青藏高原雙車道公路限速對(duì)運(yùn)行效率的影響*

賀玉龍，張魯飛

(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)

青藏高原雙車道公路限速對(duì)運(yùn)行效率的影響*

賀玉龍，張魯飛

(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)

通過(guò)對(duì)青藏高原雙車道公路車輛運(yùn)行速度、車輛組成、道路線形、海拔氧含量以及現(xiàn)狀限速組合方式的調(diào)查，考慮將限速導(dǎo)致的控制延誤作為衡量高原公路運(yùn)行效率的指標(biāo)，應(yīng)用SPSS統(tǒng)計(jì)學(xué)分析軟件，采用多元線性回歸的方法，分別建立了高原地區(qū)雙車道公路大、小車限制速度—速度均值模型和速度均值—運(yùn)行速度模型，最終得到了限制速度對(duì)運(yùn)行效率-延誤互動(dòng)關(guān)系模型。結(jié)果表明：大小車的限速值、道路縱坡坡度、路段長(zhǎng)度和道路的設(shè)計(jì)速度都對(duì)道路系統(tǒng)行駛車輛的運(yùn)行效率產(chǎn)生影響，而不同的是不同的道路等級(jí)、道路上小車所占車輛的比例這些因素會(huì)對(duì)小車的運(yùn)行效率產(chǎn)生一定的影響，而對(duì)大車的影響不大，另外隨著海拔的增加，大、小車的運(yùn)行效率逐漸降低，且大車所產(chǎn)生的延誤比小車要高。

交通工程；青藏高原；雙車道公路；限速；運(yùn)行效率；延誤；交通安全

0 引 言

青藏高原是中國(guó)最大、世界海拔最高的高原，平均海拔4 000 m以上，素有“世界屋脊”、“第3極”之稱，其在我國(guó)境內(nèi)面積占250×104km2。為發(fā)展青藏高原地區(qū)經(jīng)濟(jì)，我國(guó)先后修建了川藏、青藏、新藏、滇藏、成(都)—阿(壩)等多條公路，2008年公路通車56 642 km，2013年通車70 117 km，增長(zhǎng)了24%。2008年民用汽車擁有量20.25萬(wàn)輛，2013年擁有58.58萬(wàn)輛，與2008年相比，增長(zhǎng)了1.89倍，大大改善了落后的交通狀況。但青藏高原山高坡陡、地質(zhì)條件復(fù)雜，氣象情況惡劣，伴隨著地區(qū)機(jī)動(dòng)車保有量的日益增長(zhǎng)，交通安全面臨很大挑戰(zhàn)。

2014年，青海、西藏兩地共發(fā)生交通事故1 417起，造成779人死亡，1 717人受傷，直接財(cái)產(chǎn)損失高達(dá)0.14億元，萬(wàn)車死亡率為6.07人/萬(wàn)車，十萬(wàn)人口死亡率為8人/十萬(wàn)人，約是全國(guó)平均值的3倍[1]。高原地區(qū)公路技術(shù)等級(jí)低，沿線自然環(huán)境條件差，人煙稀少，信息不通暢，一旦發(fā)生事故，救援十分困難[2]。由此可見，高原高海拔等級(jí)公路交通安全狀況亟待改善。

限速是控制車速的一種重要方式，同時(shí)也是保障道路安全的一項(xiàng)重要管理措施。而制定限速標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)性和合理性在業(yè)界也頗具爭(zhēng)議，主要存在以下兩個(gè)問(wèn)題：① 限速過(guò)高會(huì)增加事故風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而加重事故的嚴(yán)重程度，但在一定條件下車輛運(yùn)行效率顯著提升；② 限速過(guò)低會(huì)縱容極少數(shù)司機(jī)魯莽駕駛并造成道路資源浪費(fèi)，降低了人或物的出行效率[3]，但行車安全在一定程度得到保障，即道路限速與交通安全、運(yùn)行效率這3者的互動(dòng)關(guān)系難以達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，為此國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了相關(guān)研究。

