书城科普读物穿越时空的现代交通
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第10章 交通延误调查

延误是反映交通流运行效率的指标,进行延误调查就是为了确定产生延误的地点、类型和大小,评价道路上交通流的运行效率,在交通阻塞路段找出延误的原因,为制定道路交通设施的改善方案、减少延误提供依据。通过延误调查可以直接得到车辆行程时间和损失时间的准确数据,这对于评价道路交通设施的服务质量、进行道路交通项目的工程经济分析及研究交通拥挤程度等方面都具有十分重要的意义。

基本概念

行车延误是由于交通干扰及交通管理与控制设施等因素引起的运行时间损失,以秒或分钟计。其相关概念如下。

①行车时间:是指汽车在实际交通条件下沿一定路线,从一处到达另一处行车所需的总时间(包括停车和延误)。

②延误:由于道路与环境条件、交通干扰及交通管理与控制设施等驾驶人无法控制的因素所引起的时间损失,以s/辆或min/辆计。

③基本延误(固定延误):是由交通控制装置所引起的,与道路交通量多少及其他车辆干扰无关的延误。其主要发生在交叉口处。交通信号、停车标志、让路标志和铁道口等处都会引起基本延误。

④运行延误:由各种交通组成部分之间相互干扰而引起的延误。其主要包括由其他交通组成部分(如行人、受阻车辆、路侧停车及横穿交通等)对车流的干扰(称为侧向干扰)而引起的延误和由交通流之间的干扰(主要包括交通拥挤、汇流、超车与交织运行等,称为内部干扰)而引起的延误两个部分。

⑤停车延误:由于偶然原因使车辆处于静止状态而引起的时间延误。停车延误等于停车时间,包括车辆由停止到启动时驾驶人的反应时间。

⑥行程时间延误:实际行驶的总行程时间与完全排除干扰后以畅行速度通过路段的自由行驶时间之差。这一延误包括了停车延误与因加减速而产生的加速延误和减速延误。

⑦延误率:车辆通过单位长度路段的实际运行时间与车辆在理想条件下通过该路段所需时间之差。延误率可反映单位长度路段上延误的大小。根据国外观测资料显示,高峰时间内车辆通过单位长度路段的标准运行时间为:高速道路1.06min/km、主要城市干道1.49min/km、集散道路1.86min/km。

⑧排队延误:车辆排队时间与车辆畅行通过排队路段的时间差即为排队延误。排队时间是指车辆从第一次停车到越过停车线的时间。排队路段是指车辆的第一次停车断面与停车线之间的路段。

⑨引道延误:车辆在引道上实际消耗时间与车辆畅行通过引道延误段的时间之差即为引道延误。在入口引道上,从车辆因前方信号或已有排队车辆而开始减速行驶断面至停车线的距离叫引道延误段。排队车辆越多引道延误段就越长,实际选用时,通常将可能出现的最大排队长度作为引道延误段。

是车辆在交叉口入口引道上的时间——空间关系图。该图可以说明引道延误、排队延误和停车延误三者之间的关系。图中纵坐标是车辆通过引道延误段所用的时间,横坐标是车辆在交叉口引道上行驶的距离。由图中可以看出车辆的各种延误受阻情况。受到延误的车辆的引道实际耗时为E点的纵坐标值(s)。引道畅行行驶时间为F点的纵坐标值。引道延误为E、F两点纵坐标值之差。排队时间为E、C两点纵坐标值之差。停车延误为D、C两点纵坐标值之差。

交叉口入口引道上受延误车辆的时间—空间关系图根据对大量交叉口的调查和分析,停车延误通常约占引道延误的76%,排队延误约占引道延误的97%。

行车延误的影响因素

行车延误受许多因素的影响,这些因素主要有人(包括驾驶人、行人等)、车(如车辆类型、车龄、车辆的动力性能等)、道路与交叉口条件、交通条件(如交通组成、转向车比例和路边停靠车辆等)、交通管理和控制(如交通信号,交通标志等)及道路环境等。

1.车辆的影响

不同车型和不同车龄的车,由于动力性能不同,对行车延误的影响有所不同。一般而言,绿灯亮时,头车反应时间加起动时间,小型车要比大型车小,而大型车要比拖挂车小;从加速性能来看,小型车加速性能也要强于大型车。因此,对于车型混杂的车流,大型车越多,延误越大。

