摩托车与汽车混合交通流的比较研究

摩托车与汽车混合交通流的比较研究

0信号交叉口的交通流模型建立改革开放以来，中国的主要城市在经济发展和城市基础设施建设方面取得了很大进展。在经济与城市快速发展的同时,城市规模不断扩大,城市人口迅速增长,对城市交通的需求日益增加。两轮摩托车的拥有量从上个世纪90年代初开始迅速增长,特别是一些中小城市,两轮摩托车已经成为城市居民主要的出行方式之一。研究交叉口交通流特性是城市道路交通问题的重要课题,也是解决交叉口交通瓶颈的基础。汽车在城市道路上行驶,由于有道路标线规范其行驶行为,导致车辆运动状态呈线性的跟车方式。而在平面交叉口处由于车流的分流、交叉和合流使交通行为较为复杂,形成路网的瓶颈,研究交叉口的通行能力引起了人们的关注。以往研究处理交叉口摩托车与汽车混合交通流问题时,一般是将摩托车转换为标准小汽车当量(PCU),按照小汽车的特性进行分析和研究。然而摩托车车流与汽车车流在道路上行驶的行为与特征上存在的差异较大。摩托车体积较小,运动灵活,行驶特性与汽车并不相同。因此摩托车的整体车流行驶状态与汽车必然不会完全相同。而摩托车与汽车混合交通流则更为复杂。所以在探讨摩托车与汽车混合交通流问题时应将摩托车单独分离,重新分析其特征,才能使摩托车运行特征和车流特征得以真实反映。建立符合实际的交通流模型,进而解决汽车与摩托车混合交通流问题,对解决我国中小城市的高比例摩托车混合交通问题,提高信号交叉口的安全性和通行能力有重要的意义。本次研究是通过在信号交叉口进行实际调查,将摩托车与汽车的相关数据分开进行分析,得到了较为符合实际的在信号交叉口的交通流运行特征。为信号交叉口通行能力的分析、交通管理和几何设计等进一步研究提供了分析基础。1交通流特征调查为了研究摩托车、汽车混合车流在信号交叉口的实际交通形态特征,本研究选择了江苏省扬州市的5个信号交叉口进行交通流特征调查。调查时间分别选择在早高峰和晚高峰时段,采用摄像机拍摄的调查方法,进行连续观测。1.1叉型信号交叉口为了便于观测不同方向的混合车流的运行特征,调查观测的信号交叉口特征如下:(1)路口均为十字交叉型信号交叉口;(2)为了研究直行机动车辆的特征,路口均拥有一个以上的直行车道;(3)交叉口均为4相位信号交叉口;(4)路口人行横道间或有行人穿越红灯信号,但数量相当有限,不至于影响停车线后摩托车或汽车启动穿越路口;(5)交叉口内高峰时段是摩托车比例较高的摩托车、汽车混合交通流。1.2离停车线下,所有工况下的制动停车当交叉口为红灯信号,无汽车停留在车道内等待时,摩托车由上游道路行驶进入信号交叉口进口道,平均时速26.4km/h。由于驾驶员看到红灯信号时,开始减速慢行,经调查分析,其开始减速分布区域见图1。90%以上的摩托车在离停车线100m以内减速。在汽车流量较少时摩托车一般行驶在车道中央偏右侧,其中90%的摩托车出现在右侧车道,由于受进口道的影响,在接近停车线时则开始向中心偏移。当处于高峰时段时,摩托车一般以组团状车队形态行驶到达,其中80%的摩托车出现在最右侧车道。车队左侧车辆速度较右侧车辆速度快。车队中车辆行进时为错车行态。摩托车在减速后,接近停车线时开始采取制动停车措施。图2是红灯时段摩托车在停车线前开始制动时离停车线的距离分布。由图2可以看出90%摩托车制动在30m以内。其中46.8%的摩托车在极慢的速度下才开始制动停车操作,这部分摩托车在已经停车等待的汽车边利用剩余道路空间向前钻行,并不与汽车一样在停车线前线性的排队等待。1.3进口道基本状态本次调查中汽车在进口道的车辆行为与以往对汽车交通流的研究一致,基本呈现随机状态或呈线性跟车状态进入进口道。但汽车在左侧车道的车辆分布为60%,在右侧车道的分布为40%,并不很均匀,主要原因是受摩托车占用右侧车道所影响。2信号交叉口停车特征分析2.1增车停车线后堆积根据调查的结果可以发现,红灯时段直行摩托车停车在一个直行车道时主要停等在直行车道内,两个直行车道时主要停等在右边的直行车道内,停车特性详见图3。从图3可知直行摩托车在信号交叉口主要停车等待在靠右侧的直行车道内,并且有占用部分右转车道的现象。摩托车在停车线后形成堆积车队现象,堆积数量跟车道数及车道宽度有关。堆积厚度与摩托车与汽车的混合比例有关以及汽车到达先后有关,摩托车比例高时堆积厚度就大,平均堆积厚度为4.7m。在堆积车队后面摩托车以单车纵队形式分别排列在右侧直行汽车两旁。大多数在汽车右侧排队,另一侧排队的摩托车则较少。在停车线后堆积的摩托车车队中,摩托车之间的横向平均停车间距为1.1m(两车中心间距),纵向平均停车间距为0.2m(前车尾至后车头),存在错车现象。由此可见平均堆积数量与车道宽度有关。汽车两侧排队的摩托车与汽车的横向平均间距为0.2m,摩托车之间的平均纵向间距(前车尾至后车头)为0.4m。造成这一现象主要是由于后到的摩托车在红灯信号期间在排队汽车之间的空隙之间慢速钻行,直到无法前行的位置等待绿灯信号。