信號(hào)交叉口進(jìn)出口段限速標(biāo)志對(duì)運(yùn)行效率的影響研究

程 飛 郭唐儀 白 泉

1. 北京易華錄信息技術(shù)股份有限公司，北京 100043

2. 南京理工大學(xué)，自動(dòng)化學(xué)院，南京 210094

0 引 言

2003年，《世界預(yù)防道路交通傷害報(bào)告》將超速列為事故發(fā)生的首要影響因素[1]。Solomon曲線表明，事故與車速的關(guān)系呈 U型，當(dāng)車速接近或稍大于平均車速時(shí)事故率最低[2]。Harkey、Fildes等人也得出了類似的結(jié)論[3]，如圖1所示。由圖1可見，車速與平均速度的差值越大，發(fā)生事故的可能性也就越大。同時(shí)，Solomon建立了4車道高速公路不同斷面事故率I與車速變化ΔV關(guān)系模型：

圖1 事故率與速度偏差間關(guān)系曲線(Solomon曲線)Fig.1 Relationship between crash rate and speed deviation(Solomon curve)

根據(jù)式（1）和圖1知，速度與速度均值之間的差值越大，事故率越高。因此，有必要對(duì)行車速度進(jìn)行有效管控，其中限速標(biāo)志是各國(guó)普遍采用的方式。限速標(biāo)志是道路交通標(biāo)志中禁令標(biāo)志的一種，它表明從該標(biāo)志開始到解除限制速度標(biāo)志的路段，機(jī)動(dòng)車行駛的速度不能超過標(biāo)志所示的數(shù)值，否則將會(huì)導(dǎo)致不安全的駕駛行為。實(shí)踐證明，科學(xué)合理地進(jìn)行限速，可在一定程度上降低事故率[4]。

1 國(guó)內(nèi)外限速實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)

國(guó)外主要有四種限速值確定方法或依據(jù)[5]。

第一個(gè)依據(jù)是法定限速，即通過行政政策手段來平衡運(yùn)輸效率、安全和其他由車輛運(yùn)行所帶來的成本之間關(guān)系。1973年，為應(yīng)對(duì)能源危機(jī)，美國(guó)國(guó)會(huì)將法定限速提高至50 m/h（約90 km/h）。

第二種方法是最優(yōu)限速法。通過機(jī)動(dòng)車在不同環(huán)境和交通條件下不同公路運(yùn)行狀況繪制模型變化曲線，而最優(yōu)速度則是這個(gè)曲線的最低點(diǎn)。該方法通過建立機(jī)動(dòng)車運(yùn)行、旅行時(shí)間、事故次數(shù)、事故嚴(yán)重程度 4類定量化的因素與速度之間的關(guān)系模型來確定限速值，屬于優(yōu)化模型法。

第三種方法是工程實(shí)踐法，即采用運(yùn)行速度法或者85%位速度作為限速值。通過調(diào)研，獲取一定樣本的不同車型的速度值，確定統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上的 85%位值，以該值作為初始限速值，然后，根據(jù)道路線形、交通組成、歷史事故等，對(duì)初始限速進(jìn)行調(diào)整確定最終限速值。

第四種方法是澳大利亞公路研究局提出的軟件計(jì)算限速法，該方法綜合考慮了道路交通特征及專家經(jīng)驗(yàn)。

美國(guó)主要依據(jù)MUTCD (Manual on uniform traffic control devices)規(guī)定，車速須維持在自由流狀態(tài)下85%位車速±10%范圍以內(nèi)[6]。目前，我國(guó)限速依據(jù)主要為GB5768-2009（道路交通標(biāo)志和標(biāo)線）。實(shí)踐中，對(duì)新建道路一般取設(shè)計(jì)速度為限速，運(yùn)行一段時(shí)候后根據(jù)實(shí)際交通進(jìn)行調(diào)整；對(duì)已建成道路限速，取自由流85%位車速。

為保障交通安全，平面交叉口根據(jù)需要進(jìn)行信號(hào)控制，以從時(shí)間上分離交通流。在無信號(hào)交叉口可以通過設(shè)置必要的限速標(biāo)志對(duì)速度進(jìn)行管控。但是，對(duì)于信號(hào)控制交叉口，是否設(shè)置限速標(biāo)志，以及設(shè)置的限速值與路段限速關(guān)系，仍無定論。在嘉興市部分交叉口，除了在路段設(shè)置限速外，在交叉口進(jìn)口段適當(dāng)位置還設(shè)置有較路段低的限速，其初衷是考慮到在國(guó)內(nèi)平面交叉口有較多行人和非機(jī)動(dòng)車，通過限速標(biāo)志可在一定程度上提高交叉口的安全性能。

但是，交叉口進(jìn)口段的限速標(biāo)志對(duì)交通運(yùn)行效率是否有負(fù)面影響，影響多大，有待評(píng)估。本文以嘉興市G320-文昌路平面信號(hào)交叉口為例，通過計(jì)算機(jī)模擬評(píng)估信號(hào)交叉口設(shè)置限速標(biāo)志的運(yùn)行效率影響。

2 評(píng)估場(chǎng)景

采用前后對(duì)比法（Before and after analysis）對(duì)嘉興市限速標(biāo)志設(shè)置改善前后的運(yùn)行效率進(jìn)行評(píng)估。借助VISSIM模擬，評(píng)估指標(biāo)包括通過該交叉口影響范圍（前后各200 m）內(nèi)的排隊(duì)長(zhǎng)隊(duì)、停車次數(shù)、行程時(shí)間和延誤時(shí)間。