2.驾驶人的影响

行车延误不仅和驾驶人的技术水平有关,还与驾驶人的自身特性有关,主要影响因素包括:驾驶人的性别、年龄、婚姻状况、性格取向等。一般来说,青年驾驶人、男性驾驶人较中年驾驶人、女性驾驶人反应快,反应时间短,应变能力强,车速高,因而行车延误低。单身驾驶人也较已婚驾驶人开车快,性格外向型比性格内向型车速快,行车延误低。此外,驾驶人对交通规则的遵守程度对其他车辆延误有较大影响,个别驾驶人的抢道等违章行为导致交通阻塞的现象在国内屡禁不止,这也是我国与一些发达国家道路利用效率的主要差距所在。这需要加强驾驶人的素质和增强处罚力度来解决。

3.行人和非机动车的影响

行人和非机动车过街会对交通流产生干扰,进而增加行车延误。没有机非分隔带的道路同向行驶的非机动车也会对机动车的速度造成干扰。

4.道路条件的影响

用隔离墩分离的道路要比用标线分离的道路上行车延误小;机非分离的道路比机非混行的道路行车延误小。据广州至佛山公路上的调查,无分隔带道路上的行车延误约为有分隔带道路的1.3倍;车道较多、行车道较宽的道路比车道数少、行车道较窄的道路行车延误要小;进行渠化后的交叉口的平均延误要小于没有渠化的交叉口。此外,设有专用左转车道的交叉口引道入口的行车延误和没有专用左转车道的入口的行车延误也有所不同。

5.交通条件的影响

当交通流中大型车和重型车所占比例较大时,行车延误也会增加;左转和右转通过路口的车速都低于直行车速,因此,当转向车比例越大,平均每辆车的延误也越大,尤其左转车的比例对行车延误影响更为明显;此外,公交车站点停靠等路侧停车,也会对正常车流进行干扰,增加平均延误。

6.交通负荷的影响

常以负荷度来度量交通负荷的影响。所谓负荷度,就是实际交通量与通行能力的比值。行车延误与负荷度成正比。根据模拟研究,当负荷度≤0.3时,每辆车平均延误≤19s,而当负荷度≤0.7(0.3s)时,每辆车平均延误为≤32~55s(大于19s)。

7.交通控制与管理的影响

交通控制的方式对行车延误影响较明显,感应式信号机要好于单点定周期信号机控制的交叉口,而线控制则比前两者都好。如北京市前门大街实行线控以后,主干线车辆的平均延误降低了45%,支线车辆的平均延误降低了22%。信号灯配时不当也会引起较大的行车延误。一般来说,信号周期合适,绿信比越大,行车延误就越小。过长或过短的信号周期都会增大行车延误。

停车标志、让路标志也会影响车辆的行车延误。此外,随着ITS的发展,交通的信息化和实时化为机动车个体和路网总体行车延误的降低起到很大作用。如目前英国开发的“面控”系统SCOOT,在北京等大城市应用后,一定程度上缩短了行车延误,缓解了交通拥挤。

8.道路环境的影响

行车道路环境不同,会对行车延误造成一定的影响。如由于行人和路侧干扰的不同,城市道路比公路的行车延误高;商业中心区道路又比一般城市道路的行车延误高。在美国,市区道路因延误所引起的总损失时间占行程时间的15%~16%,而在商业中心区达35%~50%。

行车延误的调查方法

行车延误是分析、研究道路交通问题所需进行的一项重要调查内容。行车延误通常与行程时间一起调查,这样可同时获得行驶时间、行驶车速、行程时间、行程车速和行车延误等一系列资料。行车延误调查通常采用跟车法、输入输出法。其中,跟车法观测行车延误往往是和区间车速调查同时进行且调查方法也相同,方法已经在前面介绍过,故不再重述。下面介绍输入输出法。

输入输出法只适用于调查瓶颈路段的行车延误。该方法的假设前提是:车辆的到达和离去属于均匀分布;车辆排队现象存在于某一持续的时间内,在其中某一时段内,若到达的车辆数大于路段的通行能力时则开始排队。而当到达车辆数小于路段的通行能力时,则排队将开始消散。

具体调查方法为:调查在两个断面同时进行,在调查路段的起终点各设一名观测员,用调查交通量的办法,以5min或15min为间隔时间,统计交通量。要求两断面的起始时间相同,因此调查开始之前,两断面观测员应对准表以统一时间。当车辆受阻排队有可能超过瓶颈路段起点断面时应根据实际情况及早将起点断面位置后移。如果该路段的通行能力为已知,则瓶颈路段终点断面可不予调查,这时,终点断面每一时段离开的车辆数取同一时段待驶出车辆数和通行能力二者中的低值。

