運(yùn)行速度計(jì)算方法比較及驗(yàn)證

林亞萍 陳 飛 陳春紅

以運(yùn)行速度為基礎(chǔ)的線形設(shè)計(jì)方法在國外得到了廣泛的運(yùn)用。運(yùn)行速度設(shè)計(jì)法由于在提高公路設(shè)計(jì)安全性方面具有重大意義，已經(jīng)引起了我國交通主管部門和專家學(xué)者的關(guān)注。

1 運(yùn)行速度簡介

1.1 運(yùn)行速度的引入

近40年，隨著汽車制造業(yè)的發(fā)展，汽車的行駛速度與“設(shè)計(jì)速度”有了很大差別。事故率和破壞嚴(yán)重性的相應(yīng)增加暴露了“設(shè)計(jì)速度法”的固有缺陷。因此，越來越多的西方國家考慮并實(shí)行運(yùn)行速度設(shè)計(jì)法。我國亦在JTG B01-2003公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、《新理念公路設(shè)計(jì)指南》(2005版)及JTG/T B05-2004公路項(xiàng)目安全性評價指南(簡稱《指南》)中引入了運(yùn)行速度的概念，并建議在速度變化路段、爬坡車道、超高等受限制路段進(jìn)行運(yùn)行速度檢驗(yàn)[1-3]。

1.2 運(yùn)行速度確定方法

已建公路的運(yùn)行速度可通過實(shí)測得到;但在新建公路項(xiàng)目的設(shè)計(jì)階段是無法以觀測的方法得到運(yùn)行速度的，而是推算路段運(yùn)行速度，進(jìn)而以此為基礎(chǔ)，對所設(shè)計(jì)公路的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行評價。《指南》中介紹了兩種計(jì)算運(yùn)行速度的方法:依據(jù)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行速度預(yù)測(簡稱“模型法”);依據(jù)圖表所示讀取路段運(yùn)行速度(簡稱“圖表法”)。

2 運(yùn)行速度試算與實(shí)測

2.1 試算線形簡介

取滬寧高速公路南京連接線為例。該段城市快速路起于中山門，終于繞城公路。道路采用一級公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)速度80 km/h。運(yùn)行速度分上行和下行兩個行駛方向，此處確定從滬寧高速公路下來至中山門為正向行駛方向。由于篇幅所限，本文選取其中一段作為試算路段(如圖1所示)，進(jìn)行正向行駛方向上的運(yùn)行速度計(jì)算，即圖1中A點(diǎn)至S點(diǎn)。

本文按已實(shí)行運(yùn)行速度設(shè)計(jì)法國家的確定原則，將緩和曲線路段視為平曲線的組成部分，統(tǒng)歸為同一路段加以考慮。

2.2 “模型法”試算演示

2.2.1 路段劃分

以“模型法”中的劃分原則進(jìn)行路段劃分。路段1:從A點(diǎn)至D點(diǎn)，曲線半徑為830 m。

路段2:從D點(diǎn)至G點(diǎn)，曲線半徑為983.963 m。

路段3:從G點(diǎn)至I點(diǎn)，曲線半徑為1100 m，視為直線段，路段長度為761.588 m。

路段4:從I點(diǎn)至K點(diǎn)，曲線半徑為967.620 m。

路段5:從K點(diǎn)至L點(diǎn)，為直線段，路段長度為450.163 m。路段6:從L點(diǎn)至O點(diǎn)，曲線半徑為600 m。

路段7:從O點(diǎn)至P點(diǎn)，為直線段，路段長度為202.136 m。

路段8:從P點(diǎn)至S點(diǎn)，曲線半徑為700 m。

2.2.2 初始運(yùn)行速度V0

《指南》中提出預(yù)測路段的初始運(yùn)行速度V0可通過調(diào)查點(diǎn)的現(xiàn)場實(shí)測，或按表B(1).0.2-1估算得到。此處結(jié)合具體狀況確定，本試驗(yàn)路段正向行駛車輛大都是從滬寧高速公路下來，起始路段之前的地形比較平坦，線形指標(biāo)比較高，故在此取V=90 km/h為初始速度。

