速公路瓶頸路段，就會產(chǎn)生擁擠、紊亂甚至

7、堵塞等情況，交通流會在進入瓶頸路段前產(chǎn)生一個反向的聚集波。若Vw得值為負，說明車流波傳遞方向與原車流行駛方向相反，此時表示在瓶頸過渡段及其上游，車輛被迫排隊減速，進而產(chǎn)生擁堵，根據(jù)上表所得施工區(qū)上游過渡段速度及通行能力值，根據(jù)車流波理論式（1）計算，可得不同限速值條件下車流波波速。假設(shè)高峰小時之后沒有車流量駛?cè)?，則可計算出排隊車輛消散的時間以及消除100米排隊車輛多需要的平均時間，結(jié)果如表2所示。2.2.3檢測器位置確定在確定檢測器位置時還需要運用控制算法等方法進行分析確定，在實際應(yīng)用中，保證車輛在行駛到檢測器附近時，系統(tǒng)提供的動態(tài)限速即將控制速度從60km/h變?yōu)?0km/h，提供不同的速度

8、區(qū)域限制，對于運行車輛而言限制速度為動態(tài)可變的，公式（3）可表示行駛車輛在距離過渡區(qū)xkm時由于系統(tǒng)提供的不同限制速度，車輛到達施工區(qū)的時間不同，公式如下由于車輛排隊已經(jīng)到達檢測器所在位置，因此可以得出檢測器放置在不同地點時車輛到達的延誤時間和聚集波形成的排隊消散所需要的時間，如表3中所示。為了保證車輛在到達設(shè)定檢測器地點時前面等待車輛大多數(shù)行駛經(jīng)過過渡區(qū)，理論上車輛的延長時間應(yīng)該盡量與消散時間相同或接近，但由于車輛在行駛到檢測器地點時大多數(shù)駕駛員已經(jīng)無法看到限速標(biāo)志，因此應(yīng)規(guī)定延長時間多于消散時間，如表3所示，可于距離上游過渡區(qū)150米處安設(shè)檢測器進行檢測。3結(jié)論針對高速公路施工區(qū)特有的交通特性及交通問題，本文提出了用動態(tài)限速方案代替固定限速方案，根據(jù)規(guī)范要求布置各功能區(qū)長度以及限速標(biāo)志位置，