本發(fā)明屬于高速公路管理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種etc指示標(biāo)志設(shè)置安全距離計算方法。

背景技術(shù)：

目前我國高速公路收費站的收費方式為etc(electronictollcollection電子不停車收費系統(tǒng))和mtc(manualtollcollection，人工半自動收費系統(tǒng))兩種方式共存。etc與mtc收費方式的不同決定了兩種不同特征的交通流互相干擾不可避免，同時由于etc車道指示標(biāo)志設(shè)置的不合理造成車輛頻繁換道、緊急換道、非etc用戶誤入etc收費車道等行為，這些行為顯著增加了高速公路主線收費站發(fā)生危險的幾率，而一旦收費站發(fā)生交通事故就會對后續(xù)車輛產(chǎn)生嚴(yán)重影響，甚至發(fā)生大規(guī)模擁堵與追尾事故。因此合理設(shè)置etc車道指示標(biāo)志的位置能夠給駕駛員充分的反應(yīng)與操作時間，避免緊急換道等現(xiàn)象，對加強主線收費站交通安全建設(shè)具有重要意義。

國內(nèi)外學(xué)者在收費站etc指示標(biāo)志設(shè)計方面展開了不同程度的研究，其中主要研究集中在指示標(biāo)志的設(shè)置形式與標(biāo)志內(nèi)容的設(shè)計，而針對etc指示標(biāo)志設(shè)置位置的研究重點以交通流仿真為基礎(chǔ)，以提高收費站通過效率為目標(biāo)。從安全角度對收費站指示標(biāo)志位置的研究大多根據(jù)經(jīng)驗確定，并且僅適用于普通收費站，沒有考慮到etc與mtc共存的特殊性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種基于換道行為的主線收費站etc指示標(biāo)志設(shè)置安全距離計算方法，該方法針對etc與mtc共存的主線收費站

etc指示標(biāo)志設(shè)置安全距離計算方法。

技術(shù)方案：本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：基于換道行為的主線收費站etc指示標(biāo)志設(shè)置安全距離計算方法，包括如下步驟：

(1)計算從駕駛員開始對etc指示標(biāo)志的內(nèi)容進(jìn)行讀取的位置到駕駛員開始準(zhǔn)備實施換道、減速等行動的位置之間的反應(yīng)距離l1；

(2)計算從駕駛員開始對etc指示標(biāo)志的內(nèi)容進(jìn)行讀取的位置到etc指示標(biāo)志所在位置之間的識讀距離l2；

(3)計算從駕駛員開始準(zhǔn)備實施換道、減速等行動的位置到駕駛員完成換道、減速等行動準(zhǔn)備通過閘機的位置之間的行動安全距離l3；

(4)計算etc指示標(biāo)志前置距離l4，l4＝l1+l3-l2；

(5)計算具體etc收費車道布置方案對應(yīng)的etc指示標(biāo)志設(shè)置安全距離f(n,n)max＝l4；其中n為高速公路基本路段換道次數(shù)，n為收費廣場漸變段換道次數(shù)。

