高速公路收費(fèi)仿真研究

高速公路收費(fèi)仿真研究

0u2009結(jié)語(yǔ)隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，傳統(tǒng)的人工收費(fèi)方式難以滿足交通需求的增加。電子非停車收費(fèi)率系統(tǒng)（等）可以有效解決這個(gè)問(wèn)題。傳統(tǒng)的收費(fèi)站經(jīng)過(guò)合理的ETC改建后,收費(fèi)站通行能力可得到顯著提高。近年來(lái)國(guó)外ETC發(fā)展迅速,美國(guó)、日本和歐洲都大力推行ETC,ETC在技術(shù)和管理方面都已臻成熟。我國(guó)的道路交通狀況與國(guó)外有很大差別,在進(jìn)行ETC收費(fèi)站的建設(shè)、改造時(shí)不能照搬國(guó)外的模式,必須研究適合我國(guó)實(shí)際情況的ETC車道布局和車道設(shè)置。文獻(xiàn)研究了ETC收費(fèi)車輛加、減速狀況對(duì)收費(fèi)站延誤的影響。文獻(xiàn)在定性分析了ETC系統(tǒng)在交通性能、交通安全、能源與環(huán)境及收費(fèi)營(yíng)運(yùn)等方面產(chǎn)生影響的基礎(chǔ)上,對(duì)如何度量有關(guān)ETC系統(tǒng)在這幾方面產(chǎn)生的效益進(jìn)行了研究。文獻(xiàn)應(yīng)用M/G/K模型,計(jì)算得到適合我國(guó)國(guó)情的在不同服務(wù)水平下的收費(fèi)站最大服務(wù)交通量。文獻(xiàn)研究了基于PHS的ETC聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)系統(tǒng)模式。ETC車道數(shù)與收費(fèi)站服務(wù)水平的關(guān)系研究,未見(jiàn)相關(guān)文獻(xiàn)介紹。1構(gòu)建高速公路etc收費(fèi)仿真模型高速公路不停車收費(fèi)(ETC)仿真,就是利用一定的模型讓計(jì)算機(jī)自動(dòng)產(chǎn)生符合ETC收費(fèi)交通流特性的車輛、模擬車輛在高速公路收費(fèi)站運(yùn)行時(shí)的跟馳、換車道、選擇收費(fèi)車道等各種行駛行為,并計(jì)算出反映收費(fèi)站和收費(fèi)車道服務(wù)水平的評(píng)價(jià)指標(biāo)。高速公路ETC收費(fèi)仿真模型是仿真程序設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ),本文以ETC收費(fèi)站交通流特性為基礎(chǔ),建立收費(fèi)站的微觀仿真模型。仿真模型包含以下4個(gè)基本模塊:收費(fèi)站描述模塊、交通需求模塊、車輛行駛模塊、輸出指標(biāo)模塊,仿真模型體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。本文重點(diǎn)討論4個(gè)基本模塊中的車輛行駛模塊。2azadoc的建設(shè)仿真程序使用VisualC++編程語(yǔ)言進(jìn)行設(shè)計(jì),首先使用VisualC++程序框架生成功能,生成了支撐程序的4個(gè)基本類:視圖類CPlazaView、文檔類CPlazaDoc、框架類CMainFrame、程序類plazaApp。隨后,我們又創(chuàng)建了11個(gè)類:車輛類CVehicle、發(fā)車類CVehicleGeneration、車輛運(yùn)行類CPlazaRun、分布類CDistribution、行駛軌跡類CTrack、輸出指標(biāo)類CMoE、仿真運(yùn)行對(duì)話框類CRunDlg、收費(fèi)站幾何參數(shù)對(duì)話框類CGeoDlg、全局參數(shù)對(duì)話框類CGlobaDlg、交通組成參數(shù)對(duì)話框類CTrafficDlg和輸出結(jié)果對(duì)話框類CResultDlg。仿真程序各類之間的數(shù)據(jù)關(guān)系見(jiàn)圖2。3認(rèn)證質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)收費(fèi)站的服務(wù)水平是衡量收費(fèi)站內(nèi)部交通流提供給駕駛員和乘客服務(wù)質(zhì)量的一種標(biāo)準(zhǔn)。收費(fèi)站服務(wù)水平的效率指標(biāo)包括密度、延誤和交通密度和流量容量比。