隧道通行能力计算方法研究

隧道通行能力计算方法研究

荣晓楠 1 闫建华 2

1.身份证号码： 22068119971220**** 2.身份证号码： 37082819850102**** 重庆 400074

摘 要：精准掌握隧道通行能力是提升隧道安全运行效率的重要前提之一。通过对当前大量道路通行能力研究文献分析，针对目前通行能力研究中较为缺乏的隧道通行能力研究，结合隧道交通流数据，提出动静态影响因素一体化的隧道通行能力影响因素研究与隧道通行能力计算模型构建思路和流程及有待进一步研究的关键技术。

关键词：隧道；通行能力；影响因素

随着隧道的快速建设,也给交通安全问题带来新的挑战。截至2019年，我国公路特长隧道已达19067座，总里程达1986.66万米。由于隧道是半封闭的空间，发生事故后易导致交通混乱，而当前无隧道通行能力标准，均为参照高速、市政道路等规范标准设计管控方案。由于缺乏管控科学依据，导致当前隧道运营管理重点为基础管理和结果管理，缺乏车辆动态管控，无法有效控制事故发生。为揭示特长隧道通行能力影响因素，特长隧道的通行能力有待研究。

1 隧道通行能力现状研究

目前对通行能力的研究主要针对道路交叉口、道路路段等进行探讨，缺少隧道的通行能力研究。主要研究的影响因素主要包括道路条件、交通条件、管制条件和技术条件等，研究方法主要采用回归分析法、层次分析法及数理统计等方法。

1.1 通行能力影响因素研究

路段通行能力的基本影响因素有道路条件、交通条件、环境和气候条件以及规定运行条件等。国内外学者针对不同因素对通行能力的影响进行深入研究。杨晓光[1]通过定性分析进出交通对路段通行能力的影响，并基于交通流冲突分析原理及理论分析建模方法，对6种不同的干扰车流进行定量分析，最后采用敏感性分析探讨了影响道路主流向通行能力的相关因素。周约珥[2]基于重庆市主城区不同立交基本段采集的交通流与道路线型等数据,建立Panel Data(面板数据)模型,研究山地城市立交基本段通行能力的主要影响因素,确定通行能力与主要影响因素间的数学关系。刘江[3]基于有效曲度和有效梯度的概念,分析公路的曲线半径和纵坡对通行能力的影响,发现当半径大于400m或道路纵坡小于3%时,道路平纵对通行能力几乎没影响。胡章立[4]研究了快速路基本路段通行能力影响因素,应用层次分析法建立了基本路段通行能力影响因素的层次结构模型，运用流体力学分析了道路线形对快速路基本路段通行能力的影响。茹红蕾[5]通过对比分析和回归分析发现通行能力随车道数的增加而降低、通行能力与车道宽度呈三次函数关系。

1.2 通行能力计算模型研究

国内外学者对通行能力估算展开了广泛的研究，钟连德[6]通过大量采集的实测数据和基本路段交通流特性分析，应用数理统计方法建立速度与流量关系模型，给出了理想通行能力的推荐值和修正系数,并通过层次分析法来评判城市快速路基本路段的通行能力；秦丽辉[7]采用回归分析法计算了城市干路路段实际通行能力的路侧自行车数量修正系数;云美萍[8]将指路信息对通行能力的影响作为指标，改进了城市道路交织段通行能力的计算模型，并比较了3个典型断面的通行能力:停车线断面、交织段断面和路段断面。现有研究中还有城市快速路发生事故的路段通行能力估算、车道宽度对通行能力的影响、高速公路基本路段通行能力仿真模型、城市快速路交织区运行特征的通行能力估计模型等。

1.3 现有方法缺陷

当前研究内容主要基于各类模型和算法只是基于理论的研究，实际效果是否可行还有待商榷。对研究结果的验证往往通过建立相关模型或利用统计学的方法进行，难以对研究方法进行客观评价。当前通行能力研究中考虑的影响因素不多，而实际中环境的影响是多样的，随着交通信息化建设的不断完善，出行产生了海量交通数据，而这些数据没有很好地应用在通行能力研究上。

