从高速公路免费通行造成大拥堵现象,管窥交通管理技术的缺失和改善重点


  一遇高速公路免费通行,即便各地交管部门采取措施预防拥堵,高速公路大堵车依旧“如约而至”。今年“五一”小长假仅北京京藏高速出京路段,在5月1日当天上午就堵了55公里。很多人就会问,即使是面对这样可以预测的拥堵我们也仍然束手无策吗?
  不仅在高速公路,在5月1日我们的城市里也有很多可以预见的常规拥堵路段,特别是一些原本为提高车速和运能而设计建造的城市快速环线,一到高峰时段或遇到突发情况,就变成了大停车场;有些立交桥区、快速路出口路段,甚至成了“全天候”、“全日制”的拥堵路段。这些花费巨额资金建造的疏堵设施,不仅没有为缓解拥堵发挥效用,甚至客观上成了社会交通时间总量增加的元凶之一。我们曾试图尝试通过建造更多疏堵设施而消除道路拥堵,但经常会听到尝试过这么做的人给出这样的经验之谈:拥堵不是没了,是搬家了,其他地方又堵了!面对前人的“经验谈”,我们不禁想深究,本应该奏效的措施为什么没有发挥作用?
  为进一步解开这个谜团,在上一期文章的基础之上,我们需要再探讨几个重要的技术概念和技术领域,分别是道路通行能力、“幽灵拥堵”与并线干扰、安全视距与决策视距、道路断面的科学分布、车辆智能监控与智能交通在疏堵中的应用思路。
  道路通行能力知识的活学活用
  道路通行能力,很多专家早就给出了标准的定义:“在一定的时段和道路、交通、管制条件下,人和车辆通过道路或道路上的一点或均匀断面的最大小时交通量”。为了计算道路通行能力,还有很多设置了条件的计算公式,测算各种理想状态下的道路承载能力。遗憾的是,这种计算功能,只被用在了道路设计时的指标设定,并没有应用在日常的交通管理上。何以见得?
  我们常规印象上,车速越快就表示道路通行效率越高,但这个看似简单的推理和结论真的就对吗?在饱和交通流量时,因为有各种驾驶任务的需要,人们的加减速并不是整齐划一的,加上变线、转弯和各种避让动作发生的多样化和不规则化,如果车车相连,就会形成延误的积累和传递,再加上不像常规道路上有信号灯进行干预、强制修复秩序,错误在持续释放和传递后,就会像那群在亚马逊河谷煽动翅膀的蝴蝶群一样,最终能让流动的空气不断加剧能量,形成飓风!而车辆的各种延误行为,也会形成巨大的流量积压,导致道路上的栓塞。换句话说,在饱和交通流量时,道路通行能力未必能和车速成无限制的正比关系。其直接原因涉及了一个非常重要的技术概念——安全视距。车与车之间,需要保持安全距离,以便驾驶人可以有充分的时间做出反应,合理操作车辆回避风险。在美国的交通标志设置标准里就有明文规定,要在任何一点,都要向驾驶人提供充分的视距,以便其可以有充分的时间做出正确判断,再能以舒适的方式从容操作车辆,减速、变线、完成操作。下一节将会专门探讨安全视距,这里便不再一一赘述。
  请看下面的图表:英国和爱尔兰等国家在安全驾驶手册里提供的动态随车距离要求。
  从这个图表里我们发现,时速32公里时,两辆相随车辆之间的间隔距离只要求12米;而80公里时,要求53米;112公里时,要求相隔96米。也就是说,如果车辆以32公里的时速均匀前进,每公里单车道上的承载运力是每小时58.8辆车,80公里时速时是17.2辆车,112公里时,是9.9辆车(以车长5米为单位计算)——即使是只考虑反应距离(蓝色段), 32公里时速时,也是90.9辆车,80公里时是47.6辆车,而112公里时是38辆车。看出端倪了吗?在车车相随时,因为安全视距的压迫,车速越高,占据的道路资源越大,道路通行能力是不升反降的,这就是系统工程的概念,而不是单打独斗的概念。而这个情况,还仅仅是车辆的动态跟随条件,如果再考虑需要正常变线、突发事件的避让动作等等,也就是再考虑上决策视距、车辆制动差异等等,那高速行驶时,就会需要更多的道路资源。从这个角度我们就不难发现,其实在饱和交通流量时,高车速只能出现在图纸上,是非常理想化的学院派思维结论,而道路通行能力,并不和车速成正比,因为有太多的条件限制,特别是人自身的处理信息的能力。
  所以,当我们面临有可预见的大流量车辆到来时,要建立更科学的交通管理理念,用降低车速、改善驾驶任务完成质量的各种措施,来提高道路通行能力!这也是为什么,我们建了那么多快速路,而增加的道路资源并不能解决拥堵的一个重要原因。要改变这种状况,最简单的短期方法就是用可移动的设施减少错误变线行为,压缩机动车行车道宽度,坚决彻底地维护应急车道,沿途建立行车道信号灯和可变信息板,对持续的大密度车流实行动态监管和引导。
  “幽灵拥堵”与变线干扰
  没有事故,没有停顿车辆,也没有封闭施工的车道,道路却会莫名其妙地突然出现堵塞,很长一段时间过后,车流又会毫无征兆的顺畅起来,这就是“幽灵拥堵”!它们静悄悄地聚集,又静悄悄地消散,让人们煞费苦心地追寻着规律。
  在国内的很多快速路上,“幽灵”几乎成了可以看得到的幽灵。比如,北京首都机场高速路进京方向的五元桥以北路段、北京京通快速路的进城方向、北京北二环西直门外环段、北京的东二环的CBD段等等,这些地方的幽灵拥堵几乎是常年出现的。
  为了解开这个谜团,美国麻省理工学院的数学家团队试图利用流体力学方程来计算造成交通拥挤的变量,从而控制堵车蔓延的趋势:经过数学模型的搭建后,人们发现,如果驾驶员降低车速并以固定的速度行驶而不是急停急驶,不但可以节省燃料,更有望消除“幽灵堵车”现象。例如在高速公路上,以 80公里/小时的速度均速行驶,比以110/小时走走停停要好得多。在车辆众多的一般道路上亦是如此。这个发现就和我们前面的发现殊途同归了。110公里时速时,道路通行能力与80公里时速时相比,是9.9比17.2的关系,这个结论也可以理解为,如果用两条车道做常规行驶车道,限速在80公里,而一条车道只做超车道,允许更高速度的超车行为使用,提供冗余空间,其实和三条车道都使用110公里的限速值比,有更大的通行能力和更安全的通行条件。在实际生活中,这种现象并不少见,我们经常会遇到以100公里的时速30分钟走了50公里,但最后一个出口500米,又用去10分钟的事情,结果一共是40分钟走了50.5公里,变成了全程时速75公里。

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