l1的計算如下：

其中t1為反應(yīng)的總時間，單位為s；v1為汽車在高速公路基本路段的行駛速度，單位為km/h。

l2的計算如下：

其中h為標(biāo)志中文字的高度，單位為cm；α為駕駛員視角；r2為轉(zhuǎn)換系數(shù)，單位為度。

l3的計算如下：

(4.1)計算高速公路基本路段行動距離l3-1；

(4.2)計算收費廣場漸變段行動距離l3-2；

(4.3)計算收費卡門直線段行動距離l3-3；

(4.4)計算l3：l3＝l3-1+l3-2+l3-3。

高速公路基本路段行動距離l3-1的計算包括如下步驟：

(5.1)計算高速公路基本路段行駛中等待可插入間隙的行動距離l1；

(5.2)計算高速公路基本路段行駛中判斷可插入間隙的行動距離l2；

(5.3)計算高速公路基本路段行駛中調(diào)整車速的行動距離l3；

(5.4)計算高速公路基本路段行駛中車輛橫移換道的行動距離l4；

(5.5)計算l3-1：l3-1＝(l1+l2+l3+l4)*n；其中n為高速公路基本路段換道次數(shù)。

l1的計算為：

其中tw為車輛等待插入間隙的時間，單位為s。

l3的計算為：

其中v1為汽車在高速公路基本路段的行駛速度，單位為km/h，t2為調(diào)整車速的時間。

l4的計算為：

其中t3為車輛橫移換道的時間，d為高速公路基本路段中一個車道的寬度；j為平均橫移速度。

l3-2的計算為：

其中v2為車輛在漸變段的行駛速度；t'w為漸變段車輛等待插入間隙的時間；n為收費廣場漸變段換道次數(shù)；為收費廣場漸變段的漸變率。

每個車道中高速公路基本路段換道次數(shù)n和收費廣場漸變段換道次數(shù)n按下式計算：

其中，m為高速公路基本路段單向車道數(shù)，i為單向總收費車道數(shù)，i為收費車道位置編號，從內(nèi)側(cè)向外側(cè)依次為1，2，3…i。

有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明公開的基于換道行為的主線收費站etc指示標(biāo)志設(shè)置安全距離計算方法具有以下優(yōu)點：1、兼顧收費站的交通流量與車輛動力學(xué)特征，充分考慮了交通流量、駕駛員生理特性、車輛運動狀態(tài)、收費站設(shè)計方案等多種因素對etc指示標(biāo)志安全距離的影響，計算結(jié)果更加接近實際情況；2、根據(jù)收費廣場漸變段運行車速與漸變率等特征，提出了收費廣場漸變段的行動安全距離計算方法；3、能夠針對不同特征的etc收費站分別計算其etc指示標(biāo)志設(shè)置安全距離，計算方法適用范圍較為廣泛。

附圖說明

圖1是本發(fā)明公開的安全距離計算方法的流程圖；

圖2etc用戶經(jīng)過收費站行為過程分析圖；

圖3具體收費站平面設(shè)計方案示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式，進(jìn)一步闡明本發(fā)明。

如圖1所示，本發(fā)明公開的基于換道行為的主線收費站etc指示標(biāo)志設(shè)置安全距離計算方法，包括如下步驟：

(1)計算從駕駛員開始對etc指示標(biāo)志的內(nèi)容進(jìn)行讀取的位置到駕駛員開始準(zhǔn)備實施換道、減速等行動的位置之間的反應(yīng)距離l1；

(2)計算從駕駛員開始對etc指示標(biāo)志的內(nèi)容進(jìn)行讀取的位置到etc指示標(biāo)志所在位置之間的識讀距離l2；

(3)計算從駕駛員開始準(zhǔn)備實施換道、減速等行動的位置到駕駛員完成換道、減速等行動準(zhǔn)備通過閘機的位置之間的行動距離l3；

(4)計算etc指示標(biāo)志前置距離l4，l4＝l1+l3-l2；

(5)計算具體etc收費車道布置方案對應(yīng)的etc指示標(biāo)志設(shè)置安全距離f(n,n)max＝l4；其中n為高速公路基本路段換道次數(shù)，n為收費廣場漸變段換道次數(shù)。

如圖2所示，車輛在高速公路上行駛到抵達(dá)收費亭，整個行為過程可以定義為先后依次經(jīng)過8個點：視認(rèn)點1，為駕駛員發(fā)現(xiàn)etc指示標(biāo)志的位置；始讀點2，為駕駛員開始對標(biāo)志內(nèi)容進(jìn)行讀取的位置；讀取點3，為駕駛員讀取完畢標(biāo)志內(nèi)容的位置；消失點4，為駕駛員開始看不到標(biāo)志的位置；行動點5，為駕駛員開始準(zhǔn)備實施換道、減速等行動的位置；標(biāo)志點6，為etc指示標(biāo)志所在位置；漸變段起點7，為收費廣場漸變段起始位置；完成點8，為駕駛員完成換道、減速等行動準(zhǔn)備通過閘機的位置。