關(guān)于收費(fèi)站服務(wù)水平的評(píng)價(jià)方法目前還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。Woll和Heol(1991)年提出建立在交通密度和流量容量比基礎(chǔ)上的服務(wù)水平評(píng)價(jià)指標(biāo);我國(guó)臺(tái)灣的《高速公路通行手冊(cè)》采用平均排隊(duì)延誤和平均排隊(duì)長(zhǎng)度作為劃分服務(wù)水平的指標(biāo);JackKlodzinski提出采用85%位的累計(jì)平均排隊(duì)延誤來(lái)作為劃分服務(wù)水平的指標(biāo);在文獻(xiàn)、中均提出以車輛通過(guò)收費(fèi)站的平均延誤作為評(píng)價(jià)收費(fèi)站系統(tǒng)在整個(gè)高速公路系統(tǒng)的服務(wù)水平的評(píng)價(jià)指標(biāo)?？紤]到本仿真收費(fèi)站為ETC收費(fèi)站,由于收費(fèi)站設(shè)置有ETC車道,排隊(duì)車隊(duì)很可能只在交通阻塞時(shí)才存在,因此平均排隊(duì)長(zhǎng)度不適合作為評(píng)價(jià)ETC收費(fèi)站服務(wù)水平的評(píng)價(jià)指標(biāo)。本研究選用通過(guò)收費(fèi)站的平均延誤作為評(píng)估收費(fèi)站在整個(gè)高速公路系統(tǒng)的服務(wù)水平評(píng)價(jià)指標(biāo)。(1)通過(guò)收費(fèi)站的平均延誤通過(guò)收費(fèi)站的平均延誤的計(jì)算公式如式(1)所示:D=1n∑i=1n(Ti?2LVi1+Vi2)D=1n∑i=1n(Τi-2LVi1+Vi2),(1)其中:D為通過(guò)收費(fèi)站的平均延誤;n為仿真時(shí)間內(nèi)通過(guò)收費(fèi)站系統(tǒng)的車輛總數(shù);T為第i輛車通過(guò)收費(fèi)站的實(shí)際旅行時(shí)間;L為收費(fèi)站系統(tǒng)的總長(zhǎng)度;Vi1為車輛進(jìn)入收費(fèi)站系統(tǒng)的速度;Vi2為車輛駛出收費(fèi)站系統(tǒng)的速度;ti為第i輛車的排隊(duì)等待時(shí)間。(2)車道的平均排隊(duì)延誤各個(gè)車道的平均排隊(duì)延誤的計(jì)算公式如式(2)所示:Wj=1n∑i=1nti,(2)Wj=1n∑i=1nti,(2)其中,Wj為通過(guò)j車道的平均排隊(duì)延誤;j為收費(fèi)車道的車道編號(hào);n為仿真時(shí)間內(nèi)通過(guò)該收費(fèi)車道的車輛數(shù);ti為第i輛車的排隊(duì)等待時(shí)間。4進(jìn)程中的操作4.1加速漸變路段仿真仿真本文選取滬寧高速公路無(wú)錫東收費(fèi)站作為仿真對(duì)象,見(jiàn)圖3。該收費(fèi)站為匝道收費(fèi)站,出口4車道,入口2車道。該收費(fèi)站出口方向的幾何特性如圖3所示,收費(fèi)站的上游路段是指由減速漸變路段的起點(diǎn)向上游延伸150m,下游路段則為加速漸變路段的終點(diǎn)向下游延伸150m,整個(gè)模擬路段長(zhǎng)度為471m。在仿真運(yùn)行前我們要輸入仿真的初始參數(shù),通過(guò)“仿真”菜單下的“仿真參數(shù)”條可以打開(kāi)仿真運(yùn)行參數(shù)對(duì)話框。仿真運(yùn)行參數(shù)對(duì)話框是仿真參數(shù)輸入的主對(duì)話框,可以通過(guò)此對(duì)話框打開(kāi)收費(fèi)站幾何參數(shù)對(duì)話框、全局參數(shù)對(duì)話框和交通組成對(duì)話框等,完成這三個(gè)對(duì)話框參數(shù)的輸入后仍然回到仿真運(yùn)行參數(shù)對(duì)話框,進(jìn)行仿真時(shí)間的設(shè)置后,即完成了仿真所需參數(shù)的輸入。在仿真的輸入?yún)?shù)設(shè)置完成后,我們即可以通過(guò)點(diǎn)擊“仿真”菜單下的“仿真開(kāi)始”條開(kāi)始仿真。仿真過(guò)程以車流的動(dòng)畫形式顯示,在下端的提示條上顯示當(dāng)前仿真的累計(jì)時(shí)間和當(dāng)前仿真的車輛數(shù)。ETSP收費(fèi)站仿真程序的主界面如圖4所示。4.2仿真結(jié)束模擬在仿真時(shí)間到達(dá)預(yù)設(shè)的仿真時(shí)間后,仿真自動(dòng)終止并彈出輸出對(duì)話框,也可以在仿真過(guò)程中通過(guò)點(diǎn)擊“仿真”菜單下的“仿真結(jié)束”條結(jié)束仿真并彈出對(duì)話框。