高速公路車輛運行速度的研究

程笑峰

(黑龍江省公路勘察設(shè)計院)

高速公路車輛運行速度的研究

程笑峰

(黑龍江省公路勘察設(shè)計院)

闡述了運行速度的研究背景，對運行速度的調(diào)查方法進行了描述，對《公路項目安全性評價》中介紹的運行速度計算方法進行了詳細的解釋，并對大齊高等級公路的運行速度預(yù)測和實測結(jié)果進行分析，說明道路在運營管理中存在的不足。

運行速度;地點速度;區(qū)間速度

1 引言

長期以來，我國公路管理部門和交通對“限制速度”的認識和限制速度標志的設(shè)計位置不夠統(tǒng)一。普遍的做法是以設(shè)計速度作為確定該路段限制速度值的依據(jù)，這種限制速度方式顯然不是合適的，即沒有針對性，也沒有考慮經(jīng)濟性和安全性。

設(shè)計速度和限制速度是具有不同含義的兩個概念。設(shè)計速度是指中等水平駕駛員，在路面干燥、平整和視距良好的條件下，公路線形指標受限制路段所能提供的最大安全車速。限制速度則是因為管理和安全的需要在某特定路段限制車輛行駛的最高速度。另外，設(shè)計速度和限制速度兩者考慮的因素不同。設(shè)計速度著眼于公路設(shè)計，受技術(shù)指標的制約，考慮地形、地質(zhì)、經(jīng)濟發(fā)展狀況與技術(shù)水平等綜合因素。限制速度著眼于公路管理，為減少交通事故和減輕事故嚴重程度，要求駕駛員在限定的行駛速度條件下行駛，以約束駕駛員的行為，保障行車的安全性。

與設(shè)計速度和限制速度相關(guān)的另一個速度概念是運行速度，運行速度是指公路上車輛的實際行駛速度，是絕大多數(shù)(概率85%)具有一定駕駛技術(shù)、心情狀態(tài)良好的駕駛員，根據(jù)車輛、道路、交通和天氣等狀況，按照自己的習(xí)慣所實際采用的不斷變化的速度。它是駕駛員根據(jù)其希望的行車速度和直覺不斷調(diào)整的行車速度。在按等值車速設(shè)計的公路沿線，駕駛員選用的速度往往也會隨個人情況發(fā)生變化，因此可能在部分路段出現(xiàn)運行速度和設(shè)計速度不協(xié)調(diào)的情況。在不同的設(shè)計速度范圍區(qū)間，也會出現(xiàn)運行速度普遍大于設(shè)計速度的情況，在另一區(qū)間，可能運行速度小于設(shè)計速度。在“非受限制地段”的運行速度往往會高于設(shè)計速度。設(shè)計速度越低的公路，其行駛速度的差別越大。

因此，運行速度比傳統(tǒng)的設(shè)計速度具有更明顯的安全性，更能反映駕駛員的駕駛期望，作為限速管理的依據(jù)較之設(shè)計速度更科學(xué)合理。

2 運行速度調(diào)查方法

運行速度統(tǒng)計分析的基礎(chǔ)工作就是大量的實測數(shù)據(jù)調(diào)查，在高等級公路上實測的運行速度數(shù)據(jù)更真實。運行速度調(diào)查分為地點車速調(diào)查和區(qū)間車速調(diào)查。

2.1 地點車速調(diào)查

車輛通過道路某一地點(道路某斷面)時的車速，亦稱瞬時車速。是描述道路某一地點交通狀況的重要參數(shù)，是研究制定限制速度、設(shè)計車速的基礎(chǔ)。地點車速調(diào)查的目的是掌握某地點車速分布規(guī)律及速度變化趨勢;用于交通事故分析;設(shè)置交通標志的依據(jù);確定道路限制車速等。

在實施地點車速調(diào)查時應(yīng)跟據(jù)調(diào)查的目的和要求做好調(diào)查時間和調(diào)查地點的準備。調(diào)查時間應(yīng)與調(diào)查目的相對應(yīng)的具有典型性和代表性的時段，不應(yīng)選擇交通有異常的日期和時間。調(diào)查地點的選擇:(1)為掌握車速縫補特征及變化規(guī)律，應(yīng)選擇平坦順直道路;(2)為確定限制速度、交通安全分析或交通管理措施效果，應(yīng)設(shè)在相應(yīng)的道路或地點上。