2.2.3 各路段的運(yùn)行速度

1)路段1。根據(jù)表1(《指南》中表B(1).0.2-3)所列平曲線上的速度預(yù)測模型，選用入口直線—曲線公式推算曲線中部運(yùn)行速度為:

Vmiddle= －24.212+0.834 ×90+5.729ln830≈89 km/h。

圖1 路段平面線形

表1 平曲線上的小客車運(yùn)行速度預(yù)測模型

此為路段1運(yùn)行速度。選用出口曲線—曲線公式，推算曲線終點(diǎn)位置D點(diǎn)的運(yùn)行速度為:

2)路段2。選用入口曲線—曲線公式推算曲線中部運(yùn)行速度為:

此為路段2運(yùn)行速度。選用出口曲線—直線公式，推算曲線終點(diǎn)位置G點(diǎn)的運(yùn)行速度為:

3)路段3。根據(jù)《指南》中直線段上期望車速計(jì)算公式Vs=及表2(《指南》中表B(1).0.2-2)所列值，選用加速度值a0=0.18 m/s2，得出此路段終點(diǎn)位置I點(diǎn)的運(yùn)行速度為:

表2 平直路段上期望運(yùn)行速度和推薦加速度值

其他路段的運(yùn)行速度值計(jì)算過程類似，不再贅述，計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 各路段運(yùn)行速度計(jì)算值 km/h

2.2.4 縱坡影響

由于試算路段全線縱坡均小于3%，根據(jù)《指南》的規(guī)定，其對運(yùn)行速度的修正為0。

2.3 “圖表法”試算演示

2.3.1 路段劃分

以“圖表法”中的劃分原則進(jìn)行路段劃分。

路段1:從A點(diǎn)至L點(diǎn)，視為直線段，路段長度為3643.602 m。

路段2:從L點(diǎn)至O點(diǎn)，曲線半徑為600 m，自成一個路段，依據(jù)表4(《指南》中表B(2).0.1-1)第二列及第三列所列數(shù)值，路段運(yùn)行速度為110 km/h(為估算值，在測試數(shù)據(jù)范圍以外)[1]。

路段3:從O點(diǎn)至S點(diǎn)，視為直線段，路段長度為677.392 m。

2.3.2 初始運(yùn)行速度V0

A點(diǎn)駛?cè)胨俣热詾?0 km/h。

表4 路段上小客車的運(yùn)行速度(節(jié)選)

2.3.3 各路段運(yùn)行速度

1)路段1。計(jì)算L點(diǎn)的運(yùn)行速度，查閱圖2(《指南》中圖B(2).0.1-1)，已知車速為90 km/h，直線段長約3644 m。由于圖中沒有相對應(yīng)長度直線的曲線圖，且直線段較長，則推算小客車將在直線段上先作加速行駛，直至其期望速度值120 km/h，而后保持勻速行駛，直至駛出直線段。因此確定路段1終點(diǎn)位置L點(diǎn)運(yùn)行速度為120 km/h。

圖2 直線段小客車的運(yùn)行速度

2)路段2。計(jì)算O點(diǎn)(即路段2終點(diǎn)位置)的運(yùn)行車速時，查閱圖3(《指南》中圖B(2).0.1-2)，并沿著曲線半徑為600 m的直線向上移，直至與代表車速為110 km/h的曲線相交，然后平移至“離開彎道的速度”軸，讀出O點(diǎn)駛離車速為108 km/h。

圖3 曲線段小客車的運(yùn)行速度

3)路段3。計(jì)算S點(diǎn)(即路段3終點(diǎn)位置)的運(yùn)行速度，查閱圖2，已知車速為108 km/h，直線段長約677 m，則到達(dá)直線終端S點(diǎn)時的運(yùn)行速度仍約為108 km/h。

2.3.4 縱坡影響

由于路段全線縱坡均小于3%，根據(jù)《指南》的規(guī)定，其對運(yùn)行速度的修正為0。

2.4 運(yùn)行速度實(shí)測

2.4.1 測速方法

本文采用國產(chǎn)LDR巡邏式測速雷達(dá)進(jìn)行觀測。觀測斷面的選擇主要考慮平面線形變化。觀測數(shù)量的選擇，主要是保證觀測結(jié)果的可靠性，為此本文在每個觀測斷面上所觀測的車輛數(shù)約為70 輛[6，7]。

