高速公路收费站通行能力分析与设计(附件)
高速公路收费站是高速公路上的重要组成部分之一，它的通行能力限制着整段高速公路路段的通行以及运营状况。由于目前各种车辆交费延误情况，大大降低了收费站的通行能力，从而使得收费站成为高速公路交通的瓶颈。本文首先对高速公路收费站的基础设施进行了介绍，其中主要是对收费站不同结构来进行分类，阐明了它们各自的特点，接着对收费站的交通特性进行分析，包括简要地介绍了一下ETC以及ETC的现状，对收费站通行能力的计算方法和排队论理论，泊松分布理论进行了介绍。根据收费站实地的调查数据，确定了收费口车辆到达状况以及服务时间。利用理论分析法分开考虑不同种类收费车道的通行能力，再通过建立M/M/1、M/M/N排队论模型得出MTC以及ETC收费通道的服务强度，车辆排队队列的平均等待车辆数，车辆平均等待时间等数据来进行对比分析，最后对淮安的高速公路收费站通行能力进行预测，求出不同比例ETC收费通道的通行能力，作为收费站提高收费站通行能力提出建议的理论依据。关键词收费站通行能力；MTC车道；ETC车道；服务水平；排队论
目 录
1 绪论 1
1.1. 选题的背景 1
1.2. 选题的意义与目的 1
1.3. 国内外研究现状分析 2
1.3.1. 国外研究现状 2
1.3.2. 国内研究现状 3
1.4. 研究思路 4
2. 收费站模式与分类 5
2.1. 收费设施 5
2.2. 收费站结构分类 5
2.2.1. 按照设立的位置分类 5
2.2.2. 按照收费制度分类 5
2.2.3. 按照收费方式分类 6
2.2.4. 按照收费模式分类 6
3. 收费站运行特性分析 6
3.1. 车辆通过收费站过程 7
3.2. ETC收费系统 7
3.3.高速公路收费站交通特性分析 8
3.3.1. 车辆到达分布特性 8
3.3.2. 车道选择特性 8
3.3.3. 车辆速度分布特性 9
3.4. 高速公路收费站通行能力分析 9
4. 研究收费站通行能力模型分析 11
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
4.1. M/M/1排队系统 11
4.2. M/M/N排队系统 12
4.3. 泊松分布 13
5. 淮安实例调查数据与分析 14
5.1. ETC通道分析 17
5.2. 货车MTC通道分析 17
5.3. 普通MTC通道分析 18
5.4. 数据预测 19
5.5. 数据分析总结 20
6. 结论与建议 21
致 谢 22
参 考 文 献 23
绪论
选题的背景
在如今，道路的建设和发展推动着社会经济发展，尤其是我国的高速公路，我国的高速公路发展的时间相对于西方国家晚了半个世纪，早在改革开放初期的时候，随着我国国民经济的快速发展，公路运输量的急剧增加，出现了频繁的交通拥堵和事故，为了改善这种现象，国家大力推动建设高速公路，根据发达国家的实践与经验，发现这是解决交通紧张的有效途径。
在高速公路起步建设的时候， 1988年上海至嘉定高速公路建成通车，打破了中国大陆没有高速公路的历史，随后，1990年，沈大高速公路建成通车，象征着我国的高速公路发展踏入一个新的时代，1992年交通部规定的“五纵七横”国道主干线规划为我国高速公路的快速健康地发展打下了坚实的基础。近20年，高速公路发展进入了高速发展的阶段，2002年年底的时候，我国的高速公路里程已经位居世界第二，一举突破了2.5万公里，截至2017年三月，中国高速公路通车总里程达到125373公里，超过美国居于世界第一。高速公路的快速发展，大大地减小了各个城市，各个省际之间的时空距离。在如今，高速公路的方便性已经成型，走进了日常老百姓的生活，大大改变了人们的生活方式。同时推动了商品，信息，技术等等的快速发展，拓展了市场，对于促进各个企业的竞争和国民的经济发展都起到了重要的作用。
作为高速公路的瓶颈，合理地设计高速公路收费站可以有效地减缓交通拥堵，也可以降低收费站建设的投入，根据世界银行的统计报告，收费站如果能高效的运营和管理，合理开发通道数，采用合理地收费设备，那么它的运行费用和收入比率大约是5%至10%，反之则会大大增加成本。近年来，由于复式收费车道运营成本较低，占地面积小，不受地形限制等等优点，所以被广泛地应用，混合收费站未来也会呈一个较长的时间存在。因此，设计收费站的时候确立与之匹配的收费设施具有十分重要的意义。
选题的意义与目的