程國(guó)柱[4]對(duì)運(yùn)行效率與限制速度的關(guān)系進(jìn)行了研究，并提出了車速與運(yùn)行效率關(guān)系，主要體現(xiàn)在時(shí)間效益和道路通行能力兩個(gè)方面。汪雙杰等[5]通過(guò)大量實(shí)測(cè)速度數(shù)據(jù)，指出青藏高原地區(qū)的縱坡路段受坡度和海拔的雙重影響，縱坡對(duì)車輛運(yùn)行速度影響明顯大于低海拔地區(qū)。賀玉龍等[6]基于限速對(duì)運(yùn)行效率、經(jīng)濟(jì)和安全的影響，把舒適性、安全性和實(shí)用性這3方面作為制定限速的約束條件，提出了限速值決策模型。B.E.Burritt[7]發(fā)現(xiàn)隨著限速的降低，平均運(yùn)行速度也發(fā)生幅度較小的降低C.W.LYNN等[8]的結(jié)論得出：隨著NMSL從55 km/h提高到65 km/h，平均運(yùn)行速度增加了2～7 km/h。K.FITZPATRICK等[9]為預(yù)測(cè)運(yùn)行速度，通過(guò)有關(guān)限速回歸模型進(jìn)行預(yù)測(cè)，其前提是假定確定運(yùn)行速度因素即為限速。K.SCHURR等[10]研究得出：限速越大，則有85%的車輛速度值越高。

綜上，雖然我國(guó)對(duì)公路限速設(shè)計(jì)研究起步較晚，但在基于前人研究及國(guó)外研究成果的基礎(chǔ)上也取得了較大的成果，但形成的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范大多是針對(duì)低海拔平原區(qū)高速公路及城市道路制定，對(duì)于某些山區(qū)公路、高原公路、沙漠公路等特殊環(huán)境下的等級(jí)公路還沒(méi)有形成科學(xué)性、系統(tǒng)性的設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)；而目前的限速方法大多以經(jīng)驗(yàn)為導(dǎo)向，這就導(dǎo)致了上述特殊區(qū)域內(nèi)交通事故頻繁發(fā)生。因此，公路限速設(shè)計(jì)中很有必要根據(jù)我國(guó)實(shí)際地域(如高原區(qū))情況制定一套切實(shí)可行的公路限速標(biāo)準(zhǔn)，以便提高交通運(yùn)行效率，保障行車安全。

筆者基于效率角度，探討了高原公路合理限速的相關(guān)問(wèn)題。目前限速與效率的關(guān)系研究主要表現(xiàn)為速度與運(yùn)行效率的關(guān)系、速度與燃油效率的關(guān)系、速度與運(yùn)行費(fèi)用的關(guān)系這3個(gè)方面。筆者主要從青藏地區(qū)公路限速與運(yùn)行效率互動(dòng)關(guān)系入手，將延誤作為衡量公路運(yùn)行效率的指標(biāo)，從而找出延誤與限速值的模型關(guān)系，最終得到大、小車在高原公路上的運(yùn)行效率預(yù)測(cè)模型。

1 數(shù)據(jù)采集與整理

課題組于2015年6—7月、2015年7—8月先后兩次赴青海、西藏兩省境內(nèi)214國(guó)道和109國(guó)道進(jìn)行實(shí)地?cái)?shù)據(jù)采集。

1.1 設(shè)備概況

本次調(diào)查設(shè)備包括：車輛運(yùn)行參數(shù)檢測(cè)儀器—Metro-count交通流檢測(cè)系統(tǒng)、手持GPS記錄儀、手持氣體檢測(cè)儀、激光水平儀等。

