高速公路通行能力研究

【摘要】高速公路目前还存在着许多显而易见的问题，比如节假日高速公路常发性堵车等。如何合理的设置、管理，提高高速公路的通行能力，有极高的研究价值。笔者通过分析交织区、匝道等各环节的各种交通特性，利用排队模型、跟驰模型对高速公路的通行能力进行了分析，为解决该问题提供了一些思路。

【关键词】高速公路；交通特性；通行能力；跟驰模型

一、道路通行能力与交通量

道路通行能力是指道路能够疏导或处理交通流的能力。本质上是一个衡量道路负荷性能的尺度，体现了在规定的前提下，最终的道路可以承受车辆运行的最大值。通行能力和交通量是衡量道路交通的两个主要因素，两者都可以表示在单位时间内经过道路某断面的交通实体的多少，但是两者之间仍然有着较本质的差异。交通是指实际的道路交通值，而通行能力则是以道路的几何特征、交通状况及规定运行等所确定的最大流量。在正常情况下，通行能力大于交通量，若交通量远远小于通行能力，则该车流为自由状态，车速较高，驾驶自由度比较大；如果交通量逐渐的增加，车流的稳定运行的状态也会逐渐变差，如果交通量靠近或达到了该道路的通行能力，车流就会变为强制流的状态，就会出现车流的阻塞及拥挤的现象。通行能力反映的是道路的容量（或服务能力），交通量则反映的是道路的负荷量（或交通需求）。所以，一般用交通量与通行能力的比值来表示某段道路的负荷程度（或利用率）。

二、通行能力的影响因素

影响道路的通行能力的因素主要有道路条件，交通条件，控制条件，环境和气候条件，以及操作条件等。道路条件指车道宽度，车道数，横向净空，附加的车道，视距，坡度，线型，设计速度等其他因素；交通条件包括车辆的组成，车道的分布，方向分布等；管制条件涉及交通法规、控制方式、管理措施等；气候条件指恶劣天气对车辆通行的影响；规定运行条件主要是指计算通行能力的限制条件，包括速度和行程时间、驾驶自由度等。指定的系统条件主要指的是通行能力约束的计算，涉及旅行时间，行驶速度和自由度，交通中断，舒适性和便利性，安全性等因素。此外，道路周边的地形、地物和景观以及驾驶人的技术等也有一定的影响。

三、通行能力的分类

通常通行能力可以分为基本通行能力、可能通行能力和实用通行能力。其中实用通行能力也被称作设计通行能力。基本通行能力指的是车辆以最小车头间距并不简单行驶的理想的交通流，在单位时间以内可以经过道路断面的最大车辆的数目，也称作理论通行能力。可能的通行能力考虑到了道路和交通条件的影响，并得到了基本能力的修正量，实际上是交通道路的最大交通量的承担。设计通行能力指的是以道路的使用要求的不同，并在不同服务水平的条件下拥有的有效的通行能力，也称作服务交通量。

四、车辆运行特征及提升通行能力分析模型

高速公路上车辆运行情况主要受交通流中车辆间的相互作用，以及高速公路几何特征的影响。具体对于某车辆在道路上的运行状态可分为以下几种情况：

1.匀速行驶即车辆处于匀速行驶状态，2.车辆的跟驰行驶，指车辆在无法超车的单一车道上车辆列队行驶时，后车跟随前车的行驶状态。两车之间需有足够的刹车距离。3.车辆变换车道行驶。车辆是否进行变换车道依靠当时的交通条件、驾驶人目的地、驾驶人行为特征（冷静型或冲动型）。

调查发现，影响我国高速公路车流运行的主要因素是混合交通的车辆组成情况。通常有两种：一是大、重车比小客车体积大，因而比小客车占用更多的道路空间；二是这类车辆的行驶性能（如加速、减速和保持速度的能力等）要远低于小客车。高速公路作为一种提供完全“连续”交通流的专用公路交通设施它不仅对交通流没有固定间断，而且车辆驶入和驶出仅通过立交匝道实现，其交通流运行条件与普通公路有很大差别。

根据连续交通流的特性可用交通流量、速度和交通密度三个参数描述。1）速度--密度模型：该模型最初并非利用高速公路的数据来进行研究，因此要对此模型进行修正。2）速度--流量模型：该模型通过速度--密度的线性关系推导出的速度--流量关系与直接利用实际数据得出的速度--流量与密度--流量关系存在一定的偏差。这个得注意。3）流量--密度关系：公式Q=VK把流量、速度和密度联系起来，因此，速度--密度的关系确定后，密度和流量的关系也就随之确定了，流量--密度关系在交通控制中有着重要的作用，海脱（Haight）把流量--密度曲線称为“交通基本图表”。

总结

当密度很大以致车辆无法行进时，流量为零，因为没有活动，车辆不能通过道路上任一点，使所有流向都停止的密度，这时的密度称为阻塞密度。当设施流量达到最大值时就是其通行能力，这时出现的密度称为临界密度，相应的速度称为临界速度。当道路上没有车辆时，密度为零，流量也为零。从交通流参数间的关系得知，在量测中，密度与速度是单值的，而不像流量与速度那样是双值的。因此，高速公路交通运行效率量度的两个关键量测参数是密度和速度。高速公路的通行能力实际上是一个相对很复杂的问题，有待于进一步的研究。

参考文献

[1]罗霞，杜进有，霍娅敏.车头时距分布规律的研究.西南交通大学学报，2011.3.

[2]张起森，张亚平.道路通行能力分析.北京：人民交通出版社，2002.07.

[3]李曙红.高速公路路网入口流量控制的研究.长沙理工大学硕士学位论文，2005.4.

作者简介

周鑫，出生年月：1993年9月7日，性别：男，籍贯：陕西省洛川县黄章乡，学历：本科，研究方向：交通运输。