城市快速路限速與運(yùn)行速度的關(guān)系

王華榮,孫小端,胡希元,賀玉龍,王媛媛

(1.北京工業(yè)大學(xué)交通工程北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100124;2.交通部科學(xué)研究院交通信息中心,北京 100029;3.國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利審查協(xié)作中心,北京 100190)

對(duì)目前世界上的很多國(guó)家而言,超速或以不合理的速度行駛是導(dǎo)致道路交通事故中傷亡事件的主要因素之一.眾所周知,車輛的行駛速度越高,其所需的停車距離越長(zhǎng),由此導(dǎo)致的事故風(fēng)險(xiǎn)越大.根據(jù)美國(guó)道路交通安全管理局(National Highway Traffic Safety Administration,NHTSA)所發(fā)布的死亡事故分析報(bào)告中所公布的數(shù)據(jù),在 1988—2006年,每年都至少有 1/3的死亡事故是由超速(指車輛的行駛速度超過(guò)限速值,或者對(duì)于當(dāng)時(shí)的情況而言速度過(guò)快)所致[1].中國(guó)公安部公布的交通事故統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明,2007年中國(guó)有 10.2%的死亡事故是由超速引起[2].因此,對(duì)超速進(jìn)行治理很有必要.速度管理是提高道路交通安全狀況的一種重要工具,然而提高人們對(duì)限速的遵守程度,降低不安全的行駛速度并非易事.很多駕駛員不能意識(shí)到他們?cè)诔亳{駛時(shí)可能面臨的風(fēng)險(xiǎn),相反卻總認(rèn)為超速所帶來(lái)的好處大于其可能引發(fā)的各種問(wèn)題.所以,對(duì)速度的管理始終是世界各國(guó)道路安全工作者面臨的一個(gè)最大挑戰(zhàn),需要多個(gè)部門之間長(zhǎng)期合作并予以高度的重視[3].

限速作為速度管理的一種常用手段,可用來(lái)控制車輛速度、降低事故風(fēng)險(xiǎn).美國(guó)的 TRB于 1998年頒布了關(guān)于速度管理的最終報(bào)告.這個(gè)報(bào)告是在仔細(xì)審核美國(guó)各個(gè)州當(dāng)時(shí)的限速制定標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)之上完成的,并給出了對(duì)于各種不同類型的道路,確定合理限速值的一些操作指南.在此最終報(bào)告中指出,美國(guó)目前的限速確定方法有 2種:法定限速和速度區(qū)限速[4].法定限速一般針對(duì)某一類型的道路設(shè)施所確定,適用范圍較廣,其值的大小主要依據(jù)道路所處的地域特征(CBD區(qū)域、城市居住區(qū)還是鄉(xiāng)村等)、不同道路等級(jí)(州際道路、主干道還是縣鄉(xiāng)道路)等加以確定,同時(shí)還要考慮諸如道路的設(shè)計(jì)速度、運(yùn)行速度、事故歷史記錄和執(zhí)法經(jīng)驗(yàn)等因素.在某些路段,當(dāng)法定限速值對(duì)于其實(shí)際情況而言不合理時(shí),就需要運(yùn)用速度區(qū)的方法來(lái)限速.速度區(qū)限速值的確定主要依靠工程觀測(cè)的方法確定,即先通過(guò)數(shù)據(jù)采集,計(jì)算得到其自由流狀態(tài)下 85%位速度,在此基礎(chǔ)上考慮其他因素(如事故率、路側(cè)開(kāi)發(fā)水平、道路線形、停車狀況及行人活動(dòng)水平等)對(duì)其加以修正,得到其限速值.為了使限速值的確定更為合理,很多國(guó)家都對(duì)限速、運(yùn)行速度及事故率之間的關(guān)系進(jìn)行了研究.在中國(guó),限速值的確定主要根據(jù)道路的設(shè)計(jì)速度確定,如我國(guó)規(guī)定,高速公路上行駛的小客車其最高限速是 120 km/h,忽略了在沒(méi)有輔助執(zhí)法手段作為保障的前提下,駕駛員會(huì)對(duì)當(dāng)時(shí)的道路線形、環(huán)境等形成自己的判斷,以自認(rèn)為合理的速度行駛,并不會(huì)理會(huì)限速值是多少的實(shí)際情況.因此,在我國(guó)要想使限速的制定更為合理可行,首要的任務(wù)之一便是建立限速與運(yùn)行速度之間的關(guān)系.閱讀國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)可知,不同的道路類型,其限速與運(yùn)行速度之間的關(guān)系會(huì)有所不同.在此,筆者對(duì)位于北京三環(huán)、四環(huán)、五環(huán)快速路上的 19個(gè)有限速標(biāo)志、但無(wú)輔助執(zhí)法手段(如雷達(dá)照相等)的地點(diǎn)來(lái)收集實(shí)地速度數(shù)據(jù)及其對(duì)應(yīng)的限速值,選取篩選后得到的自由流狀態(tài)下的速度數(shù)據(jù)進(jìn)行后面的方差分析及限速與運(yùn)行速度間的回歸關(guān)系研究.

