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摘要：随着高速公路的发展以及交通运输量的增大，传统的收费广场模式越来越无法适应目前的交通状况，通过数据分析和调查，传统收费模式在存在着诸多的弊端。针对目前的实际交通状况，提出了一些优化措施，对传统的收费广场进行优化设计改进，提高了收费站的通行效率，保障了高速公路在车流高峰期时的平稳运行。
关键词：收费广场；通行效率；优化设计
一、传统收费站的弊端
针对传统的具有多条收费车道的高速公路，传统障碍区域形状设计并不能对进入收费广场的车辆进行合理分流，在节假日车流高峰期容易造成交通拥堵和交通事故的发生。其次，传统的收费广场的尺寸设计并不能根据流线型的车道模式合理分配入口车流量并保证车辆交费后更方便快捷的加速离开收费站。所以传统收费广场不仅在形状尺寸方面存在局限性，而且在合并模式方面也存在明显的缺陷，在车辆通过收费站汇入主干道时较为突兀，容易造成交通拥堵现象，增加了事故发生的风险且不利于在加速过程中快去安全的汇入主干道。另外，部分采用人工收费的收费模式以及仅通过开放关闭收费站来应对车流量变化的道路调节方案已远远不能满足目前的交通状况。
二、新型高速公路收费广场模型图
三、新型收费广场的操作流程
（1）电子、人工收费车道的比例调节：当车流高峰期时，正常的电子收费车道不能满足收费车站通行能力要求，需要增加人工收费站台，增大收费站台数目。
（2）设置引导车道，当车辆驶入引导车道后，根据车辆类型按照指示牌驶入相应的车道中，因大中小型车辆灵活性、速度、惯性等因素，收费区域按照由内到外的顺序设置，使得收费站的收费效率提高。
四、对新型收费广场的形状、尺寸、大小、合并模式等方面进行了优化改进，使得在吞吐量、事故预防、成本等方面的性能有了显著的提高。
（1）新型收费广场形状：
对比传统的对称式扇入扇出式模型，新型收费广场对进入的车辆进行合理分流；开设潮汐车道，针对高峰时期开设人工收费车道；增设节假日特殊功能收费车道，减少了主干道车辆变道的风险并减少事故的发生；弯道处弧形形状有助于主干道方向的车辆分流和进入主干道的合并， 拉长了车辆与收费广场的间距，有利于车辆主动选择收费站站台；对比传统收费广场，新型收费广场在收费站台设立主干道电子显示器和次主干道电子显示器，显示各主干道排队等候的总数目以及进入主干道之后各个收费站台等候排队的数目。
（2）新型收费广场尺寸：新型的收费广场采用弧线与直线段相结合的方式，合理调节入口广场处长度值以及弧形半径的大小保证车流量分配的合理性，同时对收费站的出口广场尺寸进行合理设计，利用流体力学知识，采用流线型车道模式，通过优化计算保证车辆在加速离开收费站時更有利于驶入主干道。
（3）新型收费广场合并模式：传统的收费模型在合并模式上有着显著的缺点，在车辆通过收费站后汇入主干道的过程较为突兀，容易造成拥堵现象，增加了事故发生的风险且不利于在加速过程中快速的汇入主干道。而在设计的新型模式中，车辆离开收费站出口起始端仍不能进行合并，当加速到一定车速并到达指定合并点处，进行逐次合并，即三个车道先合并成两车道，再进而合并到主干道，这样的合并模式有利于逐次逐步汇交，减少事故发生概率并缓解交通拥堵的压力。
（4）新型收费方式的分配比例：新型的收费模式采用人工半自动收费系统与电子不停车收费系统相结合的收费模式。利用优化模型针对通过该收费点的日均、月均车流量计算出合理的分配比例，合理地调节半自动收费窗口和电子收费窗口的数量，有利于提高单位时间内的车辆通行量。
（5）新型收费广场随着车流量变化的道路调节方案：传统的收费模型中，在针对车流量高峰期和低谷期的不同车流量的大小，新型高速公路模型图开设了潮汐车道、人工车道、串列式收费车道。
（6）新型收费广场事故的预防：在传统的收费广场中，入口广场和出口广场形状、尺寸、合并模式以及收费方式设计的不合理性，车流量在峰值或者在峰值附近时容易造成交通拥堵，增加交通事故发生的概率，具有安全隐患且更不利于行驶排队中车辆的通过。在传统收费广场的形状、大小和事故预防能力的基础上，对新型的收费广场进行了合理的优化设计，通过对不同车型进行合理分流，对通过收费站的车流进行逐次合并，拉开了车辆汇交之间的距离，降低了交通事故发生的风险。
五、结语
随着高速公路的发展以及交通运输量的增大，传统收费模式在通行能力、建设运营成本、事故预防以及合并模式等方面存在着诸多的弊端，传统的收费广场模式越来越无法适应目前的交通状况，通过数据分析和调查，利用经济学原理，数学统计学以及TBL统计参数学模型等进行计算分析，针对收费广场的形状尺寸、合并模式、收费方式分配比例、事故预防等方面进行了合理优化，对传统的收费广场进行优化设计改进，提高了收费站的通行效率，可以有效提高高速公路在车流高峰期时的工作效率。
参考文献：
（1）ZHANG Jinwei， ZOU Yun， WU Lichao Setting method of expressways' toll station based on M/G/K queuing model [J].Transpport standardization.2010，（9）：163-166.（in Chinese）
（2）Rubenstein L. Tandem Toll Collection Syetems. Transportation Research Record，1983 LIAO Gu. Analysis of expressway tollgate capacity [J]. Highway Engineering， 2010， 35（3）： 153-172. （in Chinese）
（3） HELH， LISB，GAOQ，etal. Improving operational efficiency for a two-way highway toll station[J]. Quality Technology and Quantitative Management，2015， 12（3）：355-368.