地點車速調(diào)查的方法有人工測量法、雷達測速法、檢測器測速法和視頻測速法等。人工測量法是采用秒表測速法，即在調(diào)查地點，測量一小段距離L，觀測員用秒表測定各種類型車輛經(jīng)過L兩端的時間，記錄員在記錄表上記錄距離、車型及通過時間，經(jīng)整理計算，得出各類車輛的地點車速。雷達測速法是用測速雷達瞄準前方被測車輛，即能讀出該車輛的瞬時車速。雷達測速的基本原理是應(yīng)用多普勒效應(yīng)，當雷達測速儀瞄準被測車輛時，發(fā)射出的雷達測速電波，遇車輛后再從車輛反射回來，發(fā)射波與反射波的頻率差與車輛行駛的速度成正比，從而得到車輛的地點速度。檢測器測速法根據(jù)檢測器的不同可以分為亞管式和感應(yīng)線圈式兩種，它是在一條車道上以一定距離連續(xù)設(shè)置兩個檢測器，車輛通過前后兩檢測器是，發(fā)出信號，并傳送給記錄儀，記錄下車輛通過前后兩個檢測器的時間，從而算得車速。視頻檢測法的原理與人工測量法相同，只是其測量的距離在視頻圖像上虛擬完成。

2.2 區(qū)間車速調(diào)查

區(qū)間車速是指車輛在道路某一區(qū)段內(nèi)行駛的平均速度，它可以分為行程車速和行駛車速兩種。行程車速是車輛行駛在道路某一區(qū)間的距離與行程時間的比值，行程時間包括行駛時間和中途受阻時的停車時間。行駛車速是車輛行駛在道路某一區(qū)間的距離與行駛時間(即行程時間中扣除因阻滯而產(chǎn)生的停車時間)的比值。行駛車速是衡量道路服務(wù)水平、估算路段通行能力的主要參數(shù)，進行運行速度調(diào)查分析的區(qū)間車速就是指行駛車速。

車輛在公路上行駛時，往往受到各種因素的影響，如道路線形、橫斷面組成、行車道寬度、路面狀況、車輛性能、交通組成、交通流量、交通管理措施、交叉口交通狀況及氣候條件等。這些因素對行駛車速的影響通常是結(jié)合在一起的，難于分清各因素對車速的單獨影響。

區(qū)間車速調(diào)查的方法有GPS測速法、五輪儀測速法、光感測速法等。GPS測速具有全天候、高精度、易攜帶的優(yōu)點，安裝簡單，分流動站和基站兩部分，能夠測試出車輛三維的速度和位置信息，并且只需要在汽車上裝一臺比32開書本略小的“車載終端”就可以了。GPS測速法的三個特別優(yōu)勢:采集數(shù)據(jù)精度較高;較小的尺寸和較好便攜性;位于車頂?shù)陌惭b位置，最小程度的干擾司機正常駕駛。五輪儀，是用于汽車道路試驗的一種常用儀器。試驗時，它安裝在汽車的尾部或側(cè)面的適當位置，用一個小巧的輪子接觸路面，好像是汽車的第五個車輪，所以叫做第五輪儀。試驗中，它可以準確地測定汽車行駛的距離并計算出車速，以紙帶方式記錄或用數(shù)字顯示。光感測速儀是一種測量車速的專用儀器，是由光電探測器和光譜屏幕兩個主要部件所組成。測速時，將光感測速儀貼在試驗車車廂外殼上，光電探測器對準地面，隨著車輛行駛，在光電屏幕上產(chǎn)生不同頻率的電信號，頻率的高低與車速成正比。

3 運行速度理論計算方法

我國在2004年頒布實施的《公路項目安全性評價指南》(JTG/T B05－2004)(以下簡稱《指南》)中提出運行速度的概念，并給出運行速度計算方法及運行速度協(xié)調(diào)性的評價標準。

在新建公路項目的設(shè)計階段是無法以觀測的方法得到運行速度的，而是推算路段運行速度，進而以此為基礎(chǔ)，對所設(shè)計公路的各項技術(shù)指標進行評價?！吨改稀分薪榻B了2種計算運行速度的方法:依據(jù)數(shù)學(xué)模型進行速度預(yù)測;依據(jù)圖表所示讀取路段運行速度。具體方法及規(guī)定參見《指南》附錄B。本文著重分析《指南》附錄B(1)中運行速度計算方法(1)的計算過程。

3.1 運行速度分析路段劃分

根據(jù)曲線半徑和縱坡坡度的大小將整條路線劃分為直線段、縱坡段、平曲線段和彎坡組合段等若干個分析單元，每個單元的起、終點為預(yù)測運行速度線形特征點。其中，縱坡坡度小于3%的直線段和半徑大于1 000 m的大半徑曲線自成一段;其余小半徑曲線段和縱坡坡度大于3%、坡長大于300 m的縱坡路段以及彎坡組合段，作為獨立單元分別進行運行速度測算;當直線段位于兩小半徑曲線段之間，且長度小于臨界值200 m時，則該直線視為段直線，車輛在此路段上的運行速度保持不變。