嘉興市G320-文昌路交叉口為信號(hào)控制交叉口，相交道路文昌路為城市干道，單向兩車道，進(jìn)口拓寬為四車道；G320為國(guó)道，單向兩車道，進(jìn)口拓寬為三車道。兩條道路等級(jí)較高，交通量較大，交叉口擁擠度較大。根據(jù)嘉興市限速標(biāo)志設(shè)置的特征，設(shè)計(jì)限速標(biāo)志改善前后的模擬場(chǎng)景如下。

改善前：路段限速90 km/h，限速標(biāo)志設(shè)置于交叉口入口前500 m處；同時(shí)在交叉口入口前200 m處，設(shè)置一個(gè)70 km/h的限速標(biāo)志，如圖2所示。

圖2 改善前（現(xiàn)狀基本段限速90 km/h和進(jìn)口段限速70 km/h）模擬場(chǎng)景Fig.2 The simulation scenario of the case (basic section speed limit 90 km/h and cross approch speed limit 70 km/h)

改善后：取消交叉口 70 km/h的限速標(biāo)志，將90 km/h降低為80 km/h，即全線統(tǒng)一限速80 km/h，設(shè)置于進(jìn)口前方500 m處，如圖3所示。

其它場(chǎng)景，包括交叉口渠化、信號(hào)配時(shí)以及交通量按照實(shí)際觀測(cè)輸入。本文模擬時(shí)長(zhǎng)為一個(gè)小時(shí)，將這一個(gè)小時(shí)劃分為12個(gè)5分鐘的時(shí)段，比較每個(gè)5

分鐘時(shí)段的指標(biāo)變化。按照下式計(jì)算改善效果E（Effectiveness），按百分比計(jì)：

式中，E為改善效果，（%）；EB、EA為改善前、后的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

3 對(duì)運(yùn)行效率影響

對(duì)VISSIM中延誤時(shí)間、行程時(shí)間、改善效果的說明：

延誤時(shí)間：理論行程時(shí)間與實(shí)際通行時(shí)間之差，理論通行時(shí)間是指當(dāng)檢測(cè)區(qū)段沒有信號(hào)控制和其它車輛時(shí)，車輛通過檢測(cè)區(qū)段的時(shí)間。

行程時(shí)間：車輛到達(dá)檢測(cè)區(qū)段起點(diǎn)直至離開檢測(cè)區(qū)段終點(diǎn)所經(jīng)歷的時(shí)間。

排隊(duì)長(zhǎng)度：檢測(cè)區(qū)段上排隊(duì)車輛長(zhǎng)度，單位是m，不是車輛數(shù)。

停車次數(shù)：車輛進(jìn)入排隊(duì)狀態(tài)之后停車的次數(shù)的總和。

改善效果：正值表示正面的改善效果，負(fù)值則表示負(fù)面的改善效果。

檢測(cè)區(qū)段：本文設(shè)置的檢測(cè)區(qū)段長(zhǎng)度為100 m。

G320-文昌路交叉口限速標(biāo)志改善前后的延誤及行程時(shí)間如表1所示，排隊(duì)長(zhǎng)度與停車次數(shù)見表2，不同限速方案的運(yùn)行效率指標(biāo)見表3。

表1 限速標(biāo)志改善前后延誤及行程時(shí)間對(duì)比Tab.1 The delay and travel time before and after speed limit improving

表2 限速標(biāo)志改善前后排隊(duì)長(zhǎng)度及停車次數(shù)對(duì)比Tab.2 The queuing length and stop times before and after speed limit improving

表3 不同限速方案運(yùn)行效率指標(biāo)對(duì)比表（平均值）Tab.3 Operational efficiencies before and after speed limit improving

4 結(jié) 論

根據(jù)表1至表3可知：在信號(hào)控制交叉口進(jìn)口段設(shè)置限速標(biāo)志，降低了運(yùn)行效率。表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面（與不設(shè)置限速標(biāo)志相比）

（1）平均行車速度降低約6 km/h（11.0%）；

（2）平均行程時(shí)間延長(zhǎng)約3 s（9.78%）；

（3）平均延誤增加了2.5 s（8.87%）

（4）平均排隊(duì)長(zhǎng)度增加約5.4 m（11.0%，大約一輛車的空間）

（5）每5分鐘的計(jì)時(shí)周期內(nèi)停車次數(shù)增加約5.5次（8.7%，相當(dāng)于每分鐘增加一次停車）

在信號(hào)控制交口，主線為綠燈時(shí)，具有通行權(quán)，其行車速度可以與路段保持一致，并設(shè)置必要的交叉口提醒警示標(biāo)志；紅燈時(shí)，車輛需停止等待下一通行權(quán)。因此，在城市信號(hào)控制交叉口進(jìn)口沒有必要設(shè)置限速標(biāo)志，以免降低交叉口的通行效率。

[1] 世界衛(wèi)生組織, 世界銀行. 世界預(yù)防道路交通傷害報(bào)告[R]. 北京: 人民衛(wèi)生出版社, 2004.

[2] Solomon D. Accidents on main rural highways related to speed, drivers, and vehicle [R]. Washington:Bureau of Public Roads, 1964.

[3] Fildes B. N., Rum Bold G., Leening A. Speed behavior and drivers attitude to speeding [R]. Sydney:Monash University, 1991.

[4] Aljanahi A. M., Rhodes A. H. Speed, speed limits and

road traffic accidents under free flow conditions [J].Accident Analysis and Prevention, 1999, 31(1-2):161- 168.

[5] Transportation Research Board. Managing speed:review of current practices for setting and enforcing speed limits[R]. Washington: TRB Special Report 254, 1998.

[6] US Department of Transportation. Manual on uniform traffic control devices [M]. Washington: Federal Highway Administration, 2009.