（作者单位：郑州大学力学与工程科学学院）
关键词：收费广场；通行效率；优化设计
一、传统收费站的弊端
针对传统的具有多条收费车道的高速公路，传统障碍区域形状设计并不能对进入收费广场的车辆进行合理分流，在节假日车流高峰期容易造成交通拥堵和交通事故的发生。其次，传统的收费广场的尺寸设计并不能根据流线型的车道模式合理分配入口车流量并保证车辆交费后更方便快捷的加速离开收费站。所以传统收费广场不仅在形状尺寸方面存在局限性，而且在合并模式方面也存在明显的缺陷，在车辆通过收费站汇入主干道时较为突兀，容易造成交通拥堵现象，增加了事故发生的风险且不利于在加速过程中快去安全的汇入主干道。另外，部分采用人工收费的收费模式以及仅通过开放关闭收费站来应对车流量变化的道路调节方案已远远不能满足目前的交通状况。
二、新型高速公路收费广场模型图
三、新型收费广场的操作流程
（1）电子、人工收费车道的比例调节：当车流高峰期时，正常的电子收费车道不能满足收费车站通行能力要求，需要增加人工收费站台，增大收费站台数目。
（2）设置引导车道，当车辆驶入引导车道后，根据车辆类型按照指示牌驶入相应的车道中，因大中小型车辆灵活性、速度、惯性等因素，收费区域按照由内到外的顺序设置，使得收费站的收费效率提高。
四、对新型收费广场的形状、尺寸、大小、合并模式等方面进行了优化改进，使得在吞吐量、事故预防、成本等方面的性能有了显著的提高。
（1）新型收费广场形状：
对比传统的对称式扇入扇出式模型，新型收费广场对进入的车辆进行合理分流；开设潮汐车道，针对高峰时期开设人工收费车道；增设节假日特殊功能收费车道，减少了主干道车辆变道的风险并减少事故的发生；弯道处弧形形状有助于主干道方向的车辆分流和进入主干道的合并， 拉长了车辆与收费广场的间距，有利于车辆主动选择收费站站台；对比传统收费广场，新型收费广场在收费站台设立主干道电子显示器和次主干道电子显示器，显示各主干道排队等候的总数目以及进入主干道之后各个收费站台等候排队的数目。
（2）新型收费广场尺寸：新型的收费广场采用弧线与直线段相结合的方式，合理调节入口广场处长度值以及弧形半径的大小保证车流量分配的合理性，同时对收费站的出口广场尺寸进行合理设计，利用流体力学知识，采用流线型车道模式，通过优化计算保证车辆在加速离开收费站時更有利于驶入主干道。
（3）新型收费广场合并模式：传统的收费模型在合并模式上有着显著的缺点，在车辆通过收费站后汇入主干道的过程较为突兀，容易造成拥堵现象，增加了事故发生的风险且不利于在加速过程中快速的汇入主干道。而在设计的新型模式中，车辆离开收费站出口起始端仍不能进行合并，当加速到一定车速并到达指定合并点处，进行逐次合并，即三个车道先合并成两车道，再进而合并到主干道，这样的合并模式有利于逐次逐步汇交，减少事故发生概率并缓解交通拥堵的压力。
（4）新型收费方式的分配比例：新型的收费模式采用人工半自动收费系统与电子不停车收费系统相结合的收费模式。利用优化模型针对通过该收费点的日均、月均车流量计算出合理的分配比例，合理地调节半自动收费窗口和电子收费窗口的数量，有利于提高单位时间内的车辆通行量。
（5）新型收费广场随着车流量变化的道路调节方案：传统的收费模型中，在针对车流量高峰期和低谷期的不同车流量的大小，新型高速公路模型图开设了潮汐车道、人工车道、串列式收费车道。
（6）新型收费广场事故的预防：在传统的收费广场中，入口广场和出口广场形状、尺寸、合并模式以及收费方式设计的不合理性，车流量在峰值或者在峰值附近时容易造成交通拥堵，增加交通事故发生的概率，具有安全隐患且更不利于行驶排队中车辆的通过。在传统收费广场的形状、大小和事故预防能力的基础上，对新型的收费广场进行了合理的优化设计，通过对不同车型进行合理分流，对通过收费站的车流进行逐次合并，拉开了车辆汇交之间的距离，降低了交通事故发生的风险。
五、结语
随着高速公路的发展以及交通运输量的增大，传统收费模式在通行能力、建设运营成本、事故预防以及合并模式等方面存在着诸多的弊端，传统的收费广场模式越来越无法适应目前的交通状况，通过数据分析和调查，利用经济学原理，数学统计学以及TBL统计参数学模型等进行计算分析，针对收费广场的形状尺寸、合并模式、收费方式分配比例、事故预防等方面进行了合理优化，对传统的收费广场进行优化设计改进，提高了收费站的通行效率，可以有效提高高速公路在车流高峰期时的工作效率。
参考文献：
（1）ZHANG Jinwei， ZOU Yun， WU Lichao Setting method of expressways' toll station based on M/G/K queuing model [J].Transpport standardization.2010，（9）：163-166.（in Chinese）
（2）Rubenstein L. Tandem Toll Collection Syetems. Transportation Research Record，1983 LIAO Gu. Analysis of expressway tollgate capacity [J]. Highway Engineering， 2010， 35（3）： 153-172. （in Chinese）
（3） HELH， LISB，GAOQ，etal. Improving operational efficiency for a two-way highway toll station[J]. Quality Technology and Quantitative Management，2015， 12（3）：355-368.
（作者单位：郑州大学力学与工程科学学院）