城市道路出入口关键系数模型研究

刘金广，戴 帅，顾金刚

（1.公安部道路交通安全研究中心，北京100062；2.公安部交通管理科学研究所，江苏 无锡214151）

0 引言

随着我国城市社会经济的快速发展，机动车保有量迅速飙升，其在为人们交通出行带来便利与快捷的同时，也增加了道路交通的安全隐患，降低了道路交通系统的运行效率。目前城市道路还是以“三块板”道路居多，由于之前从交通便利性角度开设出入口，路段进出主路的出入口比较密集，当前严重影响着主路的运行效率，容易引发交通事故。因此，需要对城市道路出入口进行合理规划与管理，以缓解交通压力，保障交通运行效率。

对于道路出入口管理的研究，美国《交通工程手册》（第4 版）中，对出入口每公里数量和发生的交通事故率进行了建模分析，对出入口的设置密度进行了建议，其主要从出入口管理宏观层面，对出入口的数量和间距提出了建议[1]。美国《交通工程手册》（第5 版）中，对出入口管理技术进行了介绍，包括减少、分离冲突点数量，限制出入口转弯车辆，增加主路的物理隔离带，出入口的交通渠化，缓冲车道的长度设计，增加主干道迂回支线等，其主要从出入口管理微观层面，对出入口的交通组织与渠化进行了建议[2]。2005年，Gattis 等人从路段安全角度，分析了交通事故率与路段中央分隔带、流量和出入口密度的关系，研究了中央分隔带与用地使用类型的关系[3]。2008 年，Schultz 等人从交通安全角度，运用多元线性回归方法，确定路段出入口管理技术与交通事故的关系，包括事故率、事故严重程度以及事故类型。研究表明，缺乏路段出入口管理技术，出入口密度、每公里信号灯数量、道路中央分隔带等与交通事故数量及严重程度有重要的关系[4]。2009 年，Schultz 等人考虑了路段流量、信号灯间距、附近用地类型等因素，运用多元线性回归方法分析了各种因素的关系，并建立了路段出入口优先管理决策流程，为确定优先路段进行出入口管理提供了理论方法，确定某些路段需要优先进行出入口管理的建议，包括出入口信号控制以及增加中央分隔带等[5]。2009 年，金兵锋等人考虑了路段交通事故因素，运用回归分析的方法，建立了道路出入口密度模型，得到了北京市怀柔城区路段出入口密度建议范围[6]。2011 年，曹荣青通过对城市道路出入口间距与交通冲突点数量、事故率、通行能力之间的关系研究，确定了城市道路出入口间距影响因素和出入口间距设置的原则[7]。

目前对出入口管理的研究主要从宏观出入口密度和微观出入口断面设计形式等方面进行考虑的，较少文献从出入口管理中观层面进行研究。本文从出入口管理中观层面，对路段出入口关键系数进行了研究，能够依据该项指标为出入口规划与管理提供选择决策依据，并且能够为完善城市出入口管理体系提供参考与借鉴。

1 出入口关键系数

1.1 定义

出入口关键系数的概念本文定义为，从出入口交通流量、交通事故、运行速度、视距影响四个方面，分析路段中出入口相对于其他路段出入口的关键性，定量化描述出入口相对分析路段所有出入口关键性的数值即为出入口关键系数。下文首先分析四个影响要素的系数，然后构建出入口关键系数模型。

1.2 出入口流量系数

从交通流量角度分析路段出入口相对于分析路段的关键性，用出入口流量系数（Ca）表征。在某一时间段内，进出出入口的交通流量与主路的交通流量之比为出入口流量系数，如式（1）所示。出入口流量系数可以反映路段出入口车辆进出主路的需求强度，也可以反映出入口周边不同性质的用地对于出入口的需求利用程度。出入口流量系数越大，表明出入口进出车辆需求强度越大，出入口关键系数越大；反之，出入口流量系数越小，表明出入口进出车辆需求强度越小，出入口关键系数越低。

式中：fa——出入口进出流量，pcu/h；

fm——主路通行流量，pcu/h。

1.3 出入口交通事故系数

从交通事故角度分析路段出入口相对于分析道路的关键性，用出入口交通事故系数（Cc）表征。某出入口处的年百万车事故率与整条道路路段的年百万车事故率之比为出入口交通事故系数，如式（2）所示。出入口交通事故系数可以反映出入口对路段的安全影响。出入口交通事故系数越高，表明出入口对主路的安全影响越大，出入口关键性越高；反之，出入口交通事故系数越低，表明出入口对主路的安全影响越小，出入口关键性越低。