1.2 數(shù)據(jù)概況

根據(jù)課題研究需求，筆者對(duì)青、藏兩省214國(guó)道、109國(guó)道部分路段進(jìn)行兩次(共23d)的數(shù)據(jù)調(diào)研。完成了214國(guó)道共和—瑪多段、109國(guó)道民和—都蘭段(含G6高速公路湟源-倒淌河段)，109國(guó)道格爾木-拉薩段的道路屬性數(shù)據(jù)、交通流特征數(shù)據(jù)、交通環(huán)境數(shù)據(jù)及交通事故等數(shù)據(jù)采集工作。調(diào)查點(diǎn)共32個(gè)，調(diào)查斷面共91個(gè)，其中道路屬性數(shù)據(jù)包括道路線形、橫縱坡度、斷面間距等；交通流特征數(shù)據(jù)包括Metro-count檢測(cè)數(shù)據(jù)，例如：速度、流量、車型、車頭間距、軸距等；交通環(huán)境數(shù)據(jù)包括：限速情況、海拔高度、氧含量等。采集數(shù)據(jù)概況如表1。

表1 數(shù)據(jù)采集概況Table1 Data collection survey

1.3 數(shù)據(jù)預(yù)處理

1.3.1 異常數(shù)據(jù)處理

由于Metro-count交通流檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)精度存在誤差，且鋪設(shè)時(shí)受到臨時(shí)交通管制及車輛異常到達(dá)等特殊情況，所得試驗(yàn)數(shù)據(jù)不可避免地存在誤差，主要體現(xiàn)為速度、軸距和車型檢測(cè)等異常。

按照J(rèn)TG D20—2006《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》[11]相關(guān)規(guī)定，有效軸距選擇為1.7～12.4 m，剔除強(qiáng)制分型車輛數(shù)據(jù)、速度為零數(shù)據(jù)，盡可能降低異常數(shù)據(jù)對(duì)運(yùn)行速度分布規(guī)律的影響。

1.3.2 車型劃分

數(shù)據(jù)采集時(shí)所用設(shè)備MetroCount5600的ARX分型系統(tǒng)可將車輛劃分為12種車型。結(jié)合Metro-count交通流檢測(cè)系統(tǒng)的分型標(biāo)準(zhǔn)和JTG B01—2014《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》[12]，同時(shí)考慮研究便捷性，以軸距L=3.8 m作為劃分標(biāo)準(zhǔn)，將試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)一劃分為小車和大車，即小車(L≤3.8 m)、大車(L>3.8 m)。

1.3.3 自由流車頭時(shí)距選取

自由流速度，在試驗(yàn)數(shù)據(jù)檢測(cè)過(guò)程中主要由車頭時(shí)距決定。過(guò)往研究中，該指標(biāo)選取沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，大多采用4.8、20 s等[13-14]。筆者采用6 s作為跟馳狀態(tài)界值，選用8 s作為自由流狀態(tài)車頭時(shí)距界值。

祝站東[15]在西部雙車道二級(jí)公路上進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，且試驗(yàn)路段的道路等級(jí)、交通流量、路側(cè)環(huán)境等均與本次試驗(yàn)路段相似。筆者最終選取車頭時(shí)距大于9 s作為交通流檢測(cè)數(shù)據(jù)。

2 限速對(duì)運(yùn)行效率的影響

道路管理者希望公路上運(yùn)行的車輛在安全水平前提下保持一定的運(yùn)行效率，設(shè)置限速則必然會(huì)對(duì)公路上行駛的車輛產(chǎn)生一定的約束作用，延誤也隨即產(chǎn)生。另外，根據(jù)青藏公路多年事故統(tǒng)計(jì)分析，重載貨車多以超過(guò)50%的設(shè)計(jì)速度、小型車多以超過(guò)80%的設(shè)計(jì)速度行駛。