1 速度數(shù)據(jù)采集

1.1 數(shù)據(jù)采集地點(diǎn)的選取標(biāo)準(zhǔn)

調(diào)查地點(diǎn)的選取應(yīng)當(dāng)保證駕駛員能以自由流速度行駛.因此,應(yīng)選擇不受交通控制設(shè)施以及其他車輛影響的路段,從而使駕駛員能達(dá)到他們所期望的行駛速度.由此,確定數(shù)據(jù)采集地點(diǎn)的選取標(biāo)準(zhǔn)如下:

1)觀測(cè)地點(diǎn)選取基本路段,即滿足觀測(cè)區(qū)域內(nèi)與快速路出入口、匝道及交織區(qū)有足夠的距離,以避免由于這些設(shè)施的出現(xiàn)而影響車流的穩(wěn)定運(yùn)行;

2)觀測(cè)地點(diǎn)的限速標(biāo)志處于顯眼的位置,易于被駕駛員所發(fā)現(xiàn);

3)選取沒(méi)有自動(dòng)執(zhí)法手段(雷達(dá)照相)作為輔助的限速路段,以避免由這些設(shè)施所帶來(lái)的影響;4)沒(méi)有在觀測(cè)期內(nèi)施工或準(zhǔn)備施工的路段.

符合這幾點(diǎn)選取標(biāo)準(zhǔn),可以認(rèn)為行駛于這些路段上的駕駛員對(duì)速度的選擇主要基于限速標(biāo)志及他們自己對(duì)當(dāng)時(shí)駕駛環(huán)境的感覺(jué).基于這幾點(diǎn)數(shù)據(jù)采集地點(diǎn)的選取標(biāo)準(zhǔn),分別從北京的三環(huán)選取 8個(gè)、四環(huán)選取 3個(gè)、五環(huán)選取 8個(gè),共計(jì) 19個(gè)調(diào)查地點(diǎn),進(jìn)行速度及其他交通流數(shù)據(jù)的采集工作.

1.2 數(shù)據(jù)采集方法

1.2.1 數(shù)據(jù)采集設(shè)備的選取

目前用于交通流中速度數(shù)據(jù)采集的設(shè)備有很多種:車輛磁映像交通流分析儀(NC97)、全球定位系統(tǒng)(GPS)、激光測(cè)速儀、雷達(dá)測(cè)速儀、氣壓式交通流檢測(cè)器、視頻檢測(cè)儀(主要有 Autoscope 2004、Video Trace等設(shè)備).在所有這些檢測(cè)設(shè)備中,視頻檢測(cè)儀具有現(xiàn)場(chǎng)安裝方便(只需架設(shè)攝像機(jī))、不影響交通流正常運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn),而其他的速度檢測(cè)設(shè)備或者在現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè)時(shí)需中斷交通(如車輛磁映像交通流分析儀、氣壓式交通流檢測(cè)器),或者在采集過(guò)程中會(huì)對(duì)交通流產(chǎn)生一定程度的影響(如雷達(dá)測(cè)速儀的使用會(huì)吸引駕駛員注意力,導(dǎo)致行車速度發(fā)生變化).所以,選用視頻檢測(cè)儀采集各個(gè)調(diào)查地點(diǎn)的速度數(shù)據(jù).

