高速公路收费站通行能力与车道配置策略研究

摘要

收费站作为高速公路上的重要组成部分，其通行能力限制着高速公路的交通运行状况。由于车辆的交费延误降低了收费站的通行能力，使其成为高速公路交通的瓶颈。电子不停车收费(Electronic Toll Collection，ETC)技术和复式收费方式(Tandem TollCollection，TTC)的推广应用有效缓解了这一状况。论文旨在讨论现有条件下如何提高收费站的通行能力和服务水平，并探讨了车道合理配置和优化的问题。
　　本文根据收费站设计规范和实地调研成果，深入分析各种车道的交通流运行特性和收费广场车道的布设形式，确定了收费口车辆的到达分布以及服务时间、离去时间的分布。考虑车型差异对交通流的影响，对通过收费站的车辆类型进行了合理分类，并基于通行耗时的方法，给出了不同交通条件下收费站车辆折算系数(Passenger CarEquivalents，PCE)的参考值。为了符合实际收费站的交通特性，运用理论分析法分别构建ETC通道和复式通道通行能力的计算模型，上述模型综合了车辆通过收费站的交通特性、交通行为等多种因素，可为收费站的改扩建提供参考。
　　对于收费站系统的通行能力，合理的选取M/G/1排队模型进行求解。考虑到ETC车道限制速度与车道位置对收费站系统通行能力的影响，结合实地调查数据标定参数，建立VISSIM仿真模型。以ETC使用率、ETC通行速度、ETC车道位置及交通流量为输入变量，设计不同情况下收费站通行能力的仿真方案，将仿真结果进行对比分析，验证了排队模型的适用性，对收费站的服务水平进行了理论划分，确定了ETC车道的最佳配置方式，为收费站规划设计与运营管理提供理论依据。
　　针对收费站车道配置的问题，构建了基于收费站运营成本和司机排队成本最小化的非线性整数规划模型，得出针对不同时段交通量的最佳通道开启方案。考虑到未来交通量增长这一影响因素，通过对收费站车辆等待时间进行灵敏度分析来检验通道开启方案的有效运行时长。最后，将MTC用户逐步转换为ETC用户，得到满足各通道预定服务水平的收费站的长期运营方案，实现了车道的优化配置。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景

1．2 研究意义与目的

1．3 国内外研究现状

1．3．1 国外研究现状

1．3．2 国内研究现状

1．4 主要研究内容

1．5 技术路线

第2章 收费站设计与交通特性分析

2．1 收费站系统构成

2．1．1 收费设施

2．1．2 收费站分类

2．2 收费广场车道布局设计

2．2．1 收费通道设计相关规范

2．2．2 收费广场车道布局

2．2．3 MTC车道布局设计

2．2．4 ETC车道布局设计

2．2．5 TTC车道布局

2．3 收费站宏观交通流特性分析

2．3．1 车辆通过收费站的过程

2．3．2 车道选择特性

2．3．3 车辆速度分布特性

2．3．4 车辆穿插特性

2．4 收费站设计理论及工具介绍

2．4．1 排队理论

2．4．2 VISSIM简介

2．5 本章小结

第3章 基于通行耗时的收费站PCE研究

3．1 收费站交通调查和数据分析

3．1．1 收费站选择和交通量特性分析

3．1．2 到达车种分析

3．1．3 到达特性与速度特性分析

3．1．4 车辆服务时间特性分析

3．1．5 车辆延误分析

3．2 车辆折算系数分析

3．2．1 车辆动态交通分析

3．2．2 车头时距法的延伸

3．3 收费站通行耗时分析

3．3．1 进入渐变段模型

3．3．2 收费服务阶段模型

3．3．3 离开渐变段模型

3．4 折算系数的计算

3．5 本章小结

第4章 收费站通行能力研究和服务水平划分

4．1 收费通道通行能力分析

4．1．1 MTC通道通行能力分析

4．1．2 ETC通道通行能力分析

4．1．3 复式通道通行能力分析

4．2 收费站系统通行能力的确定

4．2．1 基本通行能力

4．2．2 实际通行能力

4．2．3 设计通行能力与延误分析

4．3 收费站通行能力仿真分析

4．3．1 仿真方案设计

4．3．2 仿真模型建立和误差分析

4．3．3 仿真输出结果统计分析

4．4 收费站服务水平划分

4．4．1 服务水平评价指标的确定

4．4．2 收费站服务水平的等级划分

4．5 本章小结

第5章 收费站车道配置与运营策略

5．1 收费站车道数的设计

5．1．1 通道数的确定

5．1．2 车道配置与运营策略的提出

5．2 车道优化配置模型的构建

5．2．1 收费站车辆排队模型

5．2．2 收费系统成本分析

5．2．3 车道开启数量优化模型

5．3 实例分析

5．3．1 设计和运营收费广场

5．3．2 灵敏度分析与长期运营策略

5．4 本章小结

结论及展望

致谢

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果