12.教材第七章 收费站通行能力分析
收费站通行能力分析
收费站通行能力分析摘要本文针对收费站通行能力进行分析，旨在为提高道路交通效率、保障行车安全、优化资源配置提供参考。
本文首先介绍了收费站通行能力的定义和评估方法，然后阐述了影响收费站通行能力的因素，包括车道数、收费亭数、车辆通过时间等。
接着，本文建立了一个基于排队论的收费站通行能力模型，并通过案例分析和参数敏感性分析验证了模型的可行性和有效性。
最后，本文总结了收费站通行能力分析的意义和价值，并指出了未来研究的方向。
关键词：收费站通行能力，车道数，收费亭数，车辆通过时间，排队论引言收费站是道路交通中的重要节点，其通行能力直接影响到道路的交通效率和行车安全。
随着交通流量的不断增加，收费站的通行能力也面临着越来越大的压力。
因此，对收费站通行能力进行分析和研究，对于提高道路交通效率、保障行车安全、优化资源配置具有重要意义。
收费站通行能力定义与评估收费站通行能力是指单位时间内能够通过收费站的车辆数量。
评估收费站通行能力的方法主要包括实测法和仿真法。
实测法是通过实地测量获取收费站的交通流量和车流速度等数据，从而计算出通行能力。
仿真法是通过模拟不同条件下的交通流情况，评估收费站的通行能力。
影响收费站通行能力的因素收费站通行能力受到多种因素的影响，其中主要包括车道数、收费亭数、车辆通过时间等。
车道数是影响收费站通行能力的一个重要因素，增加车道数可以提高收费站的通过能力。
收费亭数也对收费站通行能力产生影响，增加收费亭数可以减少车辆等待时间，提高通过能力。
车辆通过时间也是一个关键因素，减少车辆通过时间可以提高收费站的通过能力。
排队论在收费站通行能力分析中的应用排队论是一种数学模型，用于描述并解决排队问题。
在收费站通行能力分析中，排队论的应用主要体现在对车辆通过收费站的等待时间进行分析和预测。
通过排队论，我们可以计算出车辆在等待和通过收费站所需的时间，从而评估收费站的通行能力。
基于排队论的收费站通行能力模型根据排队论，我们可以建立一个基于等待时间的收费站通行能力模型。
收费站通行能力
注：当采用某种收费方式，通过收费车道小时流量较小时，采用表中第—列数值；通过 收费车道小时流量适中时，采用表中第二列数值；通过收费车道小时流量较大时，采用 表中第三列数据。
收费站服务水平分级标准
服务水平评价指标
• 收费站的服务水平是描述收费站内部交通流的运行条 件对司机与乘客感受的一种质量标准。 • 一般评价收费站服务水平指标：
上述指标实际上反映了收费站系统工作状态的几个侧面，它们之 间相互联系，是可以相互转换的，令 表示单位时间内平均到 λ 达的车辆数，u表示单位时间内服务完毕离去的平均车辆数。那 么 表示相邻两辆车辆到达的平均时间间隔， 表示对每 1/ μ 1/ λ 个车辆的平均服务时间。由此可以得到以下关系：
L= λ W
收费站通行能力
主要内容
¾概述 ¾收费站车辆排队理论 ¾收费站交通特征 ¾收费站的通行能力计算 ¾规划和设计阶段通行能力分析 ¾算例分析 ¾本章小结
概 述
概述
序言
• 实行道路收费不仅是回收建设投资的手段，而且也有 利于交通设施的运营及养护。 • 建设收费道路必须建设相应的收费系统，收费系统最 主要的组成部分便是收费站，因此收费站的规划设计 影响道路交通运行质量。 • 收费站的大小是由所需服务的交通量、收费车道的通 行能力及服务水平三个因素决定的。 • 因此，在确定的交通量下，分析不同服务水平的收费 车道的通行能力具有十分重要的意义。
2.
按收费方式分类
3.
