高速公路施工區(qū)車速差異顯著性測定

吳 彪，楊忠振，許洪國，戴彤焱

(1.大連海事大學交通運輸工程博士后科研流動站，遼寧 大連 116026；2.黑龍江工程學院汽車與交通工程學院，黑龍江 哈爾濱 150050；3.大連海事大學交通運輸管理學院，遼寧 大連 116026；4.吉林大學交通學院，吉林 長春 130025)

高速公路施工區(qū)車速差異顯著性測定

吳 彪1, 2，楊忠振3，許洪國4，戴彤焱2

(1.大連海事大學交通運輸工程博士后科研流動站，遼寧 大連 116026；2.黑龍江工程學院汽車與交通工程學院，黑龍江 哈爾濱 150050；3.大連海事大學交通運輸管理學院，遼寧 大連 116026；4.吉林大學交通學院，吉林 長春 130025)

為分析高速公路施工區(qū)不同交通控制區(qū)域的車速特性，基于現(xiàn)場試驗與統(tǒng)計分析方法探究了雙向四車道高速公路單向行車道封閉和半幅封閉半幅雙向通行施工區(qū)車速的差異性，提出施工區(qū)車速差異分析的一種方法.采用P-P概率圖法分別對兩類施工區(qū)不同交通控制區(qū)域的大型車、小型車速度進行正態(tài)分布檢驗；運用多獨立樣本Kruskal-Wallis檢驗方法對兩類施工區(qū)不同交通控制區(qū)域的大型車、小型車速度分別進行差異顯著性測定.研究結(jié)果表明：單向行車道封閉和半幅封閉半幅雙向通行施工區(qū)大型車、小型車速度均服從正態(tài)分布，施工區(qū)不同交通控制區(qū)域車速的差異性顯著.

施工區(qū)；交通控制區(qū)域；車速；差異分析；Kruskal-Wallis 檢驗

0 引言

速度特性及限速方法是高速公路施工區(qū)交通安全研究的核心問題之一.受行車環(huán)境變化的影響，施工區(qū)不同交通控制區(qū)域車速差異顯著[1].因此，有必要對施工區(qū)不同交通控制區(qū)域的車速差異性進行研究.國外學者較為系統(tǒng)地研究施工區(qū)內(nèi)限速值及限速方法，如可變限速控制[2]和實時限速控制[3]，評價施工區(qū)各種限速措施效果[4].國內(nèi)學者針對日益突出的施工區(qū)交通安全問題，分析施工區(qū)不同交通控制區(qū)域車速分布規(guī)律[5]，提出施工區(qū)分階限速方案[6]，確定施工區(qū)層級限速值[7]，評價施工區(qū)限速效果[8].

本文以雙向四車道高速公路部分車道封閉和半幅封閉半幅雙向通行的兩類施工區(qū)路段的檢測數(shù)據(jù)為基礎，對施工區(qū)不同交通控制區(qū)域的車速分布及變化規(guī)律進行研究，為確定限速值和制定限速策略提供依據(jù)，進而提高施工區(qū)交通安全.

1 試驗路段的數(shù)據(jù)采集

選取雙向四車道高速公路行車道封閉和半幅封閉半幅雙向通行的兩類施工區(qū)路段作為研究對象.前者行車道封閉，交通流方向不改變，限速值為60 km·h-1；后者半幅封閉，交通流方向改變，限速值為60 km·h-1.試驗路段的具體信息見表1[9].

表1 試驗路段的相關(guān)信息Tab.1 Information of test sections

利用澳大利亞Microcom Pty公司生產(chǎn)的MetroCount 5600車輛分型統(tǒng)計系統(tǒng)采集交通數(shù)據(jù)，采集的時間范圍是工作日的12:00至18:00，即6個小時.為分析施工區(qū)車速分布情況及速度變化程度，檢驗施工區(qū)車速的差異顯著性，并結(jié)合試驗路段施工區(qū)布設形式，分別在施工區(qū)不同交通控制區(qū)域設置4個檢測斷面，檢測設備具體布置如1所示.

