淺談如何提高高速公路收費能力及服務質量

0etc收費的+傳統收費道路收據是道路交通事故的瓶頸。該站的運輸能力直接影響該路段的運輸能力，并通常限制著整個公路車道的交通狀況。因此研究收費站的通行能力是解決道路通暢的保證,是規劃建設收費站的依是進行收費站設計和經濟評價的基礎,也是研究各種收費系統的依據。傳統的人工收費方式使得車輛在經過收費站的時候必須停車交費在路段上產生了瓶頸,使得路段的通行能力降低并產生車輛經過收費站的延誤。目前采用ETC(ElectricTollCollection)收費系統不僅大大降低了車輛的延誤,同時也提高了收費站的通行能力減少車輛在排隊等候中的尾氣排放從而改善了環境。如果在全部收費車道實行ETC收費,收費站的通行能力就與路段的通行能力相當駕駛員幾乎感覺不到延誤,但是鑒于我國的經濟水平還難以實現全車道ETC收費。因此在一個收費站內將某些收費車道的傳統收費方式改變為現在的ETC收費方式才是最有效的方法。ETC使用率指配備ETC電子設備的車輛占總車輛的百分比。本文主要研究ETC車道數量對收費站服務水平的影響,對不同ETC使用率情況下的收費站平均延誤進行計算,得出ETC使用率對收費站整體服務水平的影響分析,為高速公路ETC車道布設提供參考依據。1交通流的特征模型高速公路收費站通行能力研究的基礎與前提是利用數學方法來描述交通流的具體特征,在研究上最早采用的是概率論,其后出現了跟馳理論、流體力學理論和車隊排隊理論。在高速公路收費站通行能力研究中,主要采用概率論和車隊排隊理論。1.1車輛到達規律根據交通流理論,交通量較小的路段上車輛的到達分布符合泊松分布(Poisson),即一定時間間隔內到達收費站的車輛分布符合泊松流。公路路段上的交通量一般較城市道路路段交通量小,可以用泊松分布描述車輛的到達。Δt時間間隔內到達收費站的車輛數為n的概率為:Ρ(n)=(λΔt)ne-λΔtn!(1)P(n)=(λΔt)ne?λΔtn!(1)式中:λ為車輛的單位時間平均到達率,輛/h。通過現場觀測,可以發現車輛到達收費站(某時段)符合以下條件:①車輛到達是隨機的;②在任意小的時間段內車輛到達率與時間的長度成正比;③任意小的時間段中車輛到達的概率不受以前到達的影響。當車輛到達比較擁擠,自由行駛機會不多時,采用二項分布來描述車輛到達規律。Pk=Cnknkλtnλtnk1-λtn(k=0,1,2…,n)(2)式中:Pk為在計數間隔t內到達k輛車的概率;λ為平均車輛到達率(輛/s);t為每個計數間隔持續時間;n為正整數。1.2測試結果的統計結果據有關文獻分析,公路收費口車輛服務時間的分布假設服從負指數分布,但該假設應考慮:從收費員的角度研究服務時間;對車型未加考慮;認為收費員對服務時間的影響大于車型對服務時間的影響。這種假設雖有一定道理,但其局限性亦很明顯,這是由于:①從現場調查數據的統計結果可以發現服務時間的分布并不完全服從負指數分布。圖1為某收費站一條收費車道小汽車服務時間分布統計圖。(2)車型之間的差異對服務時間的影響在公式中未能體現,表1為某收費站一條收費道各種車型服務時間的調查統計結果,此處將服務時間相近的車型歸為一類,簡單分為三種車型。從表中可以看出不同車型的服務時間之間存在較大差異。1.3對于不同品種、不同來源、交通流量;改根據離開時間定義,不同車型的離開時間明顯存在差異,鑒于交通流中特大型車比例很小,調查中得到的樣本數據太少,不能說明一般情況,因此表2僅列出了小型車和大中型車兩種車型的離開時間均值和方差。2車輛滯留時間車輛通過收費站的延誤時間是進行收費站車輛折算系數研究和評價收費站服務水平研究的重要依據之一。當車輛通過收費站時,其延誤主要包括以下幾個部分。①車輛進入收費站的減速時間:t1=v03.6a1(3)②車輛在收費站的平均逗留時間:W=E[S]+Wq(4)③車輛駛離收費站的加速時間:t2=v03.6a1(5)以上式中:v0為正常車流車速,km/h;a1為車輛的減速度,m/s2;a2為車輛的加速度,m/s2;Wq為平均排隊時間,s;E[S]為服務時間期望值,s。平均延誤時間主要通過調查車輛通過收費站上下游兩個觀測斷面的時間差獲取,在實際應用中,式(3)、式(5)的計算時間在不同交通量條件下一般無大的差異.但不同交通量會導致平均逗留時間明顯不同,式(4)是延誤計算的重點。3計算加油站運營能力的成本3.1車輛成本核算系數標準的車輛管理收費站的通行能力分析需要度量不同車型對收費通道通行能力的影響程度,通常以車輛折算度量其影響程度.根據調查得知,主線收費站的交通組成與路段一致,小型車在交通流中的比例遠高于其他車輛(約70%)。因此,收費站的車輛折算系數標準車型選用小型車。從前面的研究可知,不同車型對收費站通行能力的影響程度主要表現為離開時間(因為不再區分不同車型的服務時間分布差異性)的不同.