式中：Ra——出入口百万车事故率，次/百万辆车；

Rm——主路百万车事故率，次/百万辆车。

1.4 出入口运行速度系数

从交通运行速度角度分析路段出入口相对于分析道路的关键性，用出入口运行速度系数（Cv）表征。考虑在出入口进出车辆影响下的主路平均运行速度与不受出入口进出车辆影响下的主路平均运行速度的关系，如式（3）所示。主路运行速度系数可以反映出入口对主路运行速度的影响程度。主路运行速度系数越高，表明出入口对主路的运行速度干扰越大，出入口的关键性越高；反之，主路运行速度系数越低，表明出入口对主路的运行速度干扰越小，出入口的关键性越低。

式中：Va——受出入口进出车辆影响时的主路平均运行速度，km/h；

Vm——不受出入口影响时的主路平均运行速度，km/h。

1.5 出入口视距影响系数

当前城市道路出入口存在视距受阻的现象，对主路的交通运行和交通安全都具有重要的影响，用出入口视距影响系数（Cd）表征对出入口关键系数的影响。为了便于计算，本文定义存在视距影响的出入口视距影响系数为“1”，表明出入口的关键系数大；没有视距影响的出入口视距影响系数为“0”，表明出入口的关键系数小。

1.6 计算模型

结合出入口关键系数的定义，通过以上四方面因素影响分析，可以构建出入口关键系数模型，如式（4）所示。

式中：C——出入口关键系数；

w1——出入口流量系数的权重值；

w2——交通事故系数的权重值；

w3——运行速度系数的权重值；w4——出入口视距影响系数的权重值。

2 应用分析

本文选取某市城区一条主干路的17 个出入口为例进行路段出入口关键系数分析。随着近年来机动车数量的迅速增长，由于路段出入口密度过大引发多起交通事故，影响了整条道路的交通畅通，出入口问题已引起当地有关部门的重视。以下应用本文的出入口关键系数计算方法，分析得到路段17 个出入口的关键系数，并进行了出入口关键性分类，计算结果可以为该路段出入口规划与管理提供决策参考。具体计算过程如下。

首先为进行数据统计与分析，应用数据规范统一化的方法，得到四项影响指标的数据，如表1所示。

利用统计分析软件对规范化数据进行相关性分析，分析结果如表2所示。从表中可以看出，出入口流量系数、交通事故系数、运行速度系数和出入口视距系数之间的相关系数均小于0.800，认为四项数据之间不相关。

表1 统计数据

表2 数据相关性分析

计算各因素的权重应用标准离差法，即一般地，如果某个指标的标准越大，就表明其指标的变异程度越大，提供的信息量越大，在综合评价中所起的作用越大，则其权重也应越大。反之，某指标的标准差越小，就表明其指标的变异程度越小，提供的信息量越小，在综合评价中所起的作用越小，则其权重也应越小。经过计算，各指标的权重如表3所示。

表3 各因素的权重

因此得到该路段出入口关键性系数计算公式，如式（5）所示，可以得到该路段17个出入路的关键性系数（见表1）。

综上，利用统计分析软件，应用聚类分析法，依据出入口关键系数可以把路段17 个出入口分为3 类，定义出入口关键系数在（0.765，0.839）为高等级，此类出入口有3 个；定义出入口关键系数在（0.422，0.545）为中等级，此类出入口有6 个；定义出入口关键系数在（0.008，0.220）为低等级，此类出入口有8 个。因此，依据出入口关键等级的不同，可以在进行规划或管理过程为决策提供参考。

3 结语

城市出入口管理对于保障交通运行、提高交通安全具有重要的意义。本文基于城市道路出入口流量、交通事故、运行速度和视距方面，提出了城市道路出入口关键性的计算方法，可以为城市道路出入口规划与管理提供决策参考。

[1] James L Pline. Traffic Engineering Handbook[M]. 4th ed.Washington D. C.： Institute of Transportation Engineers,1992：377-383.

[2] James L Pline. Traffic Engineering Handbook[M].5th ed. Washington D. C.： Institute of Transportation Engineers,1999：306-347.

[3] J L Gattis, Ramasubramaniyan Balakumar, Lynette K Duncan. Effects of Rural Highway Median Treatments and Access[C/CD]. 2005 TRB Annual Meeting.Washington D.C.：Transportation Research Board,2005.

[4] Grant G Schultz, Kordel T Braley, Tim Boschert. Correlating Access Management with Crash Rate, Severity, and Collision Type[C/CD]. 2008 TRB Annual Meeting. Washington D.C.：Transportation Research Board,2008.

[5] Grant G Schultz, Kordel T Braley, Tim Boschert. Prioritizing Aaccess Management Implementation[C/CD]. 2009 TRB Annual Meeting. Washington D. C.： Transportation Research Board,2009.

[6] Jin Bing-feng, Yang Xiao-kuan．Application of Access Management Technique in HuaiRou Traffic Control Program[C/CD]. 2009 TRB Annual Meeting. Washington D.C.：Transportation Research Board,2009.

[7] 曹荣青.城市道路出入口间距确定的理论方法研究[D].西安：长安大学，2011.