摩托車與汽車混合交通流的比較研究

摩托車與汽車混合交通流的比較研究

0信號交叉口的交通流模型建立改革開放以來，中國的主要城市在經(jīng)濟發(fā)展和城市基礎設施建設方面取得了很大進展。在經(jīng)濟與城市快速發(fā)展的同時,城市規(guī)模不斷擴大,城市人口迅速增長,對城市交通的需求日益增加。兩輪摩托車的擁有量從上個世紀90年代初開始迅速增長,特別是一些中小城市,兩輪摩托車已經(jīng)成為城市居民主要的出行方式之一。研究交叉口交通流特性是城市道路交通問題的重要課題,也是解決交叉口交通瓶頸的基礎。汽車在城市道路上行駛,由于有道路標線規(guī)范其行駛行為,導致車輛運動狀態(tài)呈線性的跟車方式。而在平面交叉口處由于車流的分流、交叉和合流使交通行為較為復雜,形成路網(wǎng)的瓶頸,研究交叉口的通行能力引起了人們的關注。以往研究處理交叉口摩托車與汽車混合交通流問題時,一般是將摩托車轉(zhuǎn)換為標準小汽車當量(PCU),按照小汽車的特性進行分析和研究。然而摩托車車流與汽車車流在道路上行駛的行為與特征上存在的差異較大。摩托車體積較小,運動靈活,行駛特性與汽車并不相同。因此摩托車的整體車流行駛狀態(tài)與汽車必然不會完全相同。而摩托車與汽車混合交通流則更為復雜。所以在探討摩托車與汽車混合交通流問題時應將摩托車單獨分離,重新分析其特征,才能使摩托車運行特征和車流特征得以真實反映。建立符合實際的交通流模型,進而解決汽車與摩托車混合交通流問題,對解決我國中小城市的高比例摩托車混合交通問題,提高信號交叉口的安全性和通行能力有重要的意義。本次研究是通過在信號交叉口進行實際調(diào)查,將摩托車與汽車的相關數(shù)據(jù)分開進行分析,得到了較為符合實際的在信號交叉口的交通流運行特征。為信號交叉口通行能力的分析、交通管理和幾何設計等進一步研究提供了分析基礎。1交通流特征調(diào)查為了研究摩托車、汽車混合車流在信號交叉口的實際交通形態(tài)特征,本研究選擇了江蘇省揚州市的5個信號交叉口進行交通流特征調(diào)查。調(diào)查時間分別選擇在早高峰和晚高峰時段,采用攝像機拍攝的調(diào)查方法,進行連續(xù)觀測。1.1叉型信號交叉口為了便于觀測不同方向的混合車流的運行特征,調(diào)查觀測的信號交叉口特征如下:(1)路口均為十字交叉型信號交叉口;(2)為了研究直行機動車輛的特征,路口均擁有一個以上的直行車道;(3)交叉口均為4相位信號交叉口;(4)路口人行橫道間或有行人穿越紅燈信號,但數(shù)量相當有限,不至于影響停車線后摩托車或汽車啟動穿越路口;(5)交叉口內(nèi)高峰時段是摩托車比例較高的摩托車、汽車混合交通流。1.2離停車線下,所有工況下的制動停車當交叉口為紅燈信號,無汽車停留在車道內(nèi)等待時,摩托車由上游道路行駛進入信號交叉口進口道,平均時速26.4km/h。由于駕駛員看到紅燈信號時,開始減速慢行,經(jīng)調(diào)查分析,其開始減速分布區(qū)域見圖1。90%以上的摩托車在離停車線100m以內(nèi)減速。在汽車流量較少時摩托車一般行駛在車道中央偏右側(cè),其中90%的摩托車出現(xiàn)在右側(cè)車道,由于受進口道的影響,在接近停車線時則開始向中心偏移。當處于高峰時段時,摩托車一般以組團狀車隊形態(tài)行駛到達,其中80%的摩托車出現(xiàn)在最右側(cè)車道。車隊左側(cè)車輛速度較右側(cè)車輛速度快。車隊中車輛行進時為錯車行態(tài)。摩托車在減速后,接近停車線時開始采取制動停車措施。圖2是紅燈時段摩托車在停車線前開始制動時離停車線的距離分布。由圖2可以看出90%摩托車制動在30m以內(nèi)。其中46.8%的摩托車在極慢的速度下才開始制動停車操作,這部分摩托車在已經(jīng)停車等待的汽車邊利用剩余道路空間向前鉆行,并不與汽車一樣在停車線前線性的排隊等待。