始讀點2到行動點5之間的距離l1為反應(yīng)距離，l1的計算如下：

其中t1為反應(yīng)的總時間，單位為s；v1為汽車在高速公路基本路段的行駛速度，單位為km/h，3.6是將速度v1的單位由km/h轉(zhuǎn)換為m/s的轉(zhuǎn)換系數(shù)。根據(jù)張伯明的研究論文《交通標(biāo)志漢字視認(rèn)性的研究》反應(yīng)時間t1取2.5s，即：

l1＝0.694v1。

始讀點2到標(biāo)志點6之間的距離l2為識讀距離，根據(jù)李中原和李爽爽的研究論文《基于人因工程學(xué)的交通信息顯示屏設(shè)計方案研究》，l2的計算如下：

其中h為標(biāo)志中文字的高度，單位為cm，根據(jù)一般高速公路的標(biāo)志規(guī)范，字體高度取50cm；α為駕駛員視角，此處根據(jù)駕駛員的視力要求1.0，α取10′；r2為轉(zhuǎn)換系數(shù)，單位為度，優(yōu)選值為57.3；即l2＝286.5

行動點5到完成點8之間的距離l3為行動安全距離；行動安全距離由高速公路基本路段行動距離l3-1、收費廣場漸變段行動距離l3-2、收費卡門直線段行動距離l3-3三部分組成，即l3＝l3-1+l3-2+l3-3。

高速公路基本路段行動包括四個過程：等待可插入間隙，判斷可插入間隙，調(diào)整車速，車輛橫移換道，四個過程對應(yīng)的行動距離分別為l1、l2、l3、l4，故高速公路基本路段一次完整的換道行動距離為l1+l2+l3+l4，高速公路基本路段n次換道行動距離為l3-1＝(l1+l2+l3+l4)*n。

l1的計算為：

其中v1為汽車在高速公路基本路段的行駛速度，單位為km/h，tw為車輛等待插入間隙的時間，單位為s。

根據(jù)李文權(quán)等人的研究論文《高速公路合流區(qū)1車道車頭時距分布特征》：

其中t為臨界間隙時間，一般取值為4.0s，λ為平均到達(dá)率；τ為最小車頭時距，一般取值為1.2s。

根據(jù)曹荷紅的研究論文《高速公路互通式立交變速車道研究》，l2＝0.879v1tw。

l3的計算為：

其中t2為調(diào)整車速的時間，單位為s，根據(jù)任福田的著作《交通工程心理學(xué)》，優(yōu)選取值為2.5s，即l3＝0.694v2。

l4的計算為：

其中d為高速公路基本路段中一個車道的寬度，一般取值為3.75m；j為平均橫移速度，一般取值為1m/s；即：l4＝0.278v1d。

與車輛在高速公路基本路段的行動過程類似，車輛在收費廣場漸變段的行動距離也包括四個過程：等待可插入間隙，判斷可插入間隙，調(diào)整車速，車輛橫移換道；不同的是，如果在收費廣場漸變段換道n次，其中包括的行動過程為：一次等待可插入間隙，其行動距離為一次判斷可插入間隙，其行動距離為0.879v2t'w；一次調(diào)整車速，其行動距離為和n次車輛橫移換道，其行動距離為：t2′為調(diào)整車速的時間，單位為s，根據(jù)任福田的著作《交通工程心理學(xué)》，優(yōu)選取值為2.5s；即：l3-2的計算為：

l3-2＝0.278v2·t'w+0.879v2t'w+0.694v2+0.278v2d*ncosθ

其中v2為車輛在漸變段的行駛速度；d為高速公路基本路段中一個車道的寬度；t'w為漸變段車輛等待插入間隙的時間；n為收費廣場漸變段換道次數(shù)；為收費廣場漸變段的漸變率。

收費卡門直線段行動距離l3-3，根據(jù)王嬌蕾的研究論文《電子不停車收費系統(tǒng)(etc)的設(shè)計及應(yīng)用》優(yōu)選取值為80m。