按收费制式分类
收费站的分类
• 均一式
– 均一式是最简单的一种收费制式。 – 收费站一般设置在高速公路的各个匝道出入口和主线两 端出入口，仅需经过一个收费站缴费。 – 收费标准根据车型确定，与行驶里程无关，而且各个收 费站都采取同一收费标准。
高速公路通行能力分析与规划
高速公路通行能力分析与规划高速公路作为现代交通体系的重要组成部分，对于城市的发展和经济的繁荣起着至关重要的作用。
随着人口的增长和交通需求的不断增加，如何科学地分析和规划高速公路通行能力成为了一个亟待解决的问题。
首先，我们需要对高速公路通行能力进行全面的分析。
通行能力一般指在特定时间段内，高速公路上通过车辆的最大数量。
要评估高速公路的通行能力，我们需要考虑多个因素，如车流量、车速、平均车头间距等。
通过分析这些数据，可以得出高速公路在某一时间段内的通行能力。
这对于合理规划交通道路和缓解拥堵非常重要。
其次，通行能力分析的结果对于高速公路规划十分关键。
在规划新的高速公路或者进行现有高速公路的改造时，通行能力分析可以帮助我们确定合理的设计标准和容量。
通过在不同档次高速公路上的通行能力的对比，可以得出不同级别高速公路的设计参数，如车道宽度、收费站设置等。
这样可以确保高速公路的通行能力和安全性，提高交通效率。
此外，高速公路通行能力分析还能帮助我们预测未来的道路交通情况。
通过收集历史数据、人口增长趋势、经济发展情况等信息，我们可以利用数学模型进行预测分析。
这有助于我们提前规划道路建设，预防交通拥堵，减少交通事故的发生。
针对不同地区和不同规模的交通需求，我们还需进行综合分析和规划。
例如，城市周边地区的通勤交通需求可能会比较高，需要考虑交通枢纽的规划和交通网络的完善。
而对于连接不同城市的高速公路，考虑到长途客运和货运的需求，通行能力分析和规划则需要更为精细的设计。
同时，为了解决日益增长的交通需求，我们还可以考虑与其他交通方式的融合。
例如，高速公路与城市轨道交通等的衔接，可以有效分流交通流量，减轻高速公路的交通压力。
此外，我们还可以通过构建智能交通系统来提高路网的通行能力，例如利用交通控制系统和智能导航系统进行交通管理和引导。
综上所述，高速公路通行能力分析与规划对于城市交通的发展和经济的繁荣起着至关重要的作用。
通过全面分析通行能力、合理规划和预测未来交通情况，我们可以优化高速公路的设计和建设，提高交通效率，缓解拥堵，为人们提供更加畅通的交通环境。
7道路通行能力解析
3、道路通行能力分为哪三个方面？这三个方面是 如何定义的？三者间有何联系？试说明之。
4、什么叫服务水平？评定服务等级的主要指标有 哪些？有何用途？
道路的通行能力
什么是通行能力（traffic capacity）？
在一定的道路条件、交通条件、控制条件、环境条件 下、道路断面在一定的时间内能够通过的最大车辆数
用于道路交通管理 根据交通量增长情况，制定各阶段的交通管理措施
7.1 高速公路基本路段通行能力
高速公路基本路段 是指主线上不受匝道附近车辆汇合、分离 以及交织运行影响的路段部分
基本路段的理想条件
(1) 3.75m≤ 车道宽度≤ 4.50m (2) 侧向净宽≥ 1.75m (3) 车流中全部为小客车 (4) 驾驶员均为经常行驶高速公路且技术熟练遵守交通法规者
基本路段的服务水平
计算思路 由于两个方向上的交通互不依赖，且两个方向在其前进方向上 的线性不同，因此，两个方向车行道的通行能力和服务水平分 别进行计算。
高速公路基本路段通行能力
高速公路基本路段的基本通行能力 2000 2000 1900 1800
设计速度(km/hr)
最大服务交通量 (pcu / hr·lane)
严格地说,没有无通行能力的服务水平,也没 有无服务质量的通行能力,两者是不能分开的。
道路通行能力与服务水平
通行能力主要反映道路服务数量的多少或能力的大小 服务水平主要反映道路服务质量或服务的满意程度
用于道路设计 确定车道数、服务水平评估、发现瓶颈路段
用于道路规划 根据交通量预测、投资效益评估、环境效益评估， 确定路网改进办法与实施步骤
