山區(qū)雙車道公路通行能力研究

1、山區(qū)雙車道公路通行能力研究報告簡本0引言隨著國家西部大開發(fā)政策的深入執(zhí)行，西部地區(qū)的公路建設(shè)進(jìn)入蓬勃發(fā)展時期，與此同時，決定公路建設(shè)規(guī)模和建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的公路通行能力研究就顯得異常迫切和關(guān)鍵。為此，國家專門設(shè)立了西部交通建設(shè)科技項目“山區(qū)雙車道公路通行能力研究”，來深入持久地研究西部山區(qū)公路道路和交通特性。該項目由交通部公路科學(xué)研究院承擔(dān)，并聯(lián)合北京工業(yè)大學(xué)、云南省公路規(guī)劃勘查設(shè)計院、貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院、山西省公路局等單位共同公關(guān)。在各級領(lǐng)導(dǎo)的支持下，在項目承擔(dān)與參加單位的共同努力下，經(jīng)過近兩年的研究圓滿完成了合同規(guī)定的各項研究任務(wù)，達(dá)到了預(yù)期的研究目標(biāo)。1 項目背景截至2003年底，西部

2、地區(qū)公路通車?yán)锍虒⒔?4萬公里，其中，雙車道公路占總里程的70%以上。巨大的建設(shè)規(guī)模和巨大的資金投入，要求各級決策和設(shè)計部門在建設(shè)項目的決策和設(shè)計過程中，要依據(jù)國民經(jīng)濟(jì)和交通量的發(fā)展需求和公路的通行能力適應(yīng)狀況等多方面因素來確定。山區(qū)公路超規(guī)模建設(shè)的嚴(yán)重后果，不僅造成設(shè)施閑置浪費，投資無法按期收回，而且也不利于山區(qū)生態(tài)和植被保護(hù)，不符合國家可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略決策。多年來，針對山區(qū)公路的通行能力研究一直是我國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系中的一項空白。交通部于2003年頒布的“公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（JTG B01-2003）”和即將頒布的“公路路線設(shè)計規(guī)范（JTG B20-xx）”由于缺少專項的研究支持，規(guī)范中引入的有

3、關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，大部分引用了美國、日本等發(fā)達(dá)國家的設(shè)計參數(shù)。因此該項目的研究也是完善標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范相關(guān)內(nèi)容的需要。2 主要研究內(nèi)容在分析國內(nèi)外關(guān)于雙車道公路通行能力研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國山區(qū)雙車道公路的實際情況，研究內(nèi)容主要包括以下內(nèi)容：Ø 山區(qū)雙車道公路交通運(yùn)行特性研究Ø 山區(qū)雙車道公路服務(wù)水平研究Ø 各種車型的當(dāng)量換算方法研究Ø 山區(qū)雙車道公路微觀仿真模型研究Ø 山區(qū)雙車道公路通行能力及影響因素研究Ø 編制雙車道公路通行能力分析指南3 研究思路、關(guān)鍵技術(shù)與技術(shù)路線本課題研究的思路：利用先進(jìn)的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，采集大量的實測數(shù)據(jù)，分析山區(qū)雙車道公

4、路路段通行能力及其影響因素；針對我國山區(qū)雙車道公路的道路、交通特性，開發(fā)微觀雙車道公路交通仿真模型。結(jié)合計算機(jī)模擬試驗和實際采集的數(shù)據(jù)，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計方法，確定山區(qū)雙車道公路服務(wù)水平指標(biāo)體系；以理論分析為指導(dǎo)，建立通行能力理論分析模型，揭示通行能力狀態(tài)下交通流的內(nèi)在機(jī)理。圖1 研究思路和技術(shù)路線 下面是野外試驗觀測的部分現(xiàn)場圖片。線形檢測車和數(shù)據(jù)采集軟件界面 斷面法檢測區(qū)間自由流速度 標(biāo)定仿真模型參數(shù)P值的實驗調(diào)查圖和彎道視距測量 交通流數(shù)據(jù)采集儀設(shè)備（NC-97和Metro count）的鋪設(shè)4 關(guān)鍵技術(shù)和技術(shù)創(chuàng)新本項目的關(guān)鍵技術(shù)和技術(shù)創(chuàng)新點如下：（1） 自主開發(fā)了適合我國國情的雙車道公路交通

