过路收费亭对高速公路交通的影响

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1、过路收费站对高速公路交通的影响*国家自然科学基金(批准号：10362001,10562001,70371067)资助的课题．†E-mail:zhuliuhua646@163.com††通讯作者朱留华1)†陈时东2)孔令江1)刘慕仁1)††1)(广西师范大学物理与电子工程学院，桂林541004)2)(玉林师范学院物理与信息科学系，玉林537000)我们研究过路收费站对高速公路交通的影响．基于Nagel-Schreckenberg交通流模型，建立了关于单车道ETC和MTC系统的元胞自动机交通流模型。通过计算机数值模拟，得到了混合车辆在不同参数下交通流模型的基

2、本图，并对ETC和MTC共存系统的交通流特性进行了分析和讨论。关键词：元胞自动机，ETC系统，　MTC系统，　数值模拟PACC:05501．引言近年来，交通问题已引起了广泛的注意[1~6]。基于各种交通流模型的模拟，人们对交通问题的认识更为深刻。然而，交通流涉及到多自由度，高速公路的交通更是车辆之间强烈相互作用的多体系统，给模拟工作带来了意外的艰巨性。元胞自动机由于其独特的优越性被广泛应用于交通流研究。我国目前正值高速公路建设高峰，国家对公路的投入逐年加大，随着我国公路事业的发展，解决收费口人工收费排队等待的交通“瓶颈”问题和其它日益增长的交通需求引起了

3、社会与交通管理部门的广泛关注。　目前发达国家普遍采用ETC(ElectronicTollCollection)技术，不仅缓解了收费站交通堵塞，而且减少了环境污染。ETC不停车收费方式是目前世界上最先进的路桥收费方式。通过安装在车辆挡风玻璃上的车载电子标签与在收费站ETC车道上的微波天线之间的微波专用短程通讯，利用计算机联网技术与银行进行后台结算处理，从而达到车辆通过路桥收费站不需停车而能交纳路桥费的目的。ETC系统允许车辆高速()通过，可大大提高公路的通行能力。.我国幅员辽阔，地区差异显著，各省市的公路收费方式不尽相同。国内虽然新建了一些不停车收费站，但

4、是常在收费站的前方安装对无车载电子标签的车辆进行人工收费的警示标志牌和检测设备。一旦发现无车载电子标签的车辆进入时，改由人工进行现场收费并放行。这种方法，一方面，由于部分车辆接受人工收费，使得正常车辆通行受阻；另一方面，由于11不停车收费车辆的通行速度快，一旦客户增加、交通流量增大时，交通事故非常容易发生，造成正常的收费通行秩序混乱。这篇文章中，我们着重研究传统人工收费方式（ManualTollCollection，简称MTC）的保留对交通流的影响。2．ETC和MTC共存模型在本文的模型中，高速公路的车道被视为长度为的一维离散格点链，每一格点在每一时刻或

5、为空或被一辆车占据。考虑车辆付费方式的差异，车辆被分为两类：一类是：电子付费，对应于ETC系统；另一类是：现场付费，对应于MTC系统。2.1电子付费的车辆演化规则[7]：　由于ETC系统允许车辆高速()通过，因此车辆在经过收费站时，既不需要减速，更不需要停车。电子付费车辆的演化由下列四个过程构成：（1）、确定性加速：　（2）、确定性减速：　（3）、随机减速：　　　以概率p（4）、位置更新：　　其中：相邻车辆间距。2.2现场付费车辆的演化规则[8]：由于是现场付费，因此车辆进入收费站区必须减速。根据道路交通法的相关规定：警告标志牌通常设置在MTC站来车方向

6、150m以外，且规定车辆进入收费站区车速不超过。到达MTC站后，驾驶员通过停车进行现金交易，等候零钱和票据。这一过程需要驾驶员在收费站滞留一定的时间，现场付费车辆的演化由下列过程构成：　　　（1）、速度演化：IF(（a）、确定性加速：（b）、确定性减速：（c）、随机减速：　以概率pELSEIF(且)11；；ELSE（a）、确定性加速：（b）、确定性减速：（c）、随机减速：　以概率p（2）、位置更新：；（3）、时间反馈：IF()，　；其中：为警告标志牌位置；为MTC站位置；为车辆停滞时间；相邻车辆间距：。采用周期性边界条件，取L=5000cells组成一维

7、格点链，每个格点对应的实际道路长为7.5m，整个格点链对应的实际道路长为37.5Km。ETC站设置在道路的中间部位，MTC站设置在ETC站后方3个格点处，警告标志牌与MTC站间距取，相当于20个格点．设道路上车辆总数为N，车辆最大速度取，对应的实际车速为135Km/h。车辆另一最大速度取，对应的实际车速为27Km/h。其中车辆密度、平均速度和平均车流量的计算公式如下：　　　车辆密度：　　　　　　　车辆平均速度：　　　平均车流量：　　　　3.数值模拟与分析数值模拟时，初始时刻现场付费车辆和电子付费车辆按一定的比例，以给定的全局密度随机分布在一维格点链L上，

8、其中现场付费车辆占总车辆的混合比例为。为消除暂态影响，每次运行对最初的时步不做统