2.4.2 觀測速度

本文對每個斷面上隨機(jī)抽測的70個數(shù)據(jù)利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)軟件SPSS進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析，從而得到每個觀測斷面上85%的車速，并依此作為該觀測斷面的運(yùn)行速度，如圖4所示。

圖4 運(yùn)行速度值比較圖

2.5 小結(jié)

2.5.1 “模型法”與“圖表法”

從試算過程可看出:“模型法”更為可行、合理;“圖表法”推算過程簡單、直觀，讀圖時卻易產(chǎn)生誤差;從結(jié)果看，就小半徑曲線運(yùn)行速度計(jì)算時，兩者的計(jì)算結(jié)果較接近;“圖表法”計(jì)算過程中，就設(shè)計(jì)指標(biāo)較高的公路而言(如該一級公路)，由于較長路段內(nèi)曲線半徑均因大于臨界半徑值600 m而歸為直線段考慮，造成因直線段長度過長，在計(jì)算中無據(jù)可依，所以可操作性不強(qiáng)，且計(jì)算結(jié)果粗糙。

2.5.2 試算與實(shí)測比較

如圖4所示，相較“圖表法”“模型法”計(jì)算結(jié)果較為接近實(shí)測值，卻在某些路段上存在較大誤差，這可能與以下因素有關(guān):

1)模型沒充分考慮駕駛員主觀期望;

2)與臨界值和接近臨界值的曲線、短直線段處理方法有關(guān);

3)實(shí)測速度值由于受各種因素影響存在誤差;

4)樣本的代表性，預(yù)測路線的特殊性，對預(yù)測結(jié)果有影響;

5)“圖表法”采用澳大利亞運(yùn)行速度計(jì)算法，與我國交通條件有差異。

3 有待進(jìn)一步研究的問題

3.1 關(guān)于臨界值和接近臨界值的問題

在“模型法”中，對半徑為臨界值(1000 m)的圓曲線劃歸沒有明確規(guī)定。同時“模型法”中有個短直線臨界長度值200 m，“圖表法”中有個臨界半徑值600 m，雖然后兩者劃歸有規(guī)定，但都有個共同問題，即接近臨界值的曲線半徑或直線長度的處理。對臨界值和接近臨界值設(shè)計(jì)指標(biāo)的線形按不同方式處理，結(jié)果存在較大差異，因此，應(yīng)在理論基礎(chǔ)支持，大量實(shí)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析或試算驗(yàn)證后，進(jìn)一步探討這種情況的處理方法。

3.2 模型的優(yōu)化及適用性問題

由于運(yùn)行速度的影響因素繁多，預(yù)測模型在建立過程中對這些因素的考慮一般都較理想化，而僅考慮主要因素，且模型的建立受樣本特殊性的影響，所以預(yù)測的運(yùn)行速度勢必與實(shí)際車速存在誤差。所以如何建立綜合考慮各種影響因素，且適用我國各區(qū)域各等級公路的運(yùn)行速度預(yù)測模型，有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié)語

國內(nèi)就運(yùn)行速度預(yù)測模型及運(yùn)行速度設(shè)計(jì)法進(jìn)行了大量的研究工作，并有了一定成果。但理論基礎(chǔ)尚需完善，適用于我國公路特點(diǎn)的相關(guān)參數(shù)及預(yù)測模型還需繼續(xù)研究論證，以期提出適合我國國情的運(yùn)行速度設(shè)計(jì)法。

[1]JTG B01-2003，公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2]JTG/T B05-2004，公路項(xiàng)目安全性評價指南[S].

[3]中華人民共和國交通部公路司.新理念公路設(shè)計(jì)指南(2005版)[M].北京:人民交通出版社，2005.

[4]JTJ 011-94，公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5]陳勝營，汪亞干，張劍飛.公路設(shè)計(jì)指南[M].北京:人民交通出版社，2000.

[6]鐘小明，榮 建，劉小明，等.高速公路彎坡路段小客車自由流運(yùn)行速度模型研究[J].公路交通科技，2004，21(12):84-88.

[7]周榮貴，孫家鳳，吳萬陽，等.高速公路縱坡坡度與運(yùn)行速度的關(guān)系[J].公路交通科技，2003，20(4):34-37.