高速公路主要速度控制設(shè)施有效性研究

崔洪軍，張志磊，陳 辰，趙志強，李海南

（河北工業(yè)大學 土木工程學院，天津 300401）

超速行駛對人們的生命及財產(chǎn)安全構(gòu)成了極大威脅，對超速行駛現(xiàn)象的有效治理可以在很大程度上改善我國高速公路的交通安全狀況．事故的嚴重程度隨著車速的增加而增加．碰撞中消散的能量與碰撞前后速度差 相關(guān)．研究表明當 >48 km/h，事故產(chǎn)生嚴重傷亡的可能性大于50%．同時，近年研究證實，事故數(shù)亦同車輛速度離散性有關(guān)．車速離散性反映車速頻繁變化的程度，離散性高的道路更易發(fā)生危險．由此可見，運用相關(guān)的交通安全設(shè)施控制車輛運行速度及其離散程度可以有效提高道路安全水平．高速公路有多種速度控制措施，其有效性和實施效果參差不齊，相關(guān)規(guī)范對其效果也僅僅停留在指導性意見．因此，對我國高速公路現(xiàn)有速度控制措施有效性進行系統(tǒng)的評價研究具有突出的意義．

1 樣本路段信息采集

選取具有相似地理特征、線形特征的3個高速公路路段作為研究對象，研究不同減速措施速度控制情況．測速路段京滬、京秦高速地處平原區(qū)，路段均為雙向四車道．車輛組成主要以小車為主，而小客車又是超速行駛的主體，故后文著重分析小客車的車速情況．樣本路段相關(guān)幾何參數(shù)見表1．

表1 測速路段幾何參數(shù)Tab.1 Geometric parameters of speed section

圖1 測速斷面示意圖Fig.1 Schematic diagram of speed section

數(shù)據(jù)采集過程采用手持式激光測速儀對速控設(shè)施路段車速進行粗略采樣．并在速控設(shè)施前后各設(shè)置2個測速斷面，斷面相距100 m．模擬車輛從穩(wěn)態(tài)速度至通過速控設(shè)置再到恢復穩(wěn)態(tài)速度的變化過程，借以分析交通速度控制措施的實施效果．斷面設(shè)置如圖1所示．

2 運行速度顯著性分析

由于樣本數(shù)n;50，利用Kolmogorov-Smirnov檢驗（K-S檢驗）對不同斷面速度分布正態(tài)性進行檢驗[1]．

假設(shè)

式中：Sn(x)為n次觀察的隨機樣本觀測值的累計概率分布函數(shù)，Sn(x)=i/n，i為等于或小于 的所有觀察值的數(shù)目，i=1,2,3, ,n，F(xiàn)0為正態(tài)分布累計概率函數(shù)．統(tǒng)計量D=max0．利用SPSS統(tǒng)計分軟件對3種交通設(shè)施進行K-S檢驗分析計算，并以1斷面為例在置信度95%條件下計算，如表2所示．

表2 K-S檢測驗證表Tab.2 Verification table of K-Stest

以超速抓拍為例，其正態(tài)分布頻率圖2所示．

計算結(jié)果顯示，在顯著性 =0.05的前提下，3種速控措施雙側(cè)檢驗相伴概率均大于顯著水平0.05．即接受原假設(shè)0，速度分布特征在95%置信度條件下服從正態(tài)分布．同理檢測其他斷面車速，結(jié)果表明其速度分布特征均服從正態(tài)分布．

在驗證測速裝置前后不同斷面車速度服從正態(tài)分布的基礎(chǔ)上，為進一步驗證速度控制措施是否對車輛行駛產(chǎn)生了影響，分別對交通速控設(shè)施前后斷面速度差異進行顯著性分析．采用2獨立樣本t檢驗，其目的是利用來自2個總體的獨立樣本，推斷兩個總體的均值是否存在顯著性差異．結(jié)果表明3種速控設(shè)施前后車速均有顯著性變化，說明速度控制措施對路段車輛運行速度產(chǎn)生了一定的影響．

3 速控措施有效性量化分析

為進一步評價不同速度控制措施的實施效果，量化有效性指標．本文進而從影響事故嚴重程度的速差和影響事故數(shù)的速度離散程度兩個方面建立有效性指標．

圖2 超速抓拍正態(tài)分布擬合圖Fig.2 Normal fitting diagram of overspeed snapping

3.1 斷面速差 V

式中：0為駛?cè)胨俣龋峭ㄟ^車速控制措施前的穩(wěn)態(tài)均速； 為通過車速控制措施的均速；1為駛出速度，是通過車速控制措施后加速達到穩(wěn)態(tài)時的均速．

指標11反映車輛通過車速控制措施時的減速幅度；12指標反映車輛通過車速控制措施前后車速的差異性，可用來評價車速控制設(shè)施的有效性．

3.2 車速離散程度

車速離散程度反映車輛正常行駛條件下的一致性．當?shù)缆烦霈F(xiàn)頻繁變道、加速超車、急剎等非穩(wěn)態(tài)情況時，車輛行駛速度離散程度增大，路段的危險性也隨之增加[3]．因此引入速度標準差描述車輛截面速度離散程度．駛?cè)胨俣群屯ㄟ^速度差21，駛?cè)胨俣扰c駛出速度標準差差22

