高速公路收费站通行能力探究及其应用分析

[摘要]收费还贷制度在很大程度上推进了我国高速公路建设的发展。收费站是高速公路的重要组成部分。收费站的通行能力可以为确定其建设规模提供一定的理论依据，确定各个交通量以及不同服务水平下的收费车道的通行能力具有非常重要的经济意义。作者基于国内外对高速公路收费站通行能力研究的基础上，探究某地区高速公路收费站的交通流特性，以期对该地区的高速公路收费站建设有一定的参考借鉴作用。

[关键词]高速公路；收费站；通行能力；应用分析

引言

国外非常重视公路通行能力的研究，并在该领域取得了很多的研究成果，但是我国有关高速公路通行能力的研究还处在起步阶段。高速公路的收费站是高速公路的重要组成部分，一般指的是为收取车辆的通行费用而设立的交通设施，通常有收费门（收费岛、遮蓬、收费亭、收费车道以及收费机械）、收费广场和收费所。通常而言收费站的通行能力指的是在单位时间里正常情况下能够通过收费站最大车辆数，这里的正常情况是指在一定的服务水平下，显然收费车道的通行能力就决定收费站的通行能力。

1 探究收费站通行能力的意义

根据相关资料分析，在有效经营的情况下，数量适中、设备较简单的收费设施的运营成本与收入比例达到5%～10%；收费设施的数量大于所需数量时，运营的成本与收入比增大到10%～15%，甚至可以高达30%以上。有研究人士指出收费广场的规模及所需的车道数是由平均来车的间隔、每个收费车道的通行能力和服务水平三个因素共同作用决定的。通过对收费站通行能力的研究，可以为建设合理规模的高速公路收费站提供强有力的理论依据，可以有效利用公路建设资金。从而确定各个交通量下、不同服务水平下的收费车道的通行能力具有十分重要的经济意义。

2 收费站通行能力研究

2.1 通行能力的方法简介

要分析高速公路收费站的通行能力就必须了解一定的收费站通行能力的研究理论方法。目前在高速公路收费站的分析中，大多数采用由美国的《交通流理论》和《日本高速公路设计规范》中所得出两套公式，其均采用的是m/m/k模型，共同点都是：

①系统中没有车辆的概率计算式：p(0)=

②系统中有n车辆的概率：p(n)=ρnn!p(0)

③在队列中的平均等候时间：wq=ρk/(k×k×μ(1- )2)p(0)

其中：ρ——交通强度或利用系数，ρ= ；λ——平均服务率，辆/秒；

p(n)——系统中有n辆车的概率；k——收费的车道数。

一般美国的trb与日本推导的平均排队长度公式稍有不同，可参见相关计算手册，值得注意的是以上提及的美国推导公式计算的平均排队长稍微要小一点。国内的收费站通行能力研究方法主要是东南大学的m/g/1模型。该模型一般是适合于描述车辆到达和服务时间服从负指数分布一个服务台的排队系统。

3 应用实例简析

3.1 实例一——某地区的收费站通行能力调查分析

3.1.1 数据调查

为了全面分析该地区的收费站通行能力，本次调查的地点涵盖了该地区的所有收费站类型。调查的有关特性参数主要有：（1）收费站类型、收费车道数、收费站上游高速公路车道数；（2）收费站上游来车分布及强度、收费站上下游不受收费站影响处车流的平均速度；（3）各车型的服务以及离去的时间。调查中的交通量协同采集仪和摄像机，并且人工辅助采集。调查中的交通量采集仪用于采集交通的运行和流量数据，同时也对各种车型的服务时间和离去时间进行人工的记录。

收费广场和收费站上游路段连接处布置收费站上游的交通量数据采集仪布置，收集进入收费系统的交通流来车的分布、流量和速度。摄像机通过图像形式记录经过采集断面车辆牌照和通过的时刻。收费站下游的交通量数据采集仪布置在离收费站650米处，用来收集交通流的流量和速度等，摄像机也是用来记录通过采集断面车辆牌照和通过的时刻。相关的调查人员则在收费亭内调查车辆的服务时间ts和离去时间tg。通过现场调查收费站交通流运行数据，掌握该地区的收费站的运营方式以及交通运行规律。调查的数据较多，本文在此不做版述。

3.1.2 数据及收费站通行能力分析

收费车道的基本通行能力如下定义：道路与交通处于理想情况下，每一条收费车道在单位时间内能够通过的最大交通量，其计算的公式为：cb=3600/(ts+tg)

式中：cb——收费车道的基本通行能力，辆/h；ts——标准车服务的时间，s；

tg——标准车离去时间，s。

考虑实际道路交通情况以及调查结果分析的误差允许范围，本次的实际观测的收费车道大致可以满足公式规定的理想道路条件。本次调查主要是利用小型车的服务时间和离去时间计算出不同类型收费站收费车道的基本通行能力。基于前面监测的数据和本部分讨论的计算理论，可以计算得出以下成果：封闭式收费站收费一侧的基本通行能力为222辆/h，基本接近推荐值（220），封闭式收费站领票一侧的基本通行能力为477辆/h，同样较为接近推荐值（480），均一制收费站的基本通行能力为380辆/h(推荐值为380）。

本次研究的数据可以得出该地区的各种收费站服务系统的车头时距分布服从负指数分布，收费车道一般多于一条。收费站的当前通行能力的确定后可以通过分析该市的现有收费站交通流运行状况，之后建立符合实际情况的收费站交通流模型并且确定各种收费站形式中不同来车强度下和收费车道的服务交通量，从而后续城市交通设计建设后时可以更准确地建立收费站通的行能力或者对现有的通行能力进行改善。目前已有相关城市在研究收费站通行能力的基础上采取相关措施，实例二就说明了收费站通行能力在改善后的效果。

3.2 实例二——收费站通行量改善效果分析

贵州省非常重视提高收费站的通行能力，自其高速公路实现联网收费以来，高速公路“一卡通”提高了车辆的通行能力和高速公路使用率。从人工收费到计算机收费，从单路段计算机联网收费到实现全省联网收费，收费模式的优化和技术手段的创新，使该地的高速公路营运服务水平和经营效益得以进一步提升。高速公路联网收费系统的开通，最大限度地减少了各路段高速公路上主线收费站的设置。这一举措不仅节省了建站成本和运营管理成本，同时还减少通行车辆停车交费的次数，从而提高了车辆的通行能力和高速公路使用率。目前该省在联网的基础上,贵有关单位还将启动不停车收费系统、车牌识别系统、自动发卡系统、视频联网技术的研究和试点，力争进一步提升贵州省高速公路收费和通行效率。该省的种种措施，是明显看到了收费站通行能力的重要性。

4 结语

我国关于收费站通行能力的研究尚处于起步阶段。文章主要通过分析该地区现有收费站的交通流运行状况，从而根据这些数据来建立较为接近实际情况的收费站交通流模型。同时进一步确定在各种收费站形式中，不同来车强度下，收费车道的服务交通量，形成收费站的通行能力指标体系，为今后该地区乃至我国的收费站的设计建设提供更为科学的参数。

参考文献

[1]任福田等译.道路通行能力手册[m].北京:中国建筑工业版社,1991

[2]徐吉谦等.交通工程学[m].北京:中国建筑工业出版社,1987

[3]张亚平,张起森.高速公路速度-流量模型研究[j].中国公路学报,2000(3)

[4]张亚平.公路通行能力研究现状与发展方向[j].国外公路,2000(3)

[5]黄晨,孔雷军.广深高速公路服务水平评估[m].交通工程,1997(3)

高速公路收费站通行能力探究及其应用分析