5、仿真軟件，為全面、系統(tǒng)地開展山區(qū)雙車道公路通行能力研究搭建了可靠的分析平臺，還為將來研究雙車道公路交通問題創(chuàng)造了條件。（2） 選取加速度干擾和超車率指標(biāo)作為服務(wù)水平的分級指標(biāo)，根據(jù)交通流內(nèi)在的變化規(guī)律提出了服務(wù)水平的量化分級方法，突破了傳統(tǒng)主觀經(jīng)驗分級方法的局限，提高了雙車道公路服務(wù)水平分級的客觀性和科學(xué)性。（3） 針對山區(qū)雙車道公路道路、交通特點，在考慮其安全水平和服務(wù)水平的條件下，量化了爬坡車道和超車道的設(shè)置條件，提供了爬坡車道和超車道的運(yùn)行分析方法，填補(bǔ)了該領(lǐng)域國內(nèi)研究的空白。（4） 在分析雙車道公路交通流特性的基礎(chǔ)上，運(yùn)用車輛跟馳理論，提出了基于可變減速時間的通行能力計算方法和基于車輛

6、行駛占用動態(tài)空間的車輛折算系數(shù)分析方法，為確定雙車道公路通行能力和分析其影響因素提供了科學(xué)依據(jù)。（5） 項目組對山區(qū)雙車道公路通行能力及影響因素進(jìn)行了全面的分析，量化了平、縱線形指標(biāo)對通行能力的影響，提出了操作性較強(qiáng)的分析方法，補(bǔ)充完善了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范。5 主要研究成果在歷時兩年的研究中，山區(qū)雙車道公路通行能力研究不僅注重通行能力的理論研究，而且非常重視最新研究成果與工程實踐的銜接，在將研究成果轉(zhuǎn)化成指導(dǎo)工程實踐的可操作程序的環(huán)節(jié)中做了大量深入、細(xì)致的工作。整個項目研究取得如下主要成果：（1） 明確了雙車道公路的地形分類及道路、交通特點根據(jù)道路平縱線形的不同，提出了“梯度”和“曲率”的地形分類

7、參數(shù)，將雙車道公路的地形分為三類，如表1所示。表1 推薦的地形分類標(biāo)準(zhǔn)地形分類平均曲率（rad/km）梯度(m/km)平原<1.0<10微丘2.5<30山區(qū) 2.53060陡坡路段60（2） 構(gòu)建了基于雙車道公路交通流特征的車輛折算系數(shù)模型本研究綜合考慮了車輛縱向的運(yùn)行特性車頭時距的關(guān)系和車輛橫向的運(yùn)行特性車輛行駛過程中所占用道路寬度，提出了適用于交通仿真試驗分析的山區(qū)雙車道公路車輛折算系數(shù)算法。式中， Hii型車的車頭時距Hp小客車的車頭時距P交通組成中i型車的比例Wii型車行駛所占的道路寬度Wp小客車行駛中所占的道路寬度通過對不同的交通條件和道路條件下，實測數(shù)據(jù)和仿真數(shù)據(jù)

8、的分析結(jié)果，得到了各典型地區(qū)雙車道公路各車型的車輛折算系數(shù)，見表2。表2 各地形條形下車輛折算系數(shù)推薦值折算系數(shù)車輛類型小客車微型車中型車大型車拖拉機(jī)平原地區(qū)1.01.21.82.04.0丘陵地區(qū)1.01.42.23.05.0山嶺地區(qū)1.02.04.06.0（3） 提出基于速度和外廓尺寸雙因素聚類分析的車型分類標(biāo)準(zhǔn)課題研究中采用了車輛運(yùn)行特性和車輛外廓尺寸作為雙車道公路車輛分類標(biāo)準(zhǔn)，提出了基于車輛自由流速度和車輛外廓尺寸雙因素聚類分析的車輛分類方法，見表3。表3 雙車道公路的車型分類車型編號代表車型軸數(shù)與軸距85%自由流車速（km/h）對 應(yīng) 車 型1微型車2.2 m65發(fā)動機(jī)排量在1升以下的

9、微型面包車和微型小轎車2小客車2.22.95m82小轎車、小于1.5噸的輕型客貨車及12座以下面包車3中型車³ 2.95m71載重量在1.5噸10噸的中型貨車、半掛貨車和大于12座的大中型客車4大型車³ 3軸41載重量>10噸的重型貨車、全拖掛車與集裝箱等特大型貨車與大于50座的大客車新的劃分類型具有以下特點：u 不同車型之間的運(yùn)行特性差異明顯；u 同種車型的運(yùn)行特性穩(wěn)定；u 交通組成穩(wěn)定，且各車型具有相當(dāng)數(shù)量的樣本量；（4） 自主開發(fā)了山區(qū)雙車道公路交通仿真軟件 采用計算機(jī)仿真的方法，利用Visual C+6.0開發(fā)了基于WINDOWS環(huán)境的雙車道公路交通仿真模型。