仿真對(duì)話框中輸出本次仿真計(jì)算出的收費(fèi)站的效率指標(biāo),并同時(shí)輸出本次仿真的輸入交通量和仿真時(shí)間。輸出的收費(fèi)站效率指標(biāo)包括各車道的通過(guò)量、平均排隊(duì)延誤、總排隊(duì)延誤、服務(wù)水平及通過(guò)收費(fèi)站的平均延誤和通過(guò)收費(fèi)站的平均速率。4.3方案仿真及總表的編制本文將以通過(guò)收費(fèi)站的平均延誤作為評(píng)估收費(fèi)站在整個(gè)高速公路系統(tǒng)的服務(wù)水平的效率指標(biāo),并且以平均排隊(duì)延誤作為評(píng)估各種車道服務(wù)水平的效率指標(biāo)。因此,每一仿真方案(見(jiàn)表1)將對(duì)應(yīng)5個(gè)交通量級(jí)數(shù)進(jìn)行模擬,并按程序仿真結(jié)果取得各車道的通過(guò)量、平均排隊(duì)延誤、總排隊(duì)延誤、服務(wù)水平及通過(guò)收費(fèi)站的平均延誤和通過(guò)收費(fèi)站的平均速率。在各個(gè)仿真方案的仿真記錄表的數(shù)據(jù)錄入完成后,取各個(gè)仿真記錄表中的通過(guò)收費(fèi)站的平均延誤值整理作為方案統(tǒng)計(jì)總表,用于分析收費(fèi)站的整體服務(wù)水平。仿真出每一流量級(jí)數(shù)下車輛通過(guò)收費(fèi)站的平均延誤、通過(guò)收費(fèi)站的平均速率、各車道的通過(guò)量、平均排隊(duì)延誤、總排隊(duì)延誤。在各個(gè)仿真方案的仿真記錄表的數(shù)據(jù)錄入完成后,取各個(gè)仿真記錄表中的通過(guò)收費(fèi)站的平均延誤值整理作為仿真統(tǒng)計(jì)總表(見(jiàn)表2),用于分析收費(fèi)站的整體服務(wù)水平。5傳統(tǒng)etc收費(fèi)情況下收費(fèi)站的平均延遲為使得仿真方案的結(jié)果能夠清晰明了的顯示出來(lái)并能與未實(shí)施ETC的情況進(jìn)行比較分析,我們依據(jù)仿真結(jié)果繪制了散點(diǎn)圖并進(jìn)行了曲線回歸,以利于進(jìn)行深入的分析和評(píng)價(jià)。分析不同的ETC使用率在不同的交通量下,配置不同的ETC車道類型和數(shù)量所產(chǎn)生的收費(fèi)站整體服務(wù)水平變化關(guān)系。圖5～圖7分別為設(shè)置ETC專用車道的情況下,ETC使用率為30%、60%、和90%的收費(fèi)站的平均延誤圖。每張圖均以5級(jí)交通量為橫軸,收費(fèi)站平均延誤為縱軸,按ETC車道數(shù)量繪制曲線。圖中的粗虛線為未實(shí)施ETC收費(fèi)情況下的收費(fèi)站平均延誤。由圖5可以看出,當(dāng)ETC使用率在30%時(shí),配置1條或2條ETC專用車道的收費(fèi)站整體服務(wù)水平高于現(xiàn)狀,其中交通量低于100vph時(shí),配置1條ETC專用車道較配置2條ETC專用車道為佳,當(dāng)交通量高于1100vph時(shí),配置2條ETC專用車道較配置1條ETC專用車道為佳;配置3條ETC專用車道在交通量較小的情況下收費(fèi)站整體服務(wù)水平不如現(xiàn)狀。由圖6可以看出,當(dāng)ETC使用率在60%時(shí),配置1條、2條或3條的ETC專用車道的收費(fèi)站整體服務(wù)水平均高于現(xiàn)狀,其中當(dāng)交通量低于1400vph時(shí),配置1條ETC專用車道較配置2條和3條ETC專用車道為佳,當(dāng)交通量高于1400vph時(shí),配置2條ETC專用車道較配置1條和3條ETC專用車道為佳。由圖7可以看出,當(dāng)ETC使用率在90%時(shí),配置1條、2條或3條的ETC專用車道的收費(fèi)站整體服務(wù)水平均高于現(xiàn)狀,且在任何的交通量下,配置3條ETC專用車道為最佳。5建議方案本文研究了ETC車道數(shù)對(duì)收費(fèi)站服務(wù)水平的影響,編寫了高速公路ETC收費(fèi)站的計(jì)算機(jī)仿真程序ETSP。利用ETSP程序,分析了在不同的交通量與不同的ETC使用率下,最適當(dāng)?shù)腅TC車道配置數(shù)量,為ETC的實(shí)施提供依據(jù)。本文對(duì)滬寧高速公路的無(wú)錫東收費(fèi)站提出具體的ETC車道