1.3進口道基本狀態(tài)本次調(diào)查中汽車在進口道的車輛行為與以往對汽車交通流的研究一致,基本呈現(xiàn)隨機狀態(tài)或呈線性跟車狀態(tài)進入進口道。但汽車在左側(cè)車道的車輛分布為60%,在右側(cè)車道的分布為40%,并不很均勻,主要原因是受摩托車占用右側(cè)車道所影響。2信號交叉口停車特征分析2.1增車停車線后堆積根據(jù)調(diào)查的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn),紅燈時段直行摩托車停車在一個直行車道時主要停等在直行車道內(nèi),兩個直行車道時主要停等在右邊的直行車道內(nèi),停車特性詳見圖3。從圖3可知直行摩托車在信號交叉口主要停車等待在靠右側(cè)的直行車道內(nèi),并且有占用部分右轉(zhuǎn)車道的現(xiàn)象。摩托車在停車線后形成堆積車隊現(xiàn)象,堆積數(shù)量跟車道數(shù)及車道寬度有關。堆積厚度與摩托車與汽車的混合比例有關以及汽車到達先后有關,摩托車比例高時堆積厚度就大,平均堆積厚度為4.7m。在堆積車隊后面摩托車以單車縱隊形式分別排列在右側(cè)直行汽車兩旁。大多數(shù)在汽車右側(cè)排隊,另一側(cè)排隊的摩托車則較少。在停車線后堆積的摩托車車隊中,摩托車之間的橫向平均停車間距為1.1m(兩車中心間距),縱向平均停車間距為0.2m(前車尾至后車頭),存在錯車現(xiàn)象。由此可見平均堆積數(shù)量與車道寬度有關。汽車兩側(cè)排隊的摩托車與汽車的橫向平均間距為0.2m,摩托車之間的平均縱向間距(前車尾至后車頭)為0.4m。造成這一現(xiàn)象主要是由于后到的摩托車在紅燈信號期間在排隊汽車之間的空隙之間慢速鉆行,直到無法前行的位置等待綠燈信號。2.2線性排放車道紅燈時段,汽車停車一般停等在摩托車堆積停車車隊之后在各自所屬車道內(nèi)呈線性排隊的狀態(tài)。當擁有兩個直行車道時,右側(cè)車道停車量比左側(cè)車道要少,右側(cè)車道頭車比左側(cè)車道頭車滯后一到兩個車位,其原因是摩托車隊堆積停車造成的。其他特征與以往的信號交叉口汽車停車特征相同,在此不再復述。3交叉口混合動力的性能分析3.1混合動力箱的工作特點3.1.1美國測量車件下飽和流場特征根據(jù)本次調(diào)查觀測結(jié)果(671組有效樣本),摩托車車流在每個綠燈周期時通過停車線的形態(tài)如圖4。由圖中可以看出,摩托車在綠燈信號前4～2s開始啟動,車輛由停車線后的堆積狀態(tài)轉(zhuǎn)化為疏散狀態(tài),疏散率迅速提高。至綠燈始亮4～8s之后,摩托車流開始呈現(xiàn)為較穩(wěn)定的疏散狀態(tài),根據(jù)飽和車流的定義,可以認為在綠燈始亮后0～8s摩托車存在著飽和車流。在綠燈亮后2～4s左右存在一車流小高峰。這與臺灣地區(qū)對摩托車在交叉口的特征調(diào)查有相似之處。綠燈亮后18～22s后摩托車車流開始迅速下降,此時摩托車車流已不是飽和車流,此部分車輛主要是紅燈時停等在汽車兩側(cè)的摩托車,以及后來到達停車線的非等待紅燈的摩托車。由觀測結(jié)果可知3.5m車道的摩托車的疏散率為1.73輛/s,由此可以推算3.5m車道摩托車的飽和車流為6228輛/h。同一車道寬度下轉(zhuǎn)彎車道的飽和流量與直行車道一致。在觀測中還發(fā)現(xiàn)車道數(shù)與摩托車的疏散形態(tài)沒有太大的關系,但車道寬度對摩托車的疏散率有直接的影響。