2 研究热点及面临挑战

2.1研究热点

随着研究的深入,研究对象逐步向具有针对性的路段进行转变；影响因素研究也不仅局限于单因素；研究方法已逐步从传统模型理论方法转向人工智能、深度学习等新型数据挖掘方法转变。

2.2隧道通行能力研究面临挑战

（1）隧道运行条件特殊。隧道属于半封闭空间，相比于城市道路或公路，其环境因素对交通流的影响较大，对于同一隧道内的不同路段其通行能力都将存在较大差异，使得科学、准确的确定通行能力更加困难。

（2）隧道交通数据的局限性。隧道内设备安装及数据采集均存在一定困难，小样本微观交通数据无法反映隧道内路段在不同条件下的运行状态，量少、质量差的数据无法全面揭示隧道交通流运行状态。传统交通数据难以为通行能力研究构建良好的数据环境。

（3）客观、准确的通行能力计算模型构建。交通需求剧增,拥堵加剧对交通管控提出了更高要求,有效的隧道交通安全管控措施制定必须基于客观的管控依据。当前隧道通行能力标准，均为参照高速、市政道路等规范标准设计，无科学的管控依据。

3 隧道通行能力研究方法

对隧道内交通流数据进行清洗、筛选，提取隧道内各路段的交通流数据，分析隧道内流量、速度、密度三者关系。考虑不同影响因素对通行能力的影响，将影响因素量化，分别分析其对通行能力的影响，主要考虑的影响因素如平曲线半径、竖曲线半径、纵坡、速度、交织比等。在隧道交通流数据的支持下，将各影响因素与通行能力进行关联，进而构建隧道通行能力计算模型，确定隧道通行能力，并利用仿真模型对参数进行标定。

图1 技术路线

4 结语

隧道路段因其特殊的工程构造和通行环境，导致隧道内发生交通事故的风险低于相同条件下的普通道路，但隧道内事故的严重程度和造成的人员伤亡后果更为严重，隧道内交通管控工作亟待加强。当前无隧道通行能力标准，均为参照高速、市政道路等规范标准设计管控方案，缺乏管控科学依据。目前一直缺乏对隧道这一特殊环境的通行能力研究，因此隧道通行能力的研究，可精准掌握隧道通行能力，为隧道流量调控提供科学依据，为隧道更高效、安全的运行提供管控依据，提高隧道区域路网的可靠性，优化资源配置，预防交通阻塞与交通事故的发生。随着智能交通技术、车辆技术和运行环境等的变化与发展,通行能力研究也是一个与时俱进的过程，特殊环境、特殊场景通行能力研究将成为未来研究的一个重要方向。

参考文献：

1. 杨晓光, 赵靖, 郁晓菲. 考虑进出交通影响的路段通行能力计算方法[J]. 中国公路学报, 2009(05):83-88.

2. 周约珥,龚华凤,赵聪霄,徐小童,黄博亚.基于Panel Data的山地城市立交基本段通行能力影响因素研究[J].交通运输系统工程与信息,2020,20(05):163-168.

3. 刘江,魏中华.道路线形对双车道公路通行能力的影响研究[J].土木工程学报,2007,40(7): 95-100.

4. 胡章立. 快速路基本路段通行能力影响因素研究[D]. 长沙理工大学, 2007.

5. 茹红蕾.城市道路通行能力的影响因素研究[D]．上海:同济大学，2008

6. 钟连德,李秀文,荣建,任福田,周荣贵.城市快速路基本路段通行能力的确定[J].北京工业大学学报,2006(07):605-609.

7. 秦丽辉,裴玉龙,白崇喜.自行车干扰下的城市干路路段通行能力与服务水平[J].哈尔滨工业大学学报,2018,50(09): 61-67.

8. 云美萍,陈震寰,吉静.城市道路指路信息对进口道车流交织长度及通行能力的影响[J].公路交通科技,2014,31(09): 108-114.