2.2线性排放车道红灯时段,汽车停车一般停等在摩托车堆积停车车队之后在各自所属车道内呈线性排队的状态。当拥有两个直行车道时,右侧车道停车量比左侧车道要少,右侧车道头车比左侧车道头车滞后一到两个车位,其原因是摩托车队堆积停车造成的。其他特征与以往的信号交叉口汽车停车特征相同,在此不再复述。3交叉口混合动力的性能分析3.1混合动力箱的工作特点3.1.1美国测量车件下饱和流场特征根据本次调查观测结果(671组有效样本),摩托车车流在每个绿灯周期时通过停车线的形态如图4。由图中可以看出,摩托车在绿灯信号前4～2s开始启动,车辆由停车线后的堆积状态转化为疏散状态,疏散率迅速提高。至绿灯始亮4～8s之后,摩托车流开始呈现为较稳定的疏散状态,根据饱和车流的定义,可以认为在绿灯始亮后0～8s摩托车存在着饱和车流。在绿灯亮后2～4s左右存在一车流小高峰。这与台湾地区对摩托车在交叉口的特征调查有相似之处。绿灯亮后18～22s后摩托车车流开始迅速下降,此时摩托车车流已不是饱和车流,此部分车辆主要是红灯时停等在汽车两侧的摩托车,以及后来到达停车线的非等待红灯的摩托车。由观测结果可知3.5m车道的摩托车的疏散率为1.73辆/s,由此可以推算3.5m车道摩托车的饱和车流为6228辆/h。同一车道宽度下转弯车道的饱和流量与直行车道一致。在观测中还发现车道数与摩托车的疏散形态没有太大的关系,但车道宽度对摩托车的疏散率有直接的影响。3.1.2电动油路扩散特性分析根据调查发现车队启动后,由于车辆为保持安全间距,及每辆摩托车期望的速度不同,造成启动车队中的车辆开始保持不一致的间距,造成车队并未以稳定的高密度通过交叉路口,这就形成了在交叉口处的车队扩散现象。车辆之间纵向间距与车辆加速性能和启动时间有关,其运动方程如下ρai=[ahi(t),azi(t)](1)ρvi=[vhi(t),vzi(t)](2)vzi=∫tt0iazi(t)dt(3)Dij=∫tt0i∫tt0iazi(t)d2t-∫tt0j∫tt0jazi(t)d2t(4)vhi=∫tt0iahi(t)dt(5)D′ij=∫tt0i∫tt0iahi(t)d2t-∫tt0j∫tt0jahi(t)d2t(6)s.t.vi(t)≤vim(7)式中,t0i为车辆i的初始启动时刻;ai为第i车辆的加速度;azi为纵向加速度;ahi为横向加速度;vi为车辆在t时刻达到的速度;vzi为t时刻纵向速度;vhi为t时刻横向速度;vim为第i辆车能够达到的最大速度;Dij为第i辆车与第j辆车之间的纵向间距;D′ij为第i辆车与第j辆车之间的横向间距。由于停车线后的摩托车呈现堆积的车队现象,车队在通过交叉口时又呈现车队扩散现象,所以仅用车间距无法表达其横向的空间轨迹。本研究应用每个车队的平均车辆占用面积来做判定交叉口摩托车车队扩散的指标Sad=∑i=1NSiN(8)式中,N为车辆数;Sad为车队平均车辆占用面积;Si为每辆车所占用的面积。在计算车辆面积总和时应将相邻车辆边界相互连结,即整个车队最外围车辆所连接起来得有效占用道路区域面积。图5为信号交叉口车队扩散现象观测图。交叉口的平均车辆占用面积不仅可以表达车队空间特征,而且可以分析车辆的运行特征。车队启动后,车队占有面积随时间增长,启动4s后,面积增长达到稳定。当平均每辆车空间面积越小,车辆之间的间距越小,则加速行为越大,车流越不稳定。当车队平均每辆车面积达到稳定增长时,即车队扩散增长率达到稳定,此时后续通过停车线的摩托车车流处于饱和车流状态。3.2增加了启动时间和到达饱和流量汽车在通过交叉口时以线性跟车行驶方式。图6为有两个3.5m宽的直行车道交叉路口汽车通过停车线的流量。左侧车道的汽车流量,明显比右侧车道要高。右侧车辆启动时间和到达饱和流量时间均滞后于左侧车道4～6s。这主要是由于右侧车道摩托车堆积车队造成的启动时间滞后,形成饱和车流的时间也相应滞后。左侧车道的饱和流量为1150辆/h,右侧车道为1029辆/h。这主要是由于右侧车辆的外侧还有摩托车在并行,因而使受影响的汽车车队的稳定速率较低,其饱和流量下降10%左右。4绿色金融产品在低碳经济条件下,高比例化合物通过停车线设置了束线,在整体(1)信号交叉口90%的摩托车至距离停车线100m以内开始减速,30m以内开始制动。(2)摩托车在红灯时段呈堆积型态车队在停车线后等待信号,平均堆积厚度在4.7m以内,其后到达摩托车呈线性状态排列在右侧车道的汽车两侧。红灯时段汽车在摩托车堆积型态车队后呈线性排队方式等待绿灯信号。(3)在绿灯信号后前段摩托车车流呈饱和状态通过停车线,饱和车流为6228辆/h。后续混合车流中汽车以饱和状态通过,摩托车则呈现非饱和状态。摩托车提前绿灯信号启动明显,并且在绿灯初期存在着摩托车车流的一个小高峰。右侧车道汽车受摩托车影响较大,较左侧车道汽车流量明显较低。(4)摩托车堆积车队后方车道汽车启动明显滞后,与摩托车堆积厚度有关,一般汽