高速公路交通事故對通行能力影響的仿真研究

引言

近年來，我國高速公路推動了國民經濟的發(fā)展，帶來了 巨大的經濟和社會效益。道路的通行能力是衡量高速公路運 輸能力的重要指標，通常情況下受特定的道路條件、交通條件、 管制條件及度量標準的影響，但一些隨機事件也會對通行能力 造成一定的影響，其中道路上的交通事故就會因其獨有的特點 而降低道路通行能力，因此研究交通事故對通行能力的影響 將幫助我們提高事故發(fā)生區(qū)交通效率和安全。由于高速公路 車流量大、交通狀況復雜，采用仿真技術能夠細致地仿真高 速公路交通流及其變化狀況，且經濟便利、重復性強。本文將 使用TransModeler仿真軟件研究交通事故對通行能力的影響。

1仿真軟件及仿真思路

TransModeler由美國Caliper公司發(fā)布，是基于MIT的 楊齊博士等開發(fā)的MITSim系統(tǒng)而完善的混合仿真系統(tǒng)，它 將微觀、中觀和宏觀交通仿真模型與交通分配模型融為一體, 便于對大范圍的交通狀況進行仿真模擬。其中微觀仿真更多 地考慮參加交通運輸活動個體的具體狀況，與實際的交通運 輸狀況更為貼近。

在高速公路交通事故情況下影響通行能力的因素較多, 如封閉車道數(shù)、封閉車道長度、行車道寬度、事故路段限速、 事故路段作業(yè)活動和交通事故延遲時間，所以本文只研究事 故路段限速、封閉車道長度和交通事故延遲時間三個因素對 通行能力的影響趨勢及影響程度。在研究路段區(qū)域末端、事 故路段區(qū)和事故路段前設置檢測器，保證每次仿真輸入車輛 數(shù)相同，任意改變其中一個因素，觀察各個檢測點檢測到的 車流量、車速的變化，將路段末檢測到的車流量作為此時交通情況下該路段的通行能力。

2交通事故對通行能力的影響

建立一條長2 km的雙向4車道高速公路，自由流為 120 km/h，限速為80 km/h，仿真路段設置檢測器，選擇輸 出車速、車流量。在道路狀況良好的情況下，以OD輸入量作 為因變量，逐步增大輸入，直到末端檢測到的車流量不再增 加，車頭時距達到最低，認為此時的車流量是最大通行能力, 為2 349輛標準小汽車，輸入量為5 000標準小汽車，并以此 輸入量作為事故發(fā)生時的仿真輸入。

2.1事故延遲時間對通行能力的影響

本文對事故延遲時間對通行能力的影響進行了仿真：仿 真時間段為8 : 00?9 : 00，1個小時，事故發(fā)生在8 : 10, 發(fā)生路段為外側車道，該車道封閉1 km，無車通過，內側車 道暢通，逐步增大交通事故延遲時間。

2.1.1事故延遲時間對車流量的影響

圖1所示是事故延遲時間對車流量的影響。從圖1可以 看出，事故發(fā)生在外側車道時，該車道的通行能力受到了事故 的影響，1小時通過檢測點的車流量隨著事故延遲時間的增加 而下降，下降的規(guī)律幾乎呈線性關系。從圖中還可以看出，外 側車道的交通事故對內側車道的通行能力也產生了影響，只是 影響程度小于外側車道，內側車道的車流量也隨著交通事故延 遲時間的增大而下降，且?guī)缀醭示€性下降。產生這種現(xiàn)象的 原因是外側車道封閉時間越長，一小時內該車道開放通行的時 間越少，車流量也就越少。另外原先行駛在外側車道的車輛 換道到內側車道行駛，事故延遲時間越長，就會有更多的車 輛變道，從而導致內側車道的車流量增多，內側車道的車輛 降低車速保證以安全的車頭時距行駛，最終通過內側車道的 車流量減少。