在伴随着高速公路飞速发展的同时，人们的生活水平条件也大大提高，拥有私家车人数急剧上升，最后导致交通量的快速增长，快速增长的交通量与有限增长的交通设施所造成的矛盾日渐突出。一些高速公路的交通量基本已经达到饱和状态， 导致该高速公路段的大部分车辆经常以低于设计的最低时速行驶，而收费站作为出入高速公路的重要节点，它的通行能力要远小于路段的通行能力。从而导致了收费站出入口出现排队的现象，大大增加了行驶车辆的延误情况，达到一定的程度时候，就会影响到高速公路主线上的车辆通行。
排队现象也会造成各种不好的影响，排队的时候，往往会浪费驾驶员的大量时间，难免会造成他们不好的情绪，不仅降低了高速公路收费站的运行效率，也大大降低了收费站在驾驶员心目中的整体形象。在排队的过程中，如果驾驶员想要变换车道比较困难，这样会导致载客汽车或者其他有紧急需求的的车辆不能优先通过了。与此同时，由于排队的过程会导致车辆频繁的启动和制动，从而造成了大量的车尾气对环境也会造成严重的污染，也加剧了轮胎与路面之间的摩擦损耗，车辆自身的燃油损耗等等一系列的问题[1]。因此，要想如何提高收费站的通行能力，就得从分析并且解决收费站口的排队情况，根据实际情况，从根本上来解决它。
为了解决上述的问题，本课题研究的主要目的是通过理论分析和以淮安南高速公路收费站的实地调查的数据来分析研究出切实可行的方法，从而可以提高高速公路收费站的通行能力。
国内外研究现状分析
近年来，随着高速公路交通量的不断增长，很多路段的交通量已经出现超出预测的现象，高速公路收费站的拥堵情况也日益增加，为了解决收费站通行拥堵的一系列问题，国内外学者们纷纷对其进行相关的研究，并采取措施实施改善。
国外研究现状
最早的通行能力研究就是从美国开始的，早在1950年的时候，美国道路运输研究委员会出版了《道路通行能力手册》第一版，对城市道路和高速公路的通行能力进行了相应的界定；这个在时间上是远远领先于我国的，在1965年和1985年又分别修订了并且推行了第二版和第三版，大大地提高了高速公路的通行能力方面研究；1994年和1997年以及2000年的时候又分别进行了修订[2]，并且相继出版了最新的HCM修订版。
国外在收费站的运行效率评价上面有相关研究，V Astarita[3]等人考虑了高速公路收费站的排队溢出以及高速公路ETC通道等因素对于其通行能力的影响，接着又根据收费站的交通需求和供给建立了微观仿真模型，通过他们的研究结果表示该模型可以使得收费站的运行效率达到最优化。K C Park[4]等人构建了交通仿真模型来进行相关的研究，并且研究出一种让收费站等待时间最短的管理办法。Zarrillo[5]对高峰小时的各个收费通道的服务时间以及车辆排队长度进行了修正，提出了一种计算混合收费站排队和延误的方法，给予流量容量比研究两个收费口的通行能力。Klodzinski[6]等研究了增加了收费车道后的收费站通行能力以及排队长度和厌恶的变化。Levinson和Chang[7]讨论了ETC车道数和收费折扣的最佳组合来使得社会福利最大化，在这个基础上，提出了用效益成本法去评估ETC收费系统。
目 录
1 绪论 1
1.1. 选题的背景 1
1.2. 选题的意义与目的 1
1.3. 国内外研究现状分析 2
1.3.1. 国外研究现状 2
1.3.2. 国内研究现状 3
1.4. 研究思路 4
2. 收费站模式与分类 5
2.1. 收费设施 5
2.2. 收费站结构分类 5
2.2.1. 按照设立的位置分类 5
2.2.2. 按照收费制度分类 5
2.2.3. 按照收费方式分类 6
2.2.4. 按照收费模式分类 6
3. 收费站运行特性分析 6
3.1. 车辆通过收费站过程 7
3.2. ETC收费系统 7
3.3.高速公路收费站交通特性分析 8
3.3.1. 车辆到达分布特性 8
3.3.2. 车道选择特性 8
3.3.3. 车辆速度分布特性 9
3.4. 高速公路收费站通行能力分析 9
4. 研究收费站通行能力模型分析 11
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
4.1. M/M/1排队系统 11
4.2. M/M/N排队系统 12
4.3. 泊松分布 13
5. 淮安实例调查数据与分析 14
5.1. ETC通道分析 17
5.2. 货车MTC通道分析 17
5.3. 普通MTC通道分析 18
5.4. 数据预测 19
5.5. 数据分析总结 20
6. 结论与建议 21
致 谢 22
参 考 文 献 23
绪论
选题的背景
在如今，道路的建设和发展推动着社会经济发展，尤其是我国的高速公路，我国的高速公路发展的时间相对于西方国家晚了半个世纪，早在改革开放初期的时候，随着我国国民经济的快速发展，公路运输量的急剧增加，出现了频繁的交通拥堵和事故，为了改善这种现象，国家大力推动建设高速公路，根据发达国家的实践与经验，发现这是解决交通紧张的有效途径。