Mservice i最大服务交通量 N 单向车道数
高速公路收费站通行能力分析
高速公路收费站通行能力分析本文旨在分析高速公路收费站的通行能力，关键词包括通行能力、高速公路收费站、交通量、拥堵等。
通过收集相关资料和数据，对收费站的通行能力进行深入探讨，并提出建议以供参考。
随着经济的发展和社会的进步，高速公路已成为人们出行和物流运输的重要通道。
然而，高速公路收费站的拥堵问题常常影响道路的通行效率，给人们的生活和物流带来不便。
因此，对高速公路收费站通行能力进行分析，提高道路通行效率，具有重要意义。
高速公路收费站通行能力是指在一定时间内，收费站能够通过的最大车辆数。
它受到多种因素的影响，如车道数、车道宽度、车辆类型分布、交通量等。
为提高收费站的通行能力，需要从这些因素入手进行分析。
车道数和车道宽度：车道数和车道宽度是影响收费站通行能力的重要因素。
增加车道数和车道宽度可以有效提高车辆的通过率，减少拥堵。
车辆类型分布：不同类型车辆的行驶速度和占用道路空间不同，会对收费站的通行能力产生影响。
掌握车辆类型分布情况，可以有效调整交通流，提高道路通行效率。
交通量：交通量的大小直接影响到收费站的通行能力。
通过对交通量的监测和分析，可以采取有效措施缓解拥堵。
本文采用数学模型对收费站通行能力进行分析。
通过建立车道数、车道宽度、车辆类型分布和交通量等参数的函数关系，推导出收费站通行能力的计算公式，并运用图表展示不同参数下的通行能力。
以某高速公路收费站为例，根据实际交通数据进行建模和分析。
该收费站共有4条车道，车道宽度为5米。
通过监测，发现交通量最大的时间段为每天的8:00-10:00。
以下是分析结果：当交通量较小时，收费站的通行能力受到车道数和车道宽度的限制较小，主要受限于交通量的多少。
当交通量较大时，即使增加车道数和车道宽度，由于车辆类型的不同，收费站的通行能力仍会受到限制。
此时，需要采取其他措施，如控制车辆类型分布等，以进一步提高道路通行效率。
根据不同参数对通行能力的影响程度，可以优先采取扩大车道数和车道宽度的措施来提高收费站的通行能力。
高速公路收费站通行能力研究
五、结论
五、结论
高速公路收费站的通行能力是影响道路使用效率的关键因素之一。通过研究 影响收费站通行能力的因素，我们可以采取相应的措施来提高其通行能力。未来， 随着科技的进步和社会的发展，我们有理由相信，高速公路收费站的通行能力将 得到进一步的提升，为公众提供更加便捷、高效的出行体验。
参考内容
内容摘要
二、高速公路收费站通行能力概 述
二、高速公路收费站通行能力概述
通行能力是指某一路段或某一交通设施在单位时间内能够通过的最大交通量。 对于高速公路收费站而言，其通行能力受到多种因素的影响，如车道数量、车道 宽度、收费时间、车辆速度等。在理想情况下，高速公路收费站的通行能力可以 通过数学模型进行计算，但在实际情况下，通行能力往往受到交通流量、车流分 布等因素的影响。
三、影响高速公路收费站通行能力的因素
4、交通流量和车流分布：交通流量和车流分布也是影响收费站通行能力的因 素。在高峰期间，大量的车辆涌入收费站，容易导致交通拥堵。此外，不均衡的 车流分布也会降低收费站的通行能力。
四、提高高速公路收费站通行能 力的措施
四、提高高速公路收费站通行能力的措施
1、优化车道布局：通过合理布局车道数量和宽度，可以提高收费站的通行能 力。例如，可以设置多条ETC快速通道，以减少车辆的等待时间。此外，还可以 设置专用通道，为特殊车辆（如救援车辆、公共汽车等）提供快速通道。
五、案例分析
五、案例分析
以某高速公路收费站为例，根据实际交通数据进行建模和分析。该收费站共 有4条车道，车道宽度为3.5米。通过监测，发现交通量最大的时间段为每天的 8:00-10:00。以下是分析结果：
五、案例分析
1、当交通量较小时，收费站的通行能力受到车道数和车道宽度的限制较小， 主要受限于交通量的多少。
高速公路收费站通行能力分析与优化