式中：0為駛?cè)胨俣龋峭ㄟ^車速控制措施前穩(wěn)態(tài)速度的標準差； 為通過車速控制措施的標準差；1為駛出速度方差，是通過車速控制措施后加速達到穩(wěn)態(tài)時的標準差差．

為進一步量化車速標準差與事故率的關(guān)系，本文選取京滬高速2006～2010年事故數(shù)據(jù)進行事故率和車速標準差分析．選取13個路段測量并計算其車速離散程度．其單位距離事故率與車速標準離差的關(guān)系如圖3所示．

由圖3可見單位路段事故率隨車速標準離差增大成指數(shù)性增大，車輛速度標準差減少事故數(shù)也不會趨近于0．這是由于車輛本身或駕駛員等隨機因素影響導致交通事故，而不是車輛間的相互作用．因此結(jié)果符合客觀實際，通過比對可以量化的車輛速度變化趨勢與標準差，對比不同速控措施對路段交通安全的有效性．3種測速標志進行實地測量的指標統(tǒng)計如表3所示[4]．

斷面速差 方面，11反映出超速抓拍降低車速3.84 km/h，限速標志和震動減速標線由于缺乏法律強制力減速效果沒有超速抓拍明顯．指標12反映出通過速控措施后限速標志和震動減速標線仍可降低車速，而車量駛過超速抓拍措施后，車速較駛?cè)霑r穩(wěn)態(tài)車速會有一定程度的上升．速度離散程度限速標志前后標準差總體成增大趨勢，車速離散程度增大．震動減速標線標準差呈減少趨勢，車速離散程度減小．超速抓拍通過車速標準差呈增大趨勢，駛出速度標準差基本無變化，其現(xiàn)象產(chǎn)生的原因可以解釋為部分駕駛員在超速抓拍處因擔心交管部門罰款扣分而采取緊急制動，從而導致超速抓拍處標準差有所增大．為進一步直觀描述車速不同斷面均速變化趨勢，標準差變化趨勢，對不同斷面車速進行分析如圖4所示．

3種主要交通速度控制措施斷面速度均呈現(xiàn)“不完全對稱V形”，經(jīng)歷先減速后加速的過程．由此可見3種速控措施對車輛速度的影響都只限定某一路段，駛出該路段后車輛行駛恢復穩(wěn)態(tài)，車速回升．相比之下，超速抓拍措施減使度降低幅度較大，限速標志降速幅度較小，震動減速標線效果介于兩個之間．進一步通過曲線擬合得到車輛在三類交通安全設(shè)施前后的速度變化方程如表4所示．

圖3 單位路段事故率與車速標準差直接的關(guān)系Fig.3 Directly relationship between unit road accident rate and speed standard deviation

表3 3種速控措施有效性指標Tab.3 Effective Indicator of three kinds of speed control measure

速度離散程度方面，限速標志不同測量斷面方差變化起伏很大，不能簡單的用關(guān)聯(lián)事故率來評價其實施效果．限速標志離散程度起伏變化大的原因主要是由于高速公路不同路段限速往往不同，駕駛者對路段限速沒有提前預期[5]，因此在減速標志前后采取制動等措施，導致車速離散程度變化．相比限速標志，震動減速標線和超速抓拍在不同斷面離散程度變化不明顯，但是震動減速標線車速離散程度明顯高于超速抓拍[6]．由此可見，具有懲罰約束力的超速抓拍具有較高的控制車速離散程度的作用．合理設(shè)置可以有效的減少車速離散程度，減少車輛事故率．震動減速標線次之，限速標志對車速離散程度有效性較差．

表4 主要交通安全設(shè)施車速擬合Tab.4 Speed Fitting of main traffic safety measure

圖4 速度期望變化趨勢Fig.4 Speed expect trends

圖5 斷面標準差變化趨勢圖Fig.5 Sectional standard deviation trends

4 結(jié)語

限速標志、震動減速標線、超速抓拍是我國高速公路普遍使用的車速控制措施．本文在檢驗不同斷面顯著性的基礎(chǔ)上建立了以速差和離散程度為標準的有效性指標．以京滬高速實測數(shù)據(jù)為載體，對3種速控措施實施效果進行了評價．首先對交通安全設(shè)施不同斷面車速變化趨勢進行分析，結(jié)果表明減速效果程度排序為超速抓拍、震動減速標線、限速標志．其次給出以京滬事故數(shù)據(jù)為載體的車輛離散程度和事故率的關(guān)系，結(jié)合測量斷面的車速標準差分析．超速抓拍車速離散程度最小．綜合兩項指標，結(jié)論表明超速抓拍有效性最好，震動減速標線次之，限速標志最差．3種交通安全設(shè)施只在一定距離產(chǎn)生一定作用．對離速控措施較遠處沒有產(chǎn)生有效的控速的作用．該研究為高速公路車速控制措施的綜合評價提供了實測數(shù)據(jù)支持，有利于高速公路車速控制措施的合理設(shè)置．

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