1.2.2 采集時(shí)間

因北京市快速路在高峰期交通量較大,接近通行能力,難以保證車輛行駛處于自由流狀態(tài)下,所以選擇非高峰時(shí)段(早 5:30—7:30)對(duì)這些地點(diǎn)進(jìn)行交通流各項(xiàng)參數(shù)的觀測(cè).

1.3 數(shù)據(jù)篩選

原始的視頻數(shù)據(jù)以事件記錄的形式通過(guò) Autoscope 2004導(dǎo)出到 Microsoft Excel文件中予以保存,并進(jìn)行后面的數(shù)據(jù)整理及篩選.事件記錄指的是數(shù)據(jù)的每條記錄對(duì)應(yīng)進(jìn)入觀測(cè)斷面每輛車的一些基本信息,如進(jìn)入斷面的時(shí)刻、車速、所在車道、車輛長(zhǎng)度等,對(duì)每一觀測(cè)斷面所檢測(cè)到的所有記錄稍加整理,便可得到各種需要的信息,如車輛類型、車頭時(shí)距、交通量等數(shù)據(jù).由文獻(xiàn)可知,自由流狀態(tài)下的 85%位速度常用作運(yùn)行速度的替代值,并作為確定限速值的基礎(chǔ)性依據(jù)[1].因此,要得出運(yùn)行速度,首先要篩選出自由速度.一些研究將自由速度定義為車輛處于比較穩(wěn)定狀態(tài)的車頭時(shí)距下,此時(shí)車輛的行駛不受其他車輛或其他因素的影響.

研究表明,交通流中前后 2輛車間的車頭時(shí)距至少為 3s時(shí),可認(rèn)為其行駛狀態(tài)處于自由流,但一般都推薦最好為 4 s[3].在此,選取車頭時(shí)距大于或等于 4 s的車輛速度作為自由速度,在此基礎(chǔ)上分析計(jì)算其速度分布及 85%位速度.

對(duì)于速度數(shù)據(jù)缺失或信息不完整的記錄,在計(jì)算時(shí)予以篩除.此外,在研究中對(duì)城市快速路的交通流組成進(jìn)行統(tǒng)計(jì)后發(fā)現(xiàn),大型貨車、公交車或其他大型車輛在交通流中所占比例小于 5%,所以在后面的分析中,對(duì)大型車予以忽略,主要考慮小型車.

最終,從 19個(gè)不同的調(diào)查地點(diǎn),共計(jì) 81 657條原始數(shù)據(jù)記錄中篩選得到了 8 682條自由速度及車頭時(shí)距記錄數(shù)據(jù).各調(diào)查地點(diǎn)所處的位置、限速情況以及自由速度樣本數(shù)量等詳細(xì)信息如表 1所示.