高速公路收费站通行能力分析与优化高速公路收费站是连接城市与城市之间的重要枢纽，对于保障交通畅通和提高行车效率起着至关重要的作用。
然而，在高峰时段，收费站通行能力往往不能满足车辆的需求，导致车辆排队等候时间长、交通拥堵等问题。
为了改善收费站通行能力，我们必须对其进行深入的分析与优化。
首先，我们来分析高速公路收费站通行能力的影响因素。
收费站的通行能力受到多方面因素的制约，包括道路宽度、收费方式、收费站设计规划等。
道路宽度是影响收费站通行能力的重要因素之一。
道路宽度越宽，可以容纳的车辆数量就越多，通行能力自然就提高了。
而收费方式也会影响通行能力，传统的人工收费方式通常速度较慢，排队等候时间长，而电子不停车收费方式则可以提高通行效率。
此外，收费站的设计规划也应当符合实际交通流量的需求，合理规划通行车道数量和布局。
针对高速公路收费站通行能力不足的问题，我们可以采取一些策略进行优化。
首先，应当加强对收费站道路宽度的规划和改善。
在新建收费站或者改造现有收费站时，应考虑到道路宽度的问题，增加车道数量以满足交通需求。
其次，应推广电子不停车收费方式，降低人工收费的比例，提高通行效率。
电子不停车收费方式不仅可以加快车辆通过的速度，还可以减少人为因素引起的错误和延误。
另外，针对突发交通拥堵的情况，可以设置应急车道，用于疏导交通，使车辆尽快通过收费站。
此外，在高峰时段，还可以通过引导、分流等手段来减少交通拥堵。
通过这些策略的综合优化，可以提高收费站的通行能力，减少排队等候时间，保障车辆的通行效率。
除了针对收费站的实际改善措施，我们还可以考虑一些技术手段来优化收费站通行能力。
例如，可以运用智能交通管理系统来监测和控制交通流量，实时调整通行车道的数量和界限，以适应不同时间段的交通需求。
此外，可以采用ETC （Electronic Toll Collection）技术，通过车载设备和收费站之间的无线通信，实现车辆的无人干预收费，减少通行时间和排队等候时间。
《通行能力分析》课件
通行能力分析是交通规划和设计中至关重要的一项工作。本课程将介绍通行 能力的概念、计算方法与相关理论，并探讨通行能力对交通安全和城市可持 续发展的影响。
理Hale Waihona Puke 通行能力的概念和意义通行能力是指道路、交叉口或交通网络在单位时间内通过车辆的能力。了解 通行能力的概念和意义可以帮助我们更好地规划和设计城市交通系统。
通过实例和案例分析，我们可以更好地理解和应用通行能力分析，以评估公 路项目的通行能力，并提出相应的改进措施。
通行能力分析结果的解读和应用
通行能力分析的结果对于交通规划、设计和管理具有重要的决策意义。了解如何解读和应用通行能力分析结果 是交通专业人员的基本素养。
通行能力分析的基本原理和方 法
通行能力分析基于交通流理论和实测数据，通过计算交通流量和交通密度等 参数，来评估道路、交叉口或交通网络的通行能力。
车道通行能力的计算方法和公 式
车道通行能力是评估道路通行能力的重要指标，可以通过计算车道的车辆通 过率、车头时距和车道宽度等参数来进行。
红绿灯交叉口通行能力的计算 方法和公式
红绿灯交叉口的通行能力是指在单位时间内通过交叉口的车辆数量，可以通 过计算交叉口的吞吐能力、通行能力系数和绿灯时间等参数来评估。
十字路口和环形交叉口的通行能力分析
不同类型的交叉口对通行能力的影响也不尽相同。在分析十字路口和环形交叉口的通行能力时，需要考虑交通 流的转向、车辆交互作用和容纳能力。
公路项目通行能力分析的实例 和案例分析
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M/M/1/K/∞/FCFS—顾客到达服从泊松分布，顾客的服务时 间服从负指数分布，单通道，系统容量有限（k）而顾客源 无限，先到先服务的排队系统
三、收费站车辆排队理论 排队论基本知识：运行指标
收费站排队系统运行指标
排队长：收费系统中正在排队车辆数的期望值
队长：收费系统中的车辆数量期望值 排队时间：车辆的排队等待时间 逗留时间：车辆在排队系统中的总时间（等待时 间与被服务时间之和）