(a) 不改變交通流方向的行車道封閉施工區(qū)

(b) 改變交通流方向的半幅封閉施工區(qū)圖1 試驗路段檢測設備布設Fig.1 Layouts of detectors of test sections

試驗路段施工區(qū)現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，小客車與其他大型車輛的運行特性有顯著差異.因此結(jié)合《公路工程技術(shù)標準》(JTG B01-2014)[10]，將施工區(qū)通過車輛分為2種類型：軸距小于或等于3.8 m的車輛劃為小型車、大于3.8 m的車輛劃為大型車.試驗路段的交通流數(shù)據(jù)如表2所示.

表2 試驗路段交通流檢測統(tǒng)計信息Tab.2 Statistic information of traffic flow diction of test sections

2 速度正態(tài)分布檢驗

采用P-P概率圖法分別對施工區(qū)不同交通控制區(qū)域所有檢測斷面的大型車速度和小型車速度頻率分布進行擬合優(yōu)度檢驗.對于行車道封閉和半幅封閉兩類施工區(qū)，分別以哈佳高速公路K023+950和哈大高速公路K050+260測試斷面為例，利用統(tǒng)計分析軟件SPSS 19.0對大型車速度和小型車速度樣本進行正態(tài)分布檢驗，結(jié)果如圖2、圖3所示.

圖3 K050+260測試斷面車速正態(tài)分布P-P圖Fig.3 P-P plot for normal distribution of vehicle speeds in the test section of K050+260

由圖2、圖3可知，施工區(qū)車速觀測值與表示正態(tài)分布基準的直線符合度高，表明行車道封閉施工區(qū)工作區(qū)路段K023+950測試斷面和半幅封閉半幅雙向通行施工區(qū)雙向通車路段K050+260測試斷面大型車速度和小型車速度均符合正態(tài)分布.同理，基于P-P概率圖擬合優(yōu)度方法對行車道封閉和半幅封閉半幅雙向通行施工區(qū)不同交通控制區(qū)域其他檢測斷面的大型車速度和小型車速度樣本數(shù)據(jù)分別進行正態(tài)分布檢驗，結(jié)果表明兩類施工區(qū)不同交通控制控制區(qū)域大型車和小型車的速度樣本數(shù)據(jù)均符合正態(tài)分布.

3 速度差異顯著性分析

3.1 Kruskal-Wallis檢驗方法

鑒于參數(shù)檢驗方法的局限制，本文利用Kruskal-Wallis非參數(shù)檢驗方法分別對行車道封閉和半幅封閉半幅雙向通行施工區(qū)不同交通控制區(qū)域的速度樣本數(shù)據(jù)進行顯著性檢驗，以獲得更多的信息.

Kruskal-Wallis 檢驗是一種用于檢驗多個總體分布是否相同的非參數(shù)檢驗方法，其檢驗的具體步驟如下[11]：

步驟1：提出假設.H0為不同交通控制區(qū)域的車速樣本來自多個總體的分布無顯著差異；H1為不同交通控制區(qū)域的車速樣本來自多個總體的分布有顯著差異.

步驟2：計算變量的秩.多組車速樣本數(shù)據(jù)混合并按升序排序，求出各變量的秩.

步驟3：構(gòu)造K-W統(tǒng)計量.Kruskal-Wallis檢驗構(gòu)造的秩和統(tǒng)計量KW，為

步驟4：兩兩比較.檢驗結(jié)果拒絕原假設，認為不同交通控制區(qū)域車速樣本來自多個總體的分布不全相同，可進一步成對比較.

步驟5：計算出統(tǒng)計量的顯著性Sig，并做出判斷.若Sig<α(α為顯著水平，通常為0.05)，則拒絕原假設H0；若Sig>α，則接受原假設H0.

3.2 試驗路段車速差異顯著性分析

應用統(tǒng)計分析軟件SPSS 19.0分別對雙向四車道高速公路行車道封閉和半幅封閉半幅雙向通行施工區(qū)不同交通控制區(qū)域的大型車速度和小型車速度進行多個獨立樣本的Kruskal-Wallis差異顯著性檢驗，得到相應的檢驗結(jié)果.