是一组用输入输出法对某一瓶颈路段发生阻塞时的观测数据,已知该路段通行能力为360辆/h,即平均每15min通过90辆车。在9:00开始的第一个15min内,到达车辆数小于路段通行能力,路段上并无阻塞。第二个15min内,累计离去车辆数小于累计到达车辆数,有10辆车被阻,于是开始阻塞。9:30~9:45是高峰,到达车辆数最大,阻塞继续发生。9:45~10:00到达车辆已开始减少,但累计待驶车辆数仍超过能离去的车辆数,通行能力仍不能满足要求。以上这45min是排队开始形成,排队长度不断增加直至出现最大排队长度的一段时间。10:00以后,到达车辆数小于路段通行能力,累计到达车辆数与累计离去车辆数开始接近,排队长度缩短,阻塞车队开始消散。到10:30累计到达车辆数等于累计离去车辆数,于是阻塞结束。

阻塞结束现在来求每辆车通过瓶颈路段的延误时间,如求第300辆车的延误时间。第300辆车是在9:45到达的,此时仅离开了260辆车,因此它排队的位置为300-260=40辆,即排队中的第40辆车。由于瓶颈路段的通行能力为360辆/h,即90辆/15min,因此每辆车通过瓶颈路段的平均需要时间为15/90min。

6.67-15[]906.5(min)

输入输出法比较简便,调查结果又能整理成十分直观的图表,因此,作为分析瓶颈路段的行车延误方法,具有一定的实用价值。但输入输出法调查延误很难得到平均每辆受阻车的延误和受阻车辆占总数的百分比,也无法确定产生延误的准确地点和原因,而且还无法识别延误的类型。在这些方面此法都不如跟车法。因输入输出法的理论前提为假设来车率与离去率是均一的,这往往与实际交通状况不相符合。事实上,来车率与离去率往往是随机的而并非均一的。因此,统计交通量的时间间隔取得越小,瓶颈路段的长度越短,精度才能越高。

此外,随着测绘技术的发展,对行程时间与延误的调查,只需一辆装有GPS的实验车即可,令实验车在待测的道路上行驶,计算机终端实时记录下车辆的行驶状态,根据GPS反馈的信息,测得速度不为零时的时间总和就是行驶时间;车辆通过整个路段的时间就是行程时间;在路口或设有交通标志的地点,速度为零的总时间就是固定延误时间;在整个路段车速为零的时间总和就是停车延误时间;在无路口或交通标志的地点,速度为零的总时间就是运行延误时间。可见,利用GPS可以方便快捷地得到相关的信息。

交叉口的延误调查

在路网和道路的总行车延误中,交叉口延误所占的比例一般都在80%以上,由此可见,交叉口的延误调查尤为重要。

交叉口的延误主要受到入口引道的车道数、宽度、坡度、入口控制方式、渠化情况、有无停车站点等道路条件的影响,同时受到每个入口引道的高峰小时交通量及其流向分配、车辆类型及组成、驶近交叉口的车速、行人及非机动车情况等交通条件的影响,此外交叉口的管制方式(如交叉口类型、信号管理方式、周期长、绿信比、停车或让路标志、转向与停车控制等)对交叉口延误也有较大的调节作用。

1.调查地点和调查时间

1)调查地点

调查地点应根据调查目的确定,在实际中通常有三种情况。

①指定交叉口。对指定交叉口进行调查主要是为了解某条道路或整个路网的延误情况。

②经常发生交通堵塞的交叉口。对其进行调查是为了提高经常发生交通阻塞交叉口的整体服务水平,为制定改善措施提供基础延误资料。

③某个交叉口一个或几个引道。主要为了了解交叉口引道的延误情况及对交叉口整体运行效率做出评价。

2)调查时间

调查应在天气良好、交通正常的条件下进行。只有需要研究不利条件下的延误特征时,才选择天气恶劣或不利的交通条件进行调查。

调查时间一般也要根据调查目的确定。要了解高峰时段延误情况就要选择高峰时段,具体选早高峰还是晚高峰,机动车高峰还是非机动车高峰,则要根据具体调查内容确定。如果是为了对比高峰和非高峰时延误,则还要调查非高峰时段延误。