3.2 運行速度的測算方法

高等級公路的代表車型為小客車。在任選一個方向進行第一次的運行速度V85測算時，首先要推算與設(shè)計路段銜接的相鄰路段速度，作為本路段的初始運行速度V0，然后根據(jù)所劃分的路段類型，按直線段、平曲線段和長大縱坡路段等分別進行運行速度V85的測算。

(1)初始運行速度V0

可通過調(diào)查點的現(xiàn)場觀測或按《指南》中估算的各種設(shè)計速度對應(yīng)的小客車的運行速度，作為預(yù)測路段的初始運行速度V0。

(2)直線段上的加速過程和穩(wěn)定運行速度

在平直路段上，小客車在直線上都有一個期望行駛速度。當初始運行速度V0小于期望運行速度時為變加速過程，直至到達穩(wěn)定的期望車速后勻速行駛。平直路段上車輛的加速過程，按式(1)測算車輛在直線上的運行速度。

式中:Vs為直線段上的期望車速，m/s;V0為駛出曲線后的運行速度，m/s;a0為車輛的加速度，m/s2，平直路段上推薦加速度值為0.2～2;S為直線段距離，m。

(3)小半徑曲線段的運行速度

對于平曲線半徑小于1 000 m的路段，分別對曲線中部和曲線出口處的運行速度進行預(yù)測。根據(jù)曲線入口速度vin、當前路段的曲線半徑Rnow和前接曲線的半徑Rback，預(yù)測曲線中部的速度vmiddle;然后根據(jù)曲線中部速度vmiddle;當前路段的曲線半徑Rnow和后續(xù)路段的曲線半徑Rfront，預(yù)測曲線出口處的運行速度vout。

曲線中部速度vmiddle和曲線出口處的運行速度vout分別按表1中的速度預(yù)測模型進行計算。

表1 平曲線上的小客車速度預(yù)測模型

(4)縱坡路段

當縱坡坡度大于3%、坡長大于300 m，按表3對小客車的運行速度V85進行修正。

表2 特殊縱坡下各車型運行速度的修正

4 實例分析

大(慶)齊(齊哈爾)高等級公路都地處黑龍江省西部，處于寒冷3級區(qū)，氣候寒冷程度在省內(nèi)居中，全年有近半年時間土壤處于凍結(jié)狀態(tài)，道路等級為一級公路，最大縱坡在3.5%左右，平曲線最小半徑為1 000 m。在2006年12月對大齊公路全線進行了地點車速調(diào)查和區(qū)間車速調(diào)查，并進行了運行速度的預(yù)測與評價分析。

4.1 運行車速調(diào)查與分析

圖1 小客車地點速度直方圖

地點車速調(diào)查選用的方法是雷達測速法和視頻測速法。觀測地點分別為K682+400、K708+800、K771+500?？紤]到不同的類型的車輛行車速度不同，將測速車型分為大型貨車、大客車和小客車三類，以小客車為例，結(jié)果見圖1。3個測速地點的實測數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析表明:小客車的V85大于120 km/h，平均速度為105 km/h，最大速度達到170 km/h;在地點1(樁號682+400處)因為穿過村莊，所以行車速度明顯低于其它兩個測速地點，由此可以說明村莊與高等級公路之間存在相互影響。

區(qū)間車速調(diào)查采用AM－2100非接觸車速儀記錄試驗車運行速度數(shù)值，通過對測試數(shù)據(jù)的分析可以看出:上下行運行速度的差異并不顯著，說明公路線形對小客車車速的影響很小，小客車運行速度基本都保持在100 km/h以上，只有一些地點由于行駛車輛的相互干擾，車速存在小幅度的波動，變化幅度在90～120 km/h之間，個別路段達到130 km/h。

表3 各測速地點速度統(tǒng)計結(jié)果表

4.2 運行速度的預(yù)測與評價分析

根據(jù)對大齊高等級公路各分析單元測算的運行速度值，以V85為縱坐標，路線里程樁號為橫坐標，繪制出沿線運行速度變化曲線，分析其結(jié)果可以看出:全線路段上的線性對運行速度基本沒有什么太大的影響，小客車的運行速度基本都可以保持期望車速，為120 km/h。并且大齊高等級公路的平、縱面設(shè)計幾何參數(shù)的選定滿足行車安全的要求，從雙向的運行速度△V85可以看出相鄰路段運行速度差大于10 km/h的路段，是位于上、下坡路段，上坡車輛減速、下坡車輛加速，使路段間的速度差過大，但是只對小客車的影響較大，對大貨車的影響較小。

5 結(jié)束語

在我國運行速度的研究和在實際設(shè)計中的應(yīng)用時間不長，但對它進行理論研究和實際應(yīng)用可以提高公路的運營效率，并且保障公路交通安全。運行車速理論充分顧及交通安全的人性化，保證線形與實際運行車速緊密協(xié)調(diào)，是我國公路設(shè)計理論和體系的發(fā)展方向。

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