2.1.2事故延遲時間對車速的影響

圖2給出了事故對車速的影響情況。從圖2可以看出, 外側車道發(fā)生事故時，內側車道在事故路段區(qū)的平均車速和事 故路段前的平均車速受到外側車道事故的影響，會有明顯的下 降，并且車輛平均速度隨事故延遲時間的增加而降低。這是 由于外側車道的車輛到達事故路段時，該車道無法通行，駕駛 員要進行變車道行為，兩個車道的車輛匯集到一個車道，匯流 處的車輛數(shù)增加，駕駛員為了行駛安全而降低了車速。內側車 道在事故路段區(qū)域的車速也隨著在該車道行駛的車輛數(shù)增加 而降低。從圖2中還可以看出，事故路段前車速下降程度比事 故路段區(qū)車速下降程度大，這是由于變換車道時，此處的車 流量突然大量增加，換車道的駕駛員為保證安全，降低行駛 速度，緩慢地匯入到內側車道的車流中。而內側車道的駕駛員 也會降低車速，讓外側車道的車輛匯入到內側車流中，嚴重 時還會出現(xiàn)車輛走走停停的現(xiàn)象。一旦進入到內側車道的車 流中，駕駛員開始提速，車流散開，不再集中在某一點，從而 使事故路段區(qū)域車速下降程度比事故路段前車速下降程度小。

2.2 車道限速對通行能力的影響

本文還對車道限速對車流量的影響進行了仿真。仿真時間為 8 ：00 ～ 9 ：00，1 個小時，事故發(fā)生在 8 ：10，事故總時間 20 分鐘，發(fā)生路段為外側車道，該車道 1 km 的范圍內限速行駛，內側車道暢通。

圖 3 所示是車道限速對車流量的影響。從圖 4 中可以看出，事故路段車道限速對通行能力有一定的影響，限速越低，通過該車道檢測點的車流量越少，通行能力越小，限速與車流量呈曲線關系。從圖中還可以看出限速越低，車流量下降率越大。這是因為限速較小時，車輛緩慢行駛，一小時內通過檢測點的車流量減少。

2.3 車道封閉長度對通行能力的影響

研究車道封閉長度對通行能力的影響的仿真時間為 8 ：00 ～ 9：00，1 個小時，事故發(fā)生在 8：10，事故總時間 30 分鐘，發(fā)生路段為外側車道，封閉該車道，內側車道暢通。

圖4 給出了車道封閉長度對通行能力的影響情況。由圖 4可知，隨著車道封閉長度的增加，車流量逐步減少，下降曲線比較平緩。封閉區(qū)域長，意味著能夠使用的車道路段少，所封閉的車道在一小時內通過的車流量會明顯下降。

2.4通行能力影響因素對比

表1所列是通行能力影響因素的對比情況。從表1可以看出，交通事故延遲時間對通行能力的影響最大，交通事故路段封鎖長度對通行能力的影響最小，交通事故路段限速對通行能力的影響居中。表明通行能力最容易受事故延遲時間的影響，所以交通事故一旦發(fā)生，應該盡快疏通道路，減少事故延遲時間，避免由于通行能力的大量下降，而導致的高速公路的運輸效率的降低。

3 結 語

交通事故對高速公路通行能力有很大的影響，交通事故的各個因素也在不同程度的影響著通行能力，但在實際中針對某一具體因素展開研究是比較困難的，所以采用了TransModeler微觀仿真軟件對交通事故的路段封鎖長度、事故延遲時間和車道限速三個因素進行了仿真分析，得出了它們對道路通行能力的影響趨勢和影響程度的大小排序。交通事故不僅影響事故車道的通行能力，還會影響相鄰車道的通行能力，其中交通事故延遲時間對通行能力的影響較大。所以一旦高速公路發(fā)生交通事故，應該及時處理，疏散道路，減少事故延遲時間，降低因事故引起的損失，避免通行能力的大幅度下降。研究交通事故對通行能力的影響將有助于我們提高高速公路的運營效率和安全。

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