表1 觀測(cè)地點(diǎn)基本信息匯總Table 1 In formation o f investigating sections

2 數(shù)據(jù)分析及結(jié)果

2.1 運(yùn)行速度

如前所述,85%位速度常用作運(yùn)行速度的替代值.因此,對(duì)表 1中得到的每個(gè)地點(diǎn)的自由速度樣本運(yùn)用統(tǒng)計(jì)方法計(jì)算得到其相應(yīng)的運(yùn)行速度值及各觀測(cè)樣本的統(tǒng)計(jì)特征值(見(jiàn)表2).表 2(其中的地點(diǎn)編號(hào)與表 1相對(duì)應(yīng))中列出了每個(gè)觀測(cè)地點(diǎn)自由速度樣本的主要統(tǒng)計(jì)特征值,包括均值、標(biāo)準(zhǔn)差、最小速度、最大速度、偏度系數(shù)、峰度系數(shù)等以及其對(duì)應(yīng)的85%位速度.偏度系數(shù)和峰度系數(shù)是用于表征樣本分布狀況的無(wú)量綱參數(shù),如果某樣本的偏度系數(shù) ＜0,則表明樣本的概率函數(shù)分布偏于均值的左側(cè);偏度系數(shù) ＞0,則樣本的概率函數(shù)分布偏于均值的右側(cè);當(dāng)偏度系數(shù) =0時(shí),則表明樣本的概率函數(shù)分布關(guān)于均值對(duì)稱.如果樣本的峰度系數(shù) =0,表明樣本服從正態(tài)分布;若峰度系數(shù) ＜0,則表明樣本兩端分布的極值數(shù)據(jù)較少;相反,若峰度系數(shù) ＞0,則表明樣本兩端分布的極值數(shù)據(jù)較多.

對(duì)比表 1中的限速值及表 2中的運(yùn)行速度值可以看出,幾乎所有地點(diǎn)的 85%位速度均高于其對(duì)應(yīng)的限速值.對(duì)于限速與運(yùn)行速度之間的關(guān)系,將在后面進(jìn)行更為深入的研究.

表2 觀測(cè)地點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)特征及運(yùn)行速度Table 2 Summary statistics for investigating sites

2.2 運(yùn)行速度與限速之間的關(guān)系

2.2.1 方差分析

如表 1中所示,三環(huán)和四環(huán)快速路的限速值均為 80 km/h,為檢驗(yàn)?zāi)芊駥⑦@ 2條路上得到的運(yùn)行速度值與限速當(dāng)作同一樣本的數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析,對(duì)這 2條快速路上得到的 85%位運(yùn)行速度值進(jìn)行了方差分析,以判別來(lái)自這 2條不同環(huán)路上采集到的數(shù)據(jù)樣本分布是否存在顯著的差異,其方差分析結(jié)果見(jiàn)表 3.表 3中的 P值為 0.865 8,大于 0.05,說(shuō)明來(lái)自三環(huán)和四環(huán)的運(yùn)行速度均值沒(méi)有顯著的差異.

表3 三環(huán)與四環(huán)調(diào)查地點(diǎn)運(yùn)行速度樣本的方差分析Tab le 3 Deviation analysis

2.2.2 回歸分析

國(guó)外的很多研究表明,85%位速度一般均高于其相對(duì)應(yīng)的限速值[5-6],50%位速度一般接近或超過(guò)限速.圖 1是美國(guó)一項(xiàng)研究所得出的鄉(xiāng)村雙車道道路、郊區(qū)及城市道路上其限速與運(yùn)行速度的對(duì)應(yīng)情況.由圖 1可以看出,美國(guó)城市和郊區(qū)道路上的 85%位速度比鄉(xiāng)村道路更頻繁地超過(guò)限速值.圖 2是由表 1中各個(gè)觀測(cè)地點(diǎn)的限速值及與其對(duì)應(yīng)的表 2中的 85%位速度值繪制成的,圖中的斜線表示 85%位速度等于限速.從圖 2中不難發(fā)現(xiàn),當(dāng)限速?gòu)?80 km/h提高到 100 km/h時(shí),85%位速度超過(guò)限速的比例亦有所增加,從 91%增加到了 100%.

圖1 美國(guó) NCHRP、Texas和 FHWA所得到的 85%位速度與限速的對(duì)應(yīng)情況Fig.1 85th percentile speed versus posted speed from NCHRP,Texas,and FHWA data

圖2 北京快速路85%位速度與限速之間的關(guān)系Fig.2 85th percentile speed versus posted speed in Beijing Express Ring-road

利用 R統(tǒng)計(jì)軟件得到的 85%位速度與限速之間的回歸分析結(jié)果見(jiàn)表 4.從表 4中可以得到線性關(guān)系式為式中,x為現(xiàn)有限速;y為 85%位速度;R2=0.4321.

