高速公路交通事故对通行能力影响的仿真研究

引言

近年来，我国高速公路推动了国民经济的发展，带来了 巨大的经济和社会效益。道路的通行能力是衡量高速公路运 输能力的重要指标，通常情况下受特定的道路条件、交通条件、 管制条件及度量标准的影响，但一些随机事件也会对通行能力 造成一定的影响，其中道路上的交通事故就会因其独有的特点 而降低道路通行能力，因此研究交通事故对通行能力的影响 将帮助我们提高事故发生区交通效率和安全。由于高速公路 车流量大、交通状况复杂，采用仿真技术能够细致地仿真高 速公路交通流及其变化状况，且经济便利、重复性强。本文将 使用TransModeler仿真软件研究交通事故对通行能力的影响。

1仿真软件及仿真思路

TransModeler由美国Caliper公司发布，是基于MIT的 杨齐博士等开发的MITSim系统而完善的混合仿真系统，它 将微观、中观和宏观交通仿真模型与交通分配模型融为一体, 便于对大范围的交通状况进行仿真模拟。其中微观仿真更多 地考虑参加交通运输活动个体的具体状况，与实际的交通运 输状况更为贴近。

在高速公路交通事故情况下影响通行能力的因素较多, 如封闭车道数、封闭车道长度、行车道宽度、事故路段限速、 事故路段作业活动和交通事故延迟时间，所以本文只研究事 故路段限速、封闭车道长度和交通事故延迟时间三个因素对 通行能力的影响趋势及影响程度。在研究路段区域末端、事 故路段区和事故路段前设置检测器，保证每次仿真输入车辆 数相同，任意改变其中一个因素，观察各个检测点检测到的 车流量、车速的变化，将路段末检测到的车流量作为此时交通情况下该路段的通行能力。

2交通事故对通行能力的影响

建立一条长2 km的双向4车道高速公路，自由流为 120 km/h，限速为80 km/h，仿真路段设置检测器，选择输 出车速、车流量。在道路状况良好的情况下，以OD输入量作 为因变量，逐步增大输入，直到末端检测到的车流量不再增 加，车头时距达到最低，认为此时的车流量是最大通行能力, 为2 349辆标准小汽车，输入量为5 000标准小汽车，并以此 输入量作为事故发生时的仿真输入。

2.1事故延迟时间对通行能力的影响

本文对事故延迟时间对通行能力的影响进行了仿真：仿 真时间段为8 : 00〜9 : 00，1个小时，事故发生在8 : 10, 发生路段为外侧车道，该车道封闭1 km，无车通过，内侧车 道畅通，逐步增大交通事故延迟时间。

2.1.1事故延迟时间对车流量的影响

图1所示是事故延迟时间对车流量的影响。从图1可以 看出，事故发生在外侧车道时，该车道的通行能力受到了事故 的影响，1小时通过检测点的车流量随着事故延迟时间的增加 而下降，下降的规律几乎呈线性关系。从图中还可以看出，外 侧车道的交通事故对内侧车道的通行能力也产生了影响，只是 影响程度小于外侧车道，内侧车道的车流量也随着交通事故延 迟时间的增大而下降，且几乎呈线性下降。产生这种现象的 原因是外侧车道封闭时间越长，一小时内该车道开放通行的时 间越少，车流量也就越少。另外原先行驶在外侧车道的车辆 换道到内侧车道行驶，事故延迟时间越长，就会有更多的车 辆变道，从而导致内侧车道的车流量增多，内侧车道的车辆 降低车速保证以安全的车头时距行驶，最终通过内侧车道的 车流量减少。

2.1.2事故延迟时间对车速的影响

图2给出了事故对车速的影响情况。从图2可以看出, 外侧车道发生事故时，内侧车道在事故路段区的平均车速和事 故路段前的平均车速受到外侧车道事故的影响，会有明显的下 降，并且车辆平均速度随事故延迟时间的增加而降低。这是 由于外侧车道的车辆到达事故路段时，该车道无法通行，驾驶 员要进行变车道行为，两个车道的车辆汇集到一个车道，汇流 处的车辆数增加，驾驶员为了行驶安全而降低了车速。内侧车 道在事故路段区域的车速也随着在该车道行驶的车辆数增加 而降低。从图2中还可以看出，事故路段前车速下降程度比事 故路段区车速下降程度大，这是由于变换车道时，此处的车 流量突然大量增加，换车道的驾驶员为保证安全，降低行驶 速度，缓慢地汇入到内侧车道的车流中。而内侧车道的驾驶员 也会降低车速，让外侧车道的车辆汇入到内侧车流中，严重 时还会出现车辆走走停停的现象。一旦进入到内侧车道的车 流中，驾驶员开始提速，车流散开，不再集中在某一点，从而 使事故路段区域车速下降程度比事故路段前车速下降程度小。

2.2 车道限速对通行能力的影响

本文还对车道限速对车流量的影响进行了仿真。仿真时间为 8 ：00 ～ 9 ：00，1 个小时，事故发生在 8 ：10，事故总时间 20 分钟，发生路段为外侧车道，该车道 1 km 的范围内限速行驶，内侧车道畅通。

图 3 所示是车道限速对车流量的影响。从图 4 中可以看出，事故路段车道限速对通行能力有一定的影响，限速越低，通过该车道检测点的车流量越少，通行能力越小，限速与车流量呈曲线关系。从图中还可以看出限速越低，车流量下降率越大。这是因为限速较小时，车辆缓慢行驶，一小时内通过检测点的车流量减少。

2.3 车道封闭长度对通行能力的影响

研究车道封闭长度对通行能力的影响的仿真时间为 8 ：00 ～ 9：00，1 个小时，事故发生在 8：10，事故总时间 30 分钟，发生路段为外侧车道，封闭该车道，内侧车道畅通。

图4 给出了车道封闭长度对通行能力的影响情况。由图 4可知，随着车道封闭长度的增加，车流量逐步减少，下降曲线比较平缓。封闭区域长，意味着能够使用的车道路段少，所封闭的车道在一小时内通过的车流量会明显下降。

2.4通行能力影响因素对比

表1所列是通行能力影响因素的对比情况。从表1可以看出，交通事故延迟时间对通行能力的影响最大，交通事故路段封锁长度对通行能力的影响最小，交通事故路段限速对通行能力的影响居中。表明通行能力最容易受事故延迟时间的影响，所以交通事故一旦发生，应该尽快疏通道路，减少事故延迟时间，避免由于通行能力的大量下降，而导致的高速公路的运输效率的降低。

3 结 语

交通事故对高速公路通行能力有很大的影响，交通事故的各个因素也在不同程度的影响着通行能力，但在实际中针对某一具体因素展开研究是比较困难的，所以采用了TransModeler微观仿真软件对交通事故的路段封锁长度、事故延迟时间和车道限速三个因素进行了仿真分析，得出了它们对道路通行能力的影响趋势和影响程度的大小排序。交通事故不仅影响事故车道的通行能力，还会影响相邻车道的通行能力，其中交通事故延迟时间对通行能力的影响较大。所以一旦高速公路发生交通事故，应该及时处理，疏散道路，减少事故延迟时间，降低因事故引起的损失，避免通行能力的大幅度下降。研究交通事故对通行能力的影响将有助于我们提高高速公路的运营效率和安全。

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