10、仿真模型主要分為道路模塊、交通條件模塊、人-車單元模塊、仿真模塊以及結(jié)果模塊。圖3 仿真軟件歡迎界面圖2 仿真軟件的動畫演示界面（5） 建立了山區(qū)雙車道公路自由流速度分析方法 車輛自由流速度受各種因素影響，包括路側(cè)沖突、道路線形、路面寬度等，本研究通過實測和仿真結(jié)合的手段量化了各影響因素，建立了自由流速度分析體系。Ø 地形條件對自由流速度的修正地形條件對自由流速度的修正，通過自由流速度與曲率、梯度和視距之間的關(guān)系模型來確定。 其中， B路段平均曲率，rad/kmH路段的平均梯度，m/km Dis視距不良路段比例（%）Ø 橫斷面尺寸對自由流速度的修正橫斷面尺寸包括路面寬度和路

11、側(cè)凈空兩部分。表4 橫斷面尺寸對自由流速度的修正（km/h）路面寬度(m)路側(cè)凈空值(m)0.50.5 <1.01.0 <1.51.5625232017722191614818151210915129710.58520Ø 路側(cè)沖突對自由流速度的修正路側(cè)沖突因素包括路側(cè)停車、出入口車輛、摩托車、行人和慢行車輛等。表5 路側(cè)沖突對自由流速度的修正值（km/h）沖突強(qiáng)度等級兩側(cè)用地性質(zhì)路肩寬度與路側(cè)沖突修正有效路基寬度0.75m有效路基寬度<0.75m1兩側(cè)為農(nóng)田或山體峽谷等002有稀落的農(nóng)舍，少量行人出入-2-43有少量行人、車輛出入，有加油站、小店鋪等-5-74小型居

12、民區(qū)，穿過小鎮(zhèn)-9-125大型居民區(qū)，商業(yè)中心，農(nóng)貿(mào)市場-14-17（6） 量化了山區(qū)雙車道公路通行能力及線形影響因素根據(jù)實測數(shù)據(jù)，確定了基準(zhǔn)條件下交通流模型：圖4 速度-流量和跟車率-流量關(guān)系圖根據(jù)地形條件與通行能力的關(guān)系，確定了不同等級雙車道公路在不利線形組合條件下的通行能力值。表6 不同設(shè)計速度山區(qū)雙車道公路的通行能力值設(shè)計速度(km/h)8060403020最大縱坡（%）56789極限最小半徑(m)250125603015實際通行能力值（pcu/h）220017001200800600（7） 提出了雙車道公路服務(wù)水平評價指標(biāo)表 7 雙車道公路服務(wù)水平分級表服務(wù)水平等級超車率(%)加速度

13、干擾（m/s2）對應(yīng)的V/ C一160.450.20二1660.450.350.40三620.350.250.70四20.25>0.70本課題用超車率和加速度干擾作為服務(wù)水平量化分級的依據(jù)，同時，結(jié)合在不同流量區(qū)間內(nèi)對駕駛員駕駛狀態(tài)的問卷調(diào)查，最終全面建立了雙車道公路的服務(wù)水平分級標(biāo)準(zhǔn)，如表7所示。根據(jù)雙車道公路功能不同，給出了不同的服務(wù)水平分級表，見表8和表9。 表8 干線雙車道公路服務(wù)水平分級表服務(wù)水平等級跟車率(%)設(shè)計速 度(km/h)V/ C8060一 35 76670.2二 55 70600.40三 75 60500.70四 90 90 50 50 40 401.00表9 非

14、干線雙車道公路服務(wù)水平分級表服務(wù)水平等級跟車率(%)一 40二 60三 80四 9595（8） 明確了連續(xù)上坡路段爬坡車道與超車車道的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)爬坡車道：根據(jù)不同縱坡路段、不同載重車比重條件下上坡方向流量-跟車率之間的關(guān)系，確定了設(shè)置爬坡車道的基本條件如下：Ø 交通流中重型車比例大于20%（含）以上；Ø 交通流量在500veh/h以上；Ø 縱坡坡度大于4%，坡長500m（含）以上。推薦了爬坡車道的設(shè)置對服務(wù)水平的影響系數(shù)。 表10 爬坡車道對平均速度和跟車率指標(biāo)的修正系數(shù)單向流量(pcu/h)修正系數(shù)平均速度跟車率03001.020.343006001.060.41