三、收费站车辆排队理论
排队论基本知识
3、排队系统组成
（1）、输入过程—顾客到达的规律
顾客源：有限、无限 顾客到达规律：确定型、随机型
（2）、排队规则
先到先服务、先到后服务、优先服务、随机服务
（3）、服务方式
单通道 多通道
三、收费站车辆排队理论 排队论基本知识：服务方式
单通道
顾客到达 1
三、收费站车辆排队理论
调查车辆交费服务时间
交费找零服务时间调查
16 14 12 10 8 6 4 2 0
样本数
<8
12
16
20
24
28
32
36
40
44
时间（秒）
48
三、收费站车辆排队理论
调查车辆交费服务时间
从驾驶员方面来讲，有部分驾驶员（例如属于汽
运、货运公司的驾驶员，经常在某些公路上驾驶） 对收费数额比较熟悉，为避免找零，会直接交正 好的费用。但另外的驾驶员就需要找零。 要深入研究车辆服务时间，需要了解服务形式以
样本数
50 40 30 20 10 0
<=0.5 1.0-1.5 2.0-2.5 3.0-3.5 4.0-4.5 5.0-5.5 6.0-6.5 7.0-7.5 8.0-8.5 9.0-9.5 10.0-10.5 11.0-11.5
时间（秒）
调查车辆交费服务时间
入口领卡服务时间调查
三、收费站车辆排队理论
系统中车辆数的平均值L不仅与车辆到达率λ和服
务时间的期望值E[V]有关，而且与服务时间的方
差D[V]有关，方差D[V]越大，L就越大。
要想改进系统的运行指标，除考虑服务时间的期 望值E[V]之外，还应该考虑改变方差D[V]。
三、收费站车辆排队理论
调查车辆交费服务时间
人工收费系统车辆的交费服务时间主要 表现为人工收费找零和领票验票的服务 时间。 对于不停车自动收费，车辆经过收费站 的服务时间，只有由于车辆加速减速引 起的延误。 我国很少有不停车自动收费和停车自动 收费系统。
以上各式中： ρ——收费道利用率，ρ=λE[V]； λ——车辆平均到达率（辆/秒）； E[V]——服务时间的数学期望值（秒）； D[V]——服务时间的方差（秒2）；
三、收费站车辆排队理论
M/G/1排队模型的特征量
由以上公式可以看出，只要知道λ，E[V]和D[V]，
不论服务时间V呈何分布都可以求出L。
一、收费站的分类
2按收费公路的收费制式分类
均一式：全线等同收费制：不论通行远近，采用统一定 额收费标准。采取这种收费制的公路只在入口或出口处 设收费站收费 。 开放式 ：在主线上布设一定数目的收费站，车辆每通过 一个收费站需交纳一定费用。 封闭式 :收费公路全封闭，即全部进出口都设收费卡门， 一般采用“根据通行距离收费制”。采用这种收费制， 常在主线起点、终点设主线收费站、上下主线的匝道上 设匝道收费站。 混合式：均一式和开放式的混合形式。
第一节 概述
一、收费站的分类 二、收费车辆分类及车辆折算系数 三、收费站车辆排队理论 四、收费站服务水平分级
一、收费站的分类
服务于不同的交通设施， 或在同一交通设施内而起 着不同的作用，收费站有 很多种类。但收费站的分 类基本上按照设立的位置、 收费制式和收费形式来划 分。 1按设立位置分类
主线收费站 匝道收费站
一、收费站的分类
主线收费站：收费卡门设在公路主 线上。一般位于高速公路两端出入 口，一、二级公路每一收费路段的 端口处。由于主线上交通量较大， 所以主线收费站一般都有较多的收 费道 。
匝道收费站：收费卡 门设在互通式立交的 进出匝道上。由于匝 道上交通量一般较主 线上小，所以相应的 收费道也较少。
及服务内容。例如交费找零的服务：经历了驾驶
员停车—交费—收费员开票—找零的过程。在这 个过程中，影响服务时间的主要是找零的数量。
三、收费站车辆排队理论
收费形式 小时流量 小型车 大中型车 特大型车
注：当某种收费方式通过收费车道小时交通量较小（例如，小于70pcu/h） 时，采用表中第一列数值；通过收费车道小时交通量适中（例如，大于 70pcu/h、小于140pcu/h）时，采用表中第二列数值；通过收费车道小时 交通量较大（例如，大于140pcu/h）时，采用表中第三列数值。