在高速公路起步建设的时候， 1988年上海至嘉定高速公路建成通车，打破了中国大陆没有高速公路的历史，随后，1990年，沈大高速公路建成通车，象征着我国的高速公路发展踏入一个新的时代，1992年交通部规定的“五纵七横”国道主干线规划为我国高速公路的快速健康地发展打下了坚实的基础。近20年，高速公路发展进入了高速发展的阶段，2002年年底的时候，我国的高速公路里程已经位居世界第二，一举突破了2.5万公里，截至2017年三月，中国高速公路通车总里程达到125373公里，超过美国居于世界第一。高速公路的快速发展，大大地减小了各个城市，各个省际之间的时空距离。在如今，高速公路的方便性已经成型，走进了日常老百姓的生活，大大改变了人们的生活方式。同时推动了商品，信息，技术等等的快速发展，拓展了市场，对于促进各个企业的竞争和国民的经济发展都起到了重要的作用。
作为高速公路的瓶颈，合理地设计高速公路收费站可以有效地减缓交通拥堵，也可以降低收费站建设的投入，根据世界银行的统计报告，收费站如果能高效的运营和管理，合理开发通道数，采用合理地收费设备，那么它的运行费用和收入比率大约是5%至10%，反之则会大大增加成本。近年来，由于复式收费车道运营成本较低，占地面积小，不受地形限制等等优点，所以被广泛地应用，混合收费站未来也会呈一个较长的时间存在。因此，设计收费站的时候确立与之匹配的收费设施具有十分重要的意义。
选题的意义与目的
在伴随着高速公路飞速发展的同时，人们的生活水平条件也大大提高，拥有私家车人数急剧上升，最后导致交通量的快速增长，快速增长的交通量与有限增长的交通设施所造成的矛盾日渐突出。一些高速公路的交通量基本已经达到饱和状态， 导致该高速公路段的大部分车辆经常以低于设计的最低时速行驶，而收费站作为出入高速公路的重要节点，它的通行能力要远小于路段的通行能力。从而导致了收费站出入口出现排队的现象，大大增加了行驶车辆的延误情况，达到一定的程度时候，就会影响到高速公路主线上的车辆通行。
排队现象也会造成各种不好的影响，排队的时候，往往会浪费驾驶员的大量时间，难免会造成他们不好的情绪，不仅降低了高速公路收费站的运行效率，也大大降低了收费站在驾驶员心目中的整体形象。在排队的过程中，如果驾驶员想要变换车道比较困难，这样会导致载客汽车或者其他有紧急需求的的车辆不能优先通过了。与此同时，由于排队的过程会导致车辆频繁的启动和制动，从而造成了大量的车尾气对环境也会造成严重的污染，也加剧了轮胎与路面之间的摩擦损耗，车辆自身的燃油损耗等等一系列的问题[1]。因此，要想如何提高收费站的通行能力，就得从分析并且解决收费站口的排队情况，根据实际情况，从根本上来解决它。
为了解决上述的问题，本课题研究的主要目的是通过理论分析和以淮安南高速公路收费站的实地调查的数据来分析研究出切实可行的方法，从而可以提高高速公路收费站的通行能力。
国内外研究现状分析
近年来，随着高速公路交通量的不断增长，很多路段的交通量已经出现超出预测的现象，高速公路收费站的拥堵情况也日益增加，为了解决收费站通行拥堵的一系列问题，国内外学者们纷纷对其进行相关的研究，并采取措施实施改善。
国外研究现状
最早的通行能力研究就是从美国开始的，早在1950年的时候，美国道路运输研究委员会出版了《道路通行能力手册》第一版，对城市道路和高速公路的通行能力进行了相应的界定；这个在时间上是远远领先于我国的，在1965年和1985年又分别修订了并且推行了第二版和第三版，大大地提高了高速公路的通行能力方面研究；1994年和1997年以及2000年的时候又分别进行了修订[2]，并且相继出版了最新的HCM修订版。
国外在收费站的运行效率评价上面有相关研究，V Astarita[3]等人考虑了高速公路收费站的排队溢出以及高速公路ETC通道等因素对于其通行能力的影响，接着又根据收费站的交通需求和供给建立了微观仿真模型，通过他们的研究结果表示该模型可以使得收费站的运行效率达到最优化。K C Park[4]等人构建了交通仿真模型来进行相关的研究，并且研究出一种让收费站等待时间最短的管理办法。Zarrillo[5]对高峰小时的各个收费通道的服务时间以及车辆排队长度进行了修正，提出了一种计算混合收费站排队和延误的方法，给予流量容量比研究两个收费口的通行能力。Klodzinski[6]等研究了增加了收费车道后的收费站通行能力以及排队长度和厌恶的变化。Levinson和Chang[7]讨论了ETC车道数和收费折扣的最佳组合来使得社会福利最大化，在这个基础上，提出了用效益成本法去评估ETC收费系统。
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