表4 現(xiàn)有限速與 85%位速度之間的線性回歸分析結(jié)果Table 4 Linear regression results betw een 85th percentile speed and existing posted speed lim its

表4中,x變量的 P值 ＜0.01,表明 85%位速度與限速之間存在很強(qiáng)的線性相關(guān)關(guān)系.這一結(jié)論與美國(guó) NCHRPReport504[7]的研究結(jié)果相似.

從圖 2可以看出,19個(gè)調(diào)查地點(diǎn)的運(yùn)行速度值中,僅有 1個(gè)低于限速值.根據(jù)美國(guó)速度區(qū)確定限速的指南,這是否意味著現(xiàn)有的限速不夠合理,應(yīng)當(dāng)提高其限速值?如果提高限速,會(huì)不會(huì)導(dǎo)致其運(yùn)行速度增加到更高的一個(gè)水平,因?yàn)閲?guó)外的很多研究已經(jīng)表明,在鄉(xiāng)村州際道路上,85%位速度會(huì)隨著限速的增加而增加,并隨著時(shí)間的推移而繼續(xù)增加,這就意味著 85%位速度并非 1個(gè)靜止的點(diǎn),而是 1個(gè)隨著限速的變化而不斷變化的點(diǎn)[8].如果將限速提高到與現(xiàn)在的運(yùn)行速度相一致,那么運(yùn)行速度很快又會(huì)超過(guò)新提高的限速.就城市道路而言,是否應(yīng)當(dāng)將限速低于運(yùn)行速度的路段予以提高,同樣存在很大的爭(zhēng)議,除運(yùn)行速度外,還要考慮其他因素:交通安全、執(zhí)法水平、執(zhí)法方式等,而這些因素對(duì)限速的影響也需要進(jìn)行獨(dú)立的、更為深入的研究.

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)大量的實(shí)地交通流數(shù)據(jù)采集、篩選與分析得出,對(duì)于城市快速路,其限速與運(yùn)行速度呈很強(qiáng)的線性相關(guān)關(guān)系,現(xiàn)有觀測(cè)地點(diǎn)的運(yùn)行速度普遍高于其限速值,但是否將現(xiàn)有限速值予以提高還有待于限速與安全、限速與執(zhí)法等關(guān)系的深入研究.文中所用到的研究方法也可用于其他類型道路,如限制出入的高速公路、雙車道公路等的限速與運(yùn)行速度之間關(guān)系的研究.而且,為使這 2個(gè)速度變量之間的關(guān)系更能符合實(shí)際,很有必要不斷分析調(diào)整后的限速值對(duì)運(yùn)行速度與安全的影響.

[1]NHTSA.2006 annual assessment[R]//Traffic Safety Facts 2007.Washington D C,USA:NHTSA's National Center for Statistics＆Analysis,2007:128-129.

[2]公安部交通管理局.中華人民共和國(guó)交通事故統(tǒng)計(jì)年報(bào)(2007)[R].無(wú)錫:公安部交通管理科學(xué)研究所,2008:2-12.

[3]DAVID S,ETIENNE K,DAVIDW.Speed management:a road safetymanual for decision-makers and practitioners[M].Geneva:Global Road Safety Partnership,2008:3-17.

[4]MILLIKEN G.Managing speed:review of current practice for setting and enforcing speed limits.special report 254[R].Washington D C,USA:Transportation Research Board,1998:36-70.

[5]PARKER J.Effects of raising and lowering speed limits on selected roadway sections[R].Washington D C,USA:Federal Highway Administration,1997:31-35.

[6]FAMBRO D B,FITZPATRICK K,KOPPA R J.Determination of stopping sight distances[R].Washington D C,USA:Transportation Research Board,1997:55-58.

[7]KAY F,PAUL C,MARCUSA B.Design speed,operating speed,and posted speed practices[R].Washington D C,USA:Transportation Research Board,2003:48.

[8]JAEHYUN P.Modeling of setting speed limits on urban and suburban roadways[D].South Florida:Department of Civil and Environmental Engineering,University of South Florida,2003:1-4.