3.2.1 行車道封閉施工區(qū)車速差異分析

行車道封閉施工區(qū)不同交通控制區(qū)域車速差異Kruskal-Wallis檢驗結(jié)果見表3所示.

表3 行車道封閉施工區(qū)不同交通控制區(qū)域車速的Kruskal-Wallis檢驗結(jié)果Tab.3 Kruskal-Wallis test results of speeds in different division of carriageway lane closure work zone

注：顯著性為漸進顯著性，顯著性水平為0.05.KW表示檢驗統(tǒng)計量，df表示自由度，Sig表示顯著性

表3可知，Sig =0.000<0.05，拒絕原假設H0，說明雙向四車道高速公路行車道封閉施工區(qū)至少有兩個交通控制區(qū)域的車速存在顯著性差異.為進一步明確哪些交通控制區(qū)域車速分布存在顯著性差異，需要進行成對比較檢驗.應用統(tǒng)計分析軟件SPSS 19.0進行行車道封閉施工區(qū)不同交通控制區(qū)域車速樣本平均秩比較和成對比較檢驗，其比較結(jié)果分別見圖4和表4.

圖4 行車道封閉施工區(qū)不同交通控制區(qū)域車速樣本平均秩Fig.4 Mean rank of vehicle speeds sam plein different traffic control divisions of carriageway lane closure work zone

表4 行車道封閉施工區(qū)不同交通控制區(qū)域車速成對比較檢驗Tab.4 Pairwise comparisons of vehicle speeds in different traffic control divisions of carriageway lane closure work zone

注：顯著性為漸進顯著性(2-sided檢驗)，顯著性水平為0.05，Std KW表示標準檢驗統(tǒng)計量，Adj Sig表示調(diào)整顯著性

從表4可以看出，在行車道封閉施工區(qū)緩沖區(qū)(K025+550)和上游過渡區(qū)(K025+640)區(qū)域，Sig=0.487﹥0.05，認為大型車速度分布在K025+550和K025+640測試斷面相同；在其他交通控制區(qū)域大型車速度成對比較檢驗時，概率(漸進顯著性Sig列)小于0.05，說明大型車速度分布在行車道封閉施工區(qū)不同交通控制區(qū)域存在顯著性差異.對小型車而言，在不同交通控制區(qū)域小型車速度成對比較檢驗時，概率(漸進顯著性Sig列)小于0.05，說明在行車道封閉施工區(qū)不同交通控制區(qū)域小型車速度分布差異顯著.

3.2.2 半幅封閉半幅雙向通行施工區(qū)車速差異分析

半幅封閉半幅雙向通行施工區(qū)不同交通控制區(qū)域車速差異的Kruskal-Wallis檢驗結(jié)果見表5所示.

表5 半幅封閉施工區(qū)不同交通控制區(qū)域車速的Kruskal-Wallis檢驗結(jié)果Tab.5 Kruskal-Wallis test results of speeds in different division of one-way closure work zone

注：顯著性為漸進顯著性，顯著性水平為0.05

表5可知，Sig =0.000<0.05，拒絕原假設H0，說明雙向四車道高速公路半幅封閉半幅雙向通行施工區(qū)至少有兩個交通控制區(qū)域的車速存在顯著性差異.為進一步明確哪些交通控制區(qū)域車速分布存在顯著性差異，應用統(tǒng)計分析軟件SPSS 19.0進行半幅封閉半幅雙向通行施工區(qū)不同交通控制區(qū)域車速樣本平均秩比較和成對比較檢驗，其比較結(jié)果分別見圖5和表6.