標(biāo)志點6到完成點8之間的距離l4為etc指示標(biāo)志前置距離，計算如下：

l4＝l1+l3-l2＝l1+l3-1+l3-2+l3-3-l2

將上述各部分的優(yōu)選值代入，得到：

l4＝0.694v1+n(0.278v1tw+0.879v1tw+0.694v1+0.278v1d)

+0.278v2t′w+0.879v2t′w+0.694v2+0.278v2ndcosθ+80-286.5

＝0.694v1+n(1.157v1tw+0.694v1+0.278v1d)

+1.157v2t′w+0.694v2+0.278v2ndcosθ-206.5

根據(jù)我國目前的規(guī)范規(guī)定，漸變率的范圍為1/5～1/7，本實施例中選取1/7。通常情況下，車輛在基本路段完成換道，即n≠0；故n＝0,n≠0和n＝0,n＝0這兩種情況在收費站的指示標(biāo)志布設(shè)中其實都不存在；當(dāng)n≠0,n＝0時，基本路段正常換道，漸變段不用換道，不用換道則只需做勻減速運動即可，平均減速度取2.5m/s2，按運動學(xué)距離計算公式有：

由此得到具體etc收費車道布置方案對應(yīng)的etc指示標(biāo)志設(shè)置安全距離f(n,n)max：

其中，a為勻減速運動的平均減速度，取2.5m/s2，每個車道中高速公路基本路段換道次數(shù)n和收費廣場漸變段換道次數(shù)n按下式計算：

其中，m為高速公路基本路段單向車道數(shù)，i為單向總收費車道數(shù)，i為收費車道位置編號，從內(nèi)側(cè)向外側(cè)依次為1，2，3…i。

以某etc主線收費站為例，高速公路基本段單向三車道，交通量為4000輛/小時，平均運行速度取80km/h；收費廣場漸變段漸變率為1/7，交通量為5500輛/小時，平均運行速度取60km/h；車道寬度3.75m；共6個收費車道，etc車道布置在最外側(cè)。收費站平面設(shè)計如圖3所示。

(1)計算反應(yīng)距離l1：

(2)計算識讀距離l2：

(3)計算行動安全距離l3：

(4.1)計算高速公路基本路段行動距離l3-1；

高速公路基本路段行動包括四個過程：等待可插入間隙，判斷可插入間隙，調(diào)整車速，車輛橫移換道，四個過程對應(yīng)的行動距離分別為l1、l2、l3、l4，故高速公路基本路段一次完整的換道行動距離為l1+l2+l3+l4，高速公路基本路段n次換道行動距離為l3-1＝(l1+l2+l3+l4)*n。

根據(jù)多車道折算系數(shù)，基本路段三車道折算成2.89，則上式中的平均到達(dá)率λ為：由此計算得到：

l2＝0.879v1tw＝0.879×80×2.2＝154.704；

(4.2)計算收費廣場漸變段行動距離l3-2；

因為i＝6,m＝3，得到高速公路基本路段換道次數(shù)n和收費廣場漸變段換道次數(shù)n：

由此得到：

根據(jù)多車道折算系數(shù)，漸變路段六車道折算成4.45，則收費廣場漸變段的平均到達(dá)率為：由此計算出t′w＝1.9s；

l3-2＝0.278v2·t'w+0.879v2t'w+0.694v2+0.278v2ndcosθ

＝0.278×60×1.9+0.879×60×1.9+0.694×60+0.278×60×n×3.75×cos8.1°

＝173.538+61.92n

(4.3)計算收費卡門直線段行動距離l3-3；

l3-3＝80m

(4)計算etc指示標(biāo)志前置距離：

l4＝l1+l3-l2＝l1+l3-1+l3-2+l3-3-l2

＝55.52+n(48.928+154.704+55.52+83.4)+173.538+61.92n+80-286.5

＝22.558+342.552n+61.92n

(5)計算具體etc收費車道布置方案對應(yīng)的etc指示標(biāo)志設(shè)置安全距離f(n,n)max：

f(n,n)max＝22.558+342.552n+61.92n

＝22.558+342.552×2+61.92×3＝893m

得到etc指示標(biāo)志設(shè)置安全距離為893米。