[工程与工业技术]高速公路主线收费站距离前方分流点的最小净距研究

赵礼昭 刘靓

摘? 要：为保证渝长扩能项目实施后龙盛主线收费站的服务水平与运行安全性，对互通式立交与主线收费站的净距进行研究，通过建立数学预测模型，模拟车辆进入收费站前后的行驶轨迹，对标志反应、寻找间隙、变换车道、确认出口这4个驾驶阶段进行距离分析，计算最小净距值，并提出相应的交通优化措施，使改建后的互通式立交与主线收费站的最小距离满足车辆运行安全的要求。该研究对类似工程设计中互通式立交与收费站的最小间距的设计提供一定的指导。

关键词：互通式立交? 分流点? 主线收费站? 最小净距

中图分类号：U491.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文献标识码：A文章编号：1672-3791（2021）02（b）-0085-03

The Study of the Minimum Clear Distance between Expressway Mainline Toll Station and Junction Point Ahead

ZHAO Lizhao? LIU Liang

（China Merchant Chongqing Design Institute of Transport Co.， Ltd.， Chongqing， 400067? China）

Abstract： In order to ensure the service level and operation safety of Longsheng main line toll station after the implementation of Yuchang capacity expansion project， the net distance between the interchange and the main line toll station is studied by establishing a mathematical prediction model and simulating vehicles before and after entering the toll trajectory to analyze the distance of the four driving stages of sign reaction， search for gaps， change lanes and confirm exits， calculate the minimum clearance value， and propose corresponding traffic optimization measures to enable intercommunication after reconstruction. The minimum distance between the type interchange and the main line toll station meets the requirements of vehicle operation safety. The research results are of great significance to the interchange in similar engineering design.

Key Words：Interchange; Junction point; Mainline toll station; Minimum clear distance

互通式立交和主线收费站相接是高速公路较为常见的连接形式。而两者之间净距的合理与否将直接影响高速公路运行质量和行车安全。一般对互通式立交与主线收费站的净距展开研究，综合考虑了交通量、交通运行特性、收费广场的通行能力和收费制式等影响因素，对互通式立交与主线收费站之间的净距进行界定，提出互通式立交与主线收费站之间净距的建议值[1]。已有研究通过对驾驶人加速过程的分析和驾驶人认读标志的特点以及换道模型特征，提出了基于车道数的匝道收费广场中心至前方分流点最小间距的建议值。相关规范[2]中对间距取值提出了不宜取值区间，但并没有给出间距的具体取值。

为提高互通式立交与主线收费站区域间的通行能力、营运效益、行车质量，基于交通流理论，对互通式立交与主线收费站间的净距展开研究。分别对主线收费站与互通立交分流点之间的净距进行界定，提出互通式立交与主线收费站之间净距的合理建议值。

1? 模型分析

下面主要就收费站与出口分流点的最小净距分析如下。

从主线收费站出口到匝道改道点，最内侧收费车道（ETC车道）内的车辆需要经过连续加速、查找和读取标志、换车道、确认匝道出口4个过程。驾驶员需要完成的操作包括车辆驶离收费站后的加速、读取和判断标志内容、做出是否换道的决定、等待插入净空、换道和出站确认过程[3]。

从驶出主要收费广场开始，车辆需要经过一段时间的加速过程。加速终端是收费广场过渡段的终端。然后，在看到前面的標志后，他们做出判断。如果他们不需要改变车道，他们继续直行。如果他们需要改变车道，他们会寻找要插入的间隙。变道后，他们顺利进入目标匝道[4]。

1.1 车型选择

卡车和小客车作为代表车型的选择需要结合实际情况。首先，主线收费站收费通道右侧一般作为大货车行驶通道，左侧为小客车ETC行驶通道。车辆通过收费站后，小客车需要经历更多的车道变换，要求的安全距离比同等条件下的大货车要大;另一方面，小客车的加速过程明显更快，行驶速度也更高，符合小客车的要求公交车的安全距离可以保证卡车的安全行驶。因此，选择乘用车作为代表车型[5]。

1.2 距离取值分析

换道过程共分为4个步骤：认读标志、等待可插入的间隙、变换行驶车道及确认匝道出口等过程，故换道距离分为标志反应距离、寻找间隙距离、变换车道距离、出口确认距离[6]。

1.2.1 标志反应距离L1

标志P为安装在路侧的标志标牌，一般布设在减速车道渐变段起点附近。需要驶出匝道的驾驶员在离开收费广场渐变段时便会发现最近的标志内容，随后驾驶人读取标志牌信息，标志反应距离共为标志识读产生的距离、决策驶出方向的距离之和[7]。