ETC（Electronic Toll Collection）-ITS的主要方向之一 依赖于DSRC-( dedicated short-range communication,专用短程通信） 计重收费
二、收费车辆分类及车辆折 算系数
收费站通行能力研究的车辆划分为三 种：
⑴小型车：吉普车、客货两用车、小轿车、 轻型货车（载重量3.5吨）、面包车等； ⑵大中型车：载货汽车（3.5吨载重量8.0 吨）、大客车、半拖挂、全拖挂等； ⑶特大型车：大平板车、集装箱运输车、重 型载货汽车（载重量8.0吨）等。
一、收费站的分类
3按收费形式分类
停车人工收费 ：人工检测车型，停车人工收费、人工管理 。 停车半自动收费 ：车型自动检测，停车人工收费，计算机管 理。 我国收费站收费形式主要为上路交费找零、下路验票、上 路领卡、下路交费验卡等四种。 停车自动收费 :车型自动检测，停车磁卡记帐纳费，计算机 管理 。 不停车自动收费 ：是全自动收费方式。
样本数
出口验票服务时间调查
25 20 15 10 5 0
调查车辆交费服务时间
三、收费站车辆排队理论
时间（秒）
<5 6. .0 07. 8. 0 010 9. .0 0 -1 12 1. .0 0 -1 14 3. .0 0 -1 16 5. .0 0 -1 18 7. .0 0 -1 20 9. .0 0 -2 1. 0 >2 2. 0
三、收费站车辆排队理论
排队论基本知识
1、排队与排队系统
顾客 服务设施、人员（服务系统） 排队服务规则
2、排队服务规律
损失制（要等待时即离开系统） 等待制（等待直到被服务，一般规则：先到先服务、 先到后服务、优先服务、随机服务） 混合制（等待时间有限度，超过容忍时间限度即离 开系统）
平均逗留时间为：
2 E V 2 DV W E V 21 E V
平均排队长为：
Lq
V E D V 2 E 1 V
2 2
三、收费站车辆排队理论
M/G/1排队模型的特征量
平均排队等候时间 ： 2 E V DV Wq 21 E V
2
3
顾客离开
多通道
1 顾客到达 顾客离开 顾客离开 顾客离开
2 3
公路收费站
三、收费站车辆排队理论 排队论基本知识：表达模式
排队系统表达模式——肯道尔符号表示
到达规律/服务规律/服务台数/系统容量/顾客源数量/排队规律
常用符号
M—泊松分布（负指数分布）
Ek—k阶爱尔朗分布 D—确定型分布 G—一般分布
三、收费站车辆排队理论
车流在公路收费站的运行有其独特之处，而且 不同类型的收费站的交通流特性也不相同。
公路收费站交通流特 性分析是收费站延误 分析和通行能力分析 的基础，也是对交通 流进行微观模拟和描 述的基础。
三、收费站车辆排队理论
车辆通过收费站有两种方式：单车通过及车队通过。 单车在公路收费站的运行特征
三、收费站车辆排队理论
在公路收费站通行能力研究中，采用M/G/C模型。 由于车辆进入排队系统后，车辆不能转换车道，故 又可将M/G/C模型简化为M/G/1模型考虑。 如果服务率μ不变，到达率为λ，有C个完全相同而 并列的收费道，每个收费道的到达率就是 。 c
第j个收费道的平均占用车辆数为： j
c
整个服务系统的平均占用收费道的车辆数则为： c j j 1
三、收费站车辆排队理论
M/G/1排队模型的特征量
平均队长为：
2 2 DV 2 E V 2 DV L E V 21 21 E V
公路建设是耗资巨大的基础设施项目，只靠 政府的投入是远远不够 。 公路收费不仅是回收建设投资的手段，而且 也有利于交通工程设施的日常经营及维修养 护。 随着越来越多的收费高速公路及其它一些收 费公路的建设，收费站的规划设计对公路上 交通运行的影响越来越得到了人们的重视。
研究收费站通行能力的意义
L2 V1:车1的匀速度 V2:车2的匀速度 a1:车1的制动减速度 a2:车2的加速度 L1:车1的减速长度 L2:车2的加速长度
V2
车1
车2
a2
车1
车2
V1