15、6001.140.50超車車道： 根據(jù)不同超車道間距和長度組合條件下交通流運(yùn)行效率的變化規(guī)律，推薦了合理的超車道長度、間距設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)以及估算超車道設(shè)置后對服務(wù)水平的調(diào)整和影響。表11 超車道長度和間距的推薦值交通量（輛/h）推薦的超車道長度（km）推薦的超車道間距（km）4000.81.210126001.22.0898002.02.45710002.42.84612002.83.245表12 超車道對平均速度和跟車率的修正系數(shù)單向流量（pcu/h）修正系數(shù)平均速度跟車率03001.050.633006001.090.706001.120.75（9） 編制了山區(qū)雙車道公路通行能力指南山區(qū)雙車道公

16、路通行能力指南是“山區(qū)雙車道公路通行能力”專題研究的一個核心組成部分，是研究成果的匯總和體現(xiàn)。該指南詳細(xì)介紹了雙車道公路設(shè)施在不同階段的通行能力和服務(wù)水平分析的方法，為雙車道公路通行能力提供了一整套分析程序。6 項目承擔(dān)單位、參與單位及其合作情況交通部公路科學(xué)研究院、北京工業(yè)大學(xué)交通工程研究所、云南省公路規(guī)劃勘察設(shè)計院、貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院和山西省公路局成立產(chǎn)、學(xué)、研一體的聯(lián)合課題組，共同承擔(dān)這一課題。各單位本著“明確分工、團(tuán)結(jié)協(xié)作、及時督導(dǎo)、分步實施”的組織管理原則，發(fā)揚(yáng)團(tuán)隊精神，集中集體的智慧，按計劃完成各階段的工作目標(biāo)，并及時對各階段計劃的執(zhí)行和完成情況進(jìn)行檢查督導(dǎo)，共同解決研究

17、中的技術(shù)難題。7 項目預(yù)期效益公路通行能力作為公路規(guī)劃、設(shè)計與管理的基本依據(jù)被廣泛應(yīng)用于我國公路工程建設(shè)的各部門。適合我國國情的公路通行能力研究成果的推廣應(yīng)用，必能為我國的公路建設(shè)事業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。這主要體現(xiàn)在以下幾個方面：節(jié)省公路建設(shè)資金雙車道公路是總量最多，涉及范圍最廣的公路，如果在公路建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)?；蛘呤强傮w方案上決策失誤，將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，山區(qū)公路通行能力分析系統(tǒng)將在目前西部大規(guī)模公路建設(shè)中發(fā)揮巨大作用，為國家利用好巨額的公路建設(shè)資金提供科學(xué)的決策依據(jù)。提高公路運(yùn)輸效率由于我國目前沒有合適的山區(qū)雙車道公路通行能力標(biāo)準(zhǔn)，往往會造成公路規(guī)劃、管理部門的決策失誤，

18、影響公路運(yùn)輸效率。通過制訂合適的通行能力標(biāo)準(zhǔn)能避免這種損失。完善國家標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范體系針對山區(qū)雙車道公路的通行能力研究一直是我國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系中的一項空白。通過對我國西部山區(qū)雙車道公路實際交通運(yùn)行特征展開研究，制定出一套適合我國西部山區(qū)特點的山區(qū)雙車道公路通行能力的分析方法和指標(biāo)體系，可以補(bǔ)充和完善公路通行能力手冊、“公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”和“路線設(shè)計規(guī)范”的相關(guān)章節(jié)內(nèi)容，有利于提高標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的適用性和權(quán)威性。8 存在問題與措施建議本項目在借鑒國外道路通行能力與服務(wù)水平研究方法與研究成果的基礎(chǔ)上，總結(jié)了我國道路通行能力研究的進(jìn)展，首次全面地針對山區(qū)雙車道公路多車型混雜度高、交通流中車型動力性能差異懸殊的特點，分析了山區(qū)公路的道路與交通流特性，開發(fā)了雙車道公路交通流計算機(jī)仿真軟件；確定了道路設(shè)施的通行能力和服務(wù)水平標(biāo)準(zhǔn)；完善了國內(nèi)第一本“山區(qū)雙車道公路通行能力指南”。這些系統(tǒng)的、科學(xué)的成果對完善我國公路的規(guī)劃設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，提高公路建設(shè)決策科學(xué)性具有重要的理論意義和實用價值，對其它發(fā)展中國家道路通行能力研究和道路規(guī)劃、建設(shè)也具有重要的參考意義和指導(dǎo)作用。需要指出的是：本項目在國內(nèi)屬