圖5 半幅封閉施工區(qū)不同交通控制區(qū)域車速樣本平均秩Fig.5 Mean rank of vehicle speeds sam plein different traffic control divisions of one-way closure work zone

表6 半幅封閉施工區(qū)不同交通控制區(qū)域車速成對比較檢驗Tab.6 Pairwise comparisons of vehicle speeds in different traffic control divisions of one-way closure work zone

注：顯著性為漸進顯著性(2-sided檢驗)，顯著性水平為0.05

從表6可以看出，在半幅封閉半幅雙向通行施工區(qū)下游過渡區(qū)(K049+900)和雙向至單向過渡段(K050+000)區(qū)域，Sig=0.120﹥0.05，認為大型車速度分布在K049+900和K050+000測試斷面相同；在其他交通控制區(qū)域大型車速度成對比較檢驗時，概率(漸進顯著性Sig列)小于0.05，說明大型車速度分布在半幅封閉半幅雙向通行施工區(qū)不同交通控制區(qū)域存在顯著性差異.對小型車而言，在不同交通控制區(qū)域小型車速度成對比較檢驗時，概率(漸進顯著性Sig列)小于0.05，說明在半幅封閉半幅雙向通行施工區(qū)不同交通控制區(qū)域小型車速度分布差異顯著.

4 結(jié)語

1) 以雙向四車道高速公路行車道封閉和半幅封閉半幅雙向通行施工區(qū)的實測車速數(shù)據(jù)為基礎，采用P-P概率圖車速頻率分布擬合優(yōu)度方法對兩類施工區(qū)不同交通控制區(qū)域所有檢測斷面的大型車、小型車速度分別進行了正態(tài)分布檢驗，分析了施工區(qū)不同交通控制區(qū)域的車速分布特性及規(guī)律.

2) 基于多獨立樣本Kruskal-Wallis檢驗的速度差異顯著性測定是進行高速公路施工區(qū)不同交通控制區(qū)域車速差異性分析的一種有效方法，施工區(qū)不同交通控制區(qū)域大型車速度和小型車速度分布存在顯著性差異，符合高速公路施工區(qū)路段運行速度的實際情況.

3) 受實測車速數(shù)據(jù)、檢驗方法及統(tǒng)計分析軟件等的局限與制約，人-車-路及環(huán)境因素耦合作用下的高速公路施工區(qū)車速差異分析還有待進一步研究.

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(責任編輯：蔣培玉)

Variance significance determination of vehicle speeds in freeway work zones

WU Biao1, 2，YANG Zhongzhen3，XU Hongguo4，DAI Tongyan2

(1.Postdoctoral Programme of Traffic and Transportation Engineering，Dalian Maritime University，Dalian Liaoning，116026，China；2.School of Automobile and Traffic Engineering，Heilongjiang Institute of Technology，Harbin，Heilongjiang 150050，China；3.School of Transportation Management，Dalian Maritime University，Dalian，Liaoning 116026，China；4.College of Transportation, Jilin University, Changchun，Jilin 130025，China)

To analyze the characteristics of vehicle operating speed, the variance significance of vehicle speeds in carriageway lane closure and one-way closure work zones on dual-way-four-lane freeway was explored and a method on speeds variance analysis for work zones was proposed by using field tests and statistical analysis.The method of P-P probability plots was adopted to verify the normal distribution for the speed samples of trucks and cars in different traffic control divisions of carriageway lane closure and one-way closure work zones respectively, and the method of Kruskal-Wallis test was utilized to verify the variance significance of vehicle speeds among traffic control divisions respectively.The research results show that the speed samples of trucks and cars are normal distribution and there are significant variance in vehicle speeds in different traffic control divisions of carriageway lane closure and one-way closure work zones.

work zone；traffic control division；vehicle speed；variance analysis；Kruskal-Wallis test

2015-12-14

吳彪(1978-)，副教授，主要從事道路交通安全與交通規(guī)劃研究，wu_sanhu@aliyun.com

中國博士后科學基金資助項目(2014M561215)；教育部人文社會科學研究資助項目(11YJCZH183)；黑龍江省教育廳科學技術(shù)研究資助項目(12511450)

10.7631/issn.1000-2243.2016.04.0563

1000-2243(2016)04-0563-07

U491

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