3.1.2電動油路擴散特性分析根據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)車隊啟動后,由于車輛為保持安全間距,及每輛摩托車期望的速度不同,造成啟動車隊中的車輛開始保持不一致的間距,造成車隊并未以穩(wěn)定的高密度通過交叉路口,這就形成了在交叉口處的車隊擴散現(xiàn)象。車輛之間縱向間距與車輛加速性能和啟動時間有關,其運動方程如下ρai=[ahi(t),azi(t)](1)ρvi=[vhi(t),vzi(t)](2)vzi=∫tt0iazi(t)dt(3)Dij=∫tt0i∫tt0iazi(t)d2t-∫tt0j∫tt0jazi(t)d2t(4)vhi=∫tt0iahi(t)dt(5)D′ij=∫tt0i∫tt0iahi(t)d2t-∫tt0j∫tt0jahi(t)d2t(6)s.t.vi(t)≤vim(7)式中,t0i為車輛i的初始啟動時刻;ai為第i車輛的加速度;azi為縱向加速度;ahi為橫向加速度;vi為車輛在t時刻達到的速度;vzi為t時刻縱向速度;vhi為t時刻橫向速度;vim為第i輛車能夠達到的最大速度;Dij為第i輛車與第j輛車之間的縱向間距;D′ij為第i輛車與第j輛車之間的橫向間距。由于停車線后的摩托車呈現(xiàn)堆積的車隊現(xiàn)象,車隊在通過交叉口時又呈現(xiàn)車隊擴散現(xiàn)象,所以僅用車間距無法表達其橫向的空間軌跡。本研究應用每個車隊的平均車輛占用面積來做判定交叉口摩托車車隊擴散的指標Sad=∑i=1NSiN(8)式中,N為車輛數(shù);Sad為車隊平均車輛占用面積;Si為每輛車所占用的面積。在計算車輛面積總和時應將相鄰車輛邊界相互連結(jié),即整個車隊最外圍車輛所連接起來得有效占用道路區(qū)域面積。圖5為信號交叉口車隊擴散現(xiàn)象觀測圖。交叉口的平均車輛占用面積不僅可以表達車隊空間特征,而且可以分析車輛的運行特征。車隊啟動后,車隊占有面積隨時間增長,啟動4s后,面積增長達到穩(wěn)定。當平均每輛車空間面積越小,車輛之間的間距越小,則加速行為越大,車流越不穩(wěn)定。當車隊平均每輛車面積達到穩(wěn)定增長時,即車隊擴散增長率達到穩(wěn)定,此時后續(xù)通過停車線的摩托車車流處于飽和車流狀態(tài)。3.2增加了啟動時間和到達飽和流量汽車在通過交叉口時以線性跟車行駛方式。圖6為有兩個3.5m寬的直行車道交叉路口汽車通過停車線的流量。左側(cè)車道的汽車流量,明顯比右側(cè)車道要高。右側(cè)車輛啟動時間和到達飽和流量時間均滯后于左側(cè)車道4～6s。這主要是由于右側(cè)車道摩托車堆積車隊造成的啟動時間滯后,形成飽和車流的時間也相應滯后。左側(cè)車道的飽和流量為1150輛/h,右側(cè)車道為1029輛/h。這主要是由于右側(cè)車輛的外側(cè)還有摩托車在并行,因而使受影響的汽車車隊的穩(wěn)定速率較低,其飽和流量下降10%左右。4綠色金融產(chǎn)品在低碳經(jīng)濟條件下,高比例化合物通過停車線設置了束線,在整體(1)信號交叉口90%的摩托車至距離停車線100m以內(nèi)開始減速,30m以內(nèi)開始制動。(2)摩托車在紅燈時段呈堆積型態(tài)車隊在停車線后等待信號,平均堆積厚度在4.7m以內(nèi),其后到達摩托車呈線性狀態(tài)排列在右側(cè)車道的汽車兩側(cè)。紅燈時段汽車在摩托車堆積型態(tài)車隊后呈線性排隊方式等待綠燈信號。(3)在綠燈信號后前段摩托車車流呈飽和狀態(tài)通過停車線,飽和車流為6228輛/h。后續(xù)混合車流中汽車以飽和狀態(tài)通過,摩托車則呈現(xiàn)非飽和狀態(tài)。摩托車提前綠燈信號啟動明顯,并且在綠燈初期存在著摩托車車流的一個小高峰。右側(cè)車道汽車受摩托車影響較大,較左側(cè)車道汽車流量明顯較低。(4)摩托車堆積車隊后方車道汽車啟動明顯滯后,與摩托車堆積厚度有關,一般汽