因此,在收費站通行能力研究中,車輛折算系數的計算標準為收費時間,根據收費時間的不同,計算得到適合某收費站通行能力分析的車輛折算系數,如表3所示,其中特大型車的折算系數為外推計算而得。3.2單通道的基本通不能收費車道的基本通行能力收費車道的基本通行能力是指道路與交通處于理想情況下,每一條收費車道在單位時間內能夠通過的最大交通量。按下面公式計算Cb=3600Τs+Τg(6)式中,Cb為收費車道的基本通行能力;Ts為標準車服務時間;Tg為標準車離開時間。收費站的理想道路條件是指收費車道寬度不小于3m,收費島的寬度不小于2.2m,收費島的長度不小于30m,收費廣場具有開闊的視野,良好的平面線形和路面情況。理想的交通條件是指車輛組成為單一的標準車,即小型車,車輛之間保持適當的最小車頭時距,且無任何方向的干擾.實際觀測的收費車道一般均能滿足理想的道路條件。利用小型車的服務時間和離開時間可以計算出不同類型收費站收費車道的基本通行能力。由公式可知:收費車道的基本通行能力與收費時間成反比。車輛正常通過收費站的時間如果通過收費站的車輛全部為ETC車輛,那么車輛通過收費站時就沒有停留,既沒有服務時間,那么此時所用的時間即為車輛正常通過收費站的時間t,此時收費站的通行能力為:C=3600t(7)u3000tg車輛比例在實際情況中,并不是所有的情況都是理想情況,即全部為普通車輛和全部為ETC車輛。往往是2種車輛以一定的比例存在。那么,根據上面的公式可得:假設ETC車輛所占的比例為w,那么普通車輛為(1-w)。由此可得一般情況下收費站的通行能力為:Cc=C*w+Cb*(1-w)(8)3.3基于m/g/k模型的收費通道車輛分配算法從以上分析可知:在具有多通道情況下,選擇M/G/K排隊模型可較好地描述收費站的實際運行狀態,下面是M/G/K模型的統計參數計算公式。平均排隊時間:wq=D[S+G]+[E[S+G]]22E[S+G]+[Κ-λE[S+G]]·1+k-1∑i=0(Κ-1)![Κ-λE[S+G]]i![λE[S+G]]Κ-1](9)平均逗留時間:W=E[S+G]+Wq平均排隊長度:Lq=λD[S+G]+λ[E[S+G]]22E[S+G]+[Κ-λE[S+G]]·1+Κ-1∑i=0(Κ-1)![Κ-λE[S+G]]i![λE[S+G]]Κ-1](10)由于服務時間和離開時間均服從正態分布,因此下面公式成立:E[S+G]=E[S]+E[G]D[S+G]=D[S]+D[G]式中:λ為平均來車強度;K為收費車道數;E[S]為服務時間期望值;E[G]為離開時間期望值;D[S]為服務時間的方差;D[G]為離開時間的方差;根據M/G/K排隊論模型,利用收費站服務時間和離開時間的期望和方差,可以計算出各種收費站在不同收費車道數以及不同排隊程度下可以處理的最大車輛數。表4是根據某高等級公路某收費站的調查結果所得的計算值。從表4和的結果可以看出,隨著收費通道數的成倍增加,可以服務的車輛數并不呈相同比例地增加,而是要稍微偏大一些,這是由于車輛到達后在有多個通道時,車輛的分配不是簡單地按通道數平均分配,因此用M/G/K模型更能表現收費通道車輛分配的實際情況。同時研究表明,在不同類型的收費站中,在相同的收費車道數下,排隊車輛數不同導致收費站能處理的車輛數也不同,隨著排隊車輛數的增加,收費站能夠處理的車輛數也在不斷增加。平均排隊車輛數從1輛增加到4輛時,收費站的通行能力增加幅度較大;從4輛到6輛時,收費站的通行能力增加幅度趨緩;從6輛到8輛時,收費站的通行能力增加幅度進一步減緩。4不同形貌收費站的服務質量差異收費站的服務水平是描述收費站內部交通流的運行條件對司機與乘客感受的一種質量標準。一般評價收費站服務水平的標準有:收費時間的長短、車輛在收費站延誤時間的長短、排隊長度的長短。研究表明:收費時間的長短受收費制式、收費設備以及收費人員素質等的影響較大。車輛在收費站的延誤時間的長短雖然可以較好地評價收費站的交通條件質量,但易造成在相同的延誤下,不同類型收費站的服務水平不一致且延誤數據不易獲得、精度低。目前我國高等級公路收費站的服務水平可以采用車輛的平均排隊等候時間來劃分服務水平。服務水平A:車輛到達,可隨時進入收費通道接受服務,無須排隊等候;服務水平B:收費站前短時間內有車隊形成,少部分車輛需停等,大部分車輛可無須停等進入收費站接受服務;服務水平C:收費站前逐漸形成車隊,平均每個收費通道前有一輛車排隊等候,駕駛員有延滯感;服務水平D:收費站前平均有三輛車排隊等候,到達車輛須排隊緩慢駛入收費站;服務水平E:收費站前平均有十輛車排隊等候,駕駛員逐漸難以忍受長時間地等候;服務水平F:收費站前車輛排成長隊,且后續車輛不斷到達,服務率有限。在公路收費站的規劃、設計或評價時,根據標準延誤流量曲線,通過各級服務水平的修正得到服務通行能力。在實際應用過程中,通常采用高峰小時的C級