在交通控制与管理设施改善前后,作延误的前后对比分析调查时,两次调查应在时间上尽可能保持一致,同时注意其他条件的相似性。

2.调查方法

交叉口延误的调查方法可分为两类:停车时间法和行程时间法。行程时间法是测定从交叉口前某一点至交叉口之后某一点的行程时间,各车辆的平均行程时间减去这段行程的车辆畅行行驶时间就是交叉口的延误。行程时间法又分为试验车法、牌照法等。因此,由行程时间法得到的延误包括停车延误和减速延误,当选择的观测点位于交叉口之后,也可用于调查控制延误。根据停车时间测定方法的不同,停车时间法可分为点样本法和分间断航空摄影法、延误仪测记停车时间法等。

1)车牌照法

车牌照法是通过记录一定车辆的牌照号码、特征和通过交叉口引道延误调查段两端的时刻,进而获得在交叉口引道实际耗时的方法。用实际耗时减去畅行行驶时间,即为引道延误时间。如果由以往资料已知畅行行驶车速,则可利用交叉口引道延误段长度除以畅行车速计算出畅行行驶时间,否则还需要调查畅行行驶车速,其调查方法也可以采用车牌照法进行。

(1)样本容量

为了保证一定的精确度,进行交叉口延误调查时,需要确定调查的最小样本数,可根据式(5~1)确定。

n=(SK)2[]E2

式中:S—引道时间的样本标准差/s,通常取S=10~20s;

E—引道时间的容许误差/s,通常取E=2~5s;

K—所要求置信度对应的常数,可按查用,通常采用置信度为95%的K值,即K=1.96.

(3)调查方法

观测时,必须确定入口断面和出口断面。入口断面记为断面Ⅰ,参照以往引道最大排队长度来确定,其位于引道上游;将交口入停车线作为出口断面,记为断面Ⅱ。两断面间的距离应宁长勿短,一般在80~200m范围内。但如果在调查过程中发现车辆排队超过了断面Ⅰ的位置,应及时予以调整,并将调整前后的调查资料分开整理。

以一个引道调查为例来说明观测过程如下:调查时,1人持对讲机站在断面Ⅰ的路侧,当欲调查的车辆到达断面Ⅰ时,便将其车型、特征和车牌号末三位数字用对讲机通知断面Ⅱ的观测人员。调查小组的其余4~5名调查人员均站在断面Ⅱ的路侧,1人持对讲机与断面I观测人员联络,其余3~4人记录。持对讲机者负责接收断面Ⅰ上观测人员发来的信息,将接收到信息分别告诉各位记录人员。记录人员一听到传送的关于某辆车的信息,立即记下当时的时刻,然后按记录的该车特征、车型及车号,在来车群中寻找自己负责记录的车辆。当该车通过断面Ⅱ时,马上记录下其通过时刻。如果要分流向研究车辆的延误,记录人员还要记下该车辆通过停车线后的去向。通常一名记录员每小时可记下20~30辆车的完整数据,引道时间越长,则能记下的车辆数越少。

畅行行驶车速可通过来回几次驾驶车辆通过交叉口,并记录车辆在交叉口上游某点的点速度得到,一般要求该点位于不受交叉口影响的中间路段上,且没有排队车辆的影响。

(4)注意事项

①抽样时除注意对一般随机取样的有关规定外,还要慎重对待在交叉口引道延误段有停靠站的公交车辆。如果不抽取这些车辆也能获取足够的样本数时,最好不调查这些车辆,只有在需要调查这类车辆时才抽取它们;但抽取公交车作为样本时,应扣除其平均停靠站的时间,这将增加额外的工作量。

②当需要调查某一流向车辆的延误时间时,根据观测的实地情况,抽取的样本总数要比通常所要求的样本大某一倍数,即:

NtN/R

式中:NT—调查某一流向车辆引道时间时应抽取的样本总数;

N—所需某一流向最小样本数;

R—某一流向的车辆在车流中的比例,一般用小数表示。

主要因为引道延误段一般都较长,车辆行至断面Ⅰ时,驾驶人尚未打开方向指示灯,断面I观测员通常无法判定车辆的流向。如果在专用转弯车道上调查,由于此时能判断出车辆的流向,因此可直接确定所需样本数。

③使用牌照法调查中,由于车辆通过断面I的时刻是由远在断面Ⅱ的观测人员记录的,因此有一定的误差,但较小(一般小于2s),并且均形成负误差,即观测的引道实际耗时均小于车辆的实际引道时间。如果引道自由行驶时间与引道实际耗时均采用牌照法观测,则在计算延误时可以抵消这项误差。

④上述调查得到的延误为交叉口引道延误,若断面Ⅱ选择在交叉口下游某点,则可得到控制延误观测数据。

⑤调查结果的整理与分析。