认读标志距离L1d是指驾驶员看见出口标志后，读取标志相应内容，直到完成识读，车辆行驶的距离[8]。采用下式进行计算：

（1）

式中，t1为读取时间，一般为3.0～4.0s，按最不利条件取4 s。

标志决策距离L1j是指驾驶人认读标志后，根据需求来决策采取措施的车辆行驶距离[9]。根据相关经验，决策时间取3.8 s，开始读取标志内容，直到读取完成，车辆行驶的距离。采用下式进行计算：

（2）

式中，t2为决策判断时间，一般为2.5～3.5 s，按最不利条件取3.5 s。

按设计速度为60 km/h，L1=125 m;设计速度为80 km/h，L1=167 m;设计速度为100 km/h，L1=208 m。

1.2.2 寻找间隙距离L2

再找间隙距离包括两部分：一是插入车辆等待间隔期间的行驶距离;二是在改变车道前调整车辆位置的距离[10]。

车辆由离开收费广场启动加速至渐变段终点的过程，渐变段终点的行驶车速Vs的计算公式如下式所示。

（3）

考虑到现高速公路主线收费站普遍应用ETC收费，故V0取20 km/h，加速度a按匀加速运动推荐加速度取最大值0.5。

根据多项研究表明，车辆变化车道的平均等待时间与交通量有关，其计算公式为：

（4）

式中：λ为目标车辆单位时间平均到达率，λ=Q/3600;Q为主线单车道最大服务交通量;tc为可插入间隙，结合相关文献取值，该文取值3.75 s;τ为目标车道车头时距最小值，τ=1～1.5 s，高速公路一般取1.5 s。

综上所述，寻找间隙的距离为：

（5）

考虑最不利因素，此处车辆行驶速度为设计速度，按设计速度为60 km/h，则L2取值为150 m;按设计速度为80 km/h，则L2取值为201 m;按设计速度为100 km/h，则L2取值为251 m。

1.2.3 变换车道距离L3

车辆在调整好车速和车头位置后，即可横移变换至目标车道，实施该横移操作并完成车道变换所需的距离为变换车道距离，公式为：

（6）

车道变道的示意具体见图1。

根据相关研究表明，车辆的横移速度一般取1 m/s，车道宽度按照公路相关技术标准取值3.75 m，故横移时间等于3.75 s。

所以，变道间距计算公式为：

（7）

按设计速度为60 km/h，计算得L3=82 m;按设计速度为80 km/h，计算得：L3=108 m;按设计速度为100 km/h，计算得：L3=135 m。

1.2.4 确认匝道出口距离L4

车辆确认出口匝道的距离，通常取3 s驾驶行程的距离，即。

按设计速度为60 km/h，计算得L4=50 m;按设计速度为80 km/h，计算得L4=67 m;按设计速度为100 km/h，计算得L4=83 m。

综上所述，L=L1+L2+L3+L4。

当主线速度分别取60 km/h、80 km/h、100 km/h时，计算结果如表1所示。

2? 结语

为提高互通式立交与主线收费站区域间的通行能力、营运效益、行车质量，有必要对两者间最小间距展开研究。通过分析从收费站到分流点的整个行驶过程中加速与变换车道两个过程的特征，建立了主线收费广场至前方分流点的最小净距模型，并提出主线收费广场中心至前方分流点最小间距的建议值，研究成果对工程设计中互通立交与收费站的最小间距的设计提供一定的指导。

参考文献

[1] 王健.基于ETC系统数据的高速公路主动管控建设探讨[J].中国交通信息化，2020（12）：99-101.

[2] 李文靖.高速公路互通立交路线视距的探讨[J].黑龙江交通科技，2020，43（9）：34-35，37.

[3] 邱民.高速公路改扩建机电工程施工管理的难点及对应策略[J].西部交通科技，2020（8）：51-53.

[4] 金文晶.高速公路主线桥悬浇施工设计应用[J].居舍，2020（14）：77.

[5] 廖浩霖.基于交通流状态的高速公路网络复杂性研究[D].华南理工大学，2020.

[6] 朱洁玉.快速路主线入口多车交互风险评估方法[D].哈尔滨工業大学，2020.

[7] 熊友山，游金梅.基于三阶段模糊层次评价法的武汉市四环线高速公路收费模式研究[J].中外公路，2014，34（6）：319-325.

[8] 朱宏亮，杭文，何杰.计重收费高速公路重载运输特征的实证分析[J].黑龙江交通科技，2016，39（11）：143-144.

[9] 欧阳江湖.高速公路主线收费站设置位置及主线线形指标研究[D].长安大学，2017.

[10] 解亚东.高速公路收费智能化对降低高速公路营运成本的影响[J].现代经济信息，2017（7）：208.

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