筆者在分析214國(guó)道和109國(guó)道采集的交通流特征數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，對(duì)設(shè)置限速情況下的車輛行駛速度和設(shè)計(jì)速度進(jìn)行對(duì)比(圖1)。由圖1可看出：對(duì)于設(shè)計(jì)速度為60、80 km/h的兩個(gè)路段，大車實(shí)際行駛速度都基本接近或略高于設(shè)計(jì)速度，小車行駛速度均明顯高于設(shè)計(jì)速度，且隨著設(shè)計(jì)速度增加，大、小車的85%位車速波動(dòng)幅度較大。在設(shè)置限速條件下，道路系統(tǒng)大、小車行駛速度與設(shè)計(jì)速度之間的差異造成了系統(tǒng)延誤產(chǎn)生。

圖1 小車、大車運(yùn)行速度分布Fig.1 Distribution of car and cart by operation speed

限速對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行效率產(chǎn)生影響通常由系統(tǒng)產(chǎn)生的總延誤來(lái)衡量，而車輛運(yùn)行速度變化對(duì)延誤的影響最為顯著。車輛在道路上實(shí)際運(yùn)行時(shí)間與車輛以設(shè)計(jì)速度通過(guò)道路系統(tǒng)的時(shí)間差值越小，說(shuō)明系統(tǒng)的運(yùn)行效率越高，反之亦然。高原地區(qū)公路車輛速度受海拔、空氣氧含量、限速值大小、道路幾何線形、車輛性能、駕駛員駕駛狀態(tài)等因素的影響。

2.1 限速與運(yùn)行速度關(guān)系模型

建立限速對(duì)運(yùn)行效率影響模型時(shí)，筆者主要考慮將延誤作為衡量公路運(yùn)行效率的指標(biāo)，找出延誤與限速值的關(guān)系。模型步驟如下：① 找出道路限速值和85%位車速的相關(guān)關(guān)系，建立分車型限速與85%位車速的影響模型；② 通過(guò)尋找系統(tǒng)總延誤和85%位車速、設(shè)計(jì)速度的關(guān)系，建立延誤和85%位車速的關(guān)系模型；③ 把已有限速與85%位車速模型代入到延誤與85%位車速的模型中，最終得到限制速度與運(yùn)行效率的互動(dòng)關(guān)系模型。建模流程如圖2。

2.2 運(yùn)行速度影響因素

影響運(yùn)行速度的因素涉及人、車、路和環(huán)境這4個(gè)方面，且高原區(qū)與平原區(qū)相比，這4種因素對(duì)車輛運(yùn)行速度的影響尤為顯著。

由人、車、路和環(huán)境組成的交通系統(tǒng)中，人是交通的主體。在對(duì)高原區(qū)交通事故成因分析中發(fā)現(xiàn)：由駕駛員原因造成的交通事故占到事故的90%以上，是引起交通事故的絕對(duì)原因，而超速行駛是駕駛員在駕駛過(guò)程中所犯的最大錯(cuò)誤。姬生強(qiáng)[16]通過(guò)對(duì)高原公路駕駛員特性的靜態(tài)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)：高原低氧區(qū)駕駛員特性與平原區(qū)、沙漠環(huán)境的駕駛員特性不盡相同，有著較大的差別。主要體現(xiàn)在隨著海拔升高，駕駛員血壓、脈搏變化波動(dòng)較大，靜、動(dòng)視力下降顯著，選擇反應(yīng)特性及速度估計(jì)特性、處置判斷特性均有明顯改變。

高原公路沿線有著特殊的自然地理環(huán)境。道路線性復(fù)雜、依山傍水而建、彎多且急、路側(cè)容錯(cuò)較低、多為無(wú)人區(qū)、低氧低氣壓、視距嚴(yán)重不足等交通現(xiàn)狀給駕駛員的生、心理上造成了不同程度的影響。此外，筆者研究發(fā)現(xiàn)駕駛員通常期望以較高速度穿越高寒缺氧地段，而缺氧環(huán)境下會(huì)直接影響駕駛員對(duì)于速度控制的認(rèn)知，極大影響到駕駛員行車安全。

2.2.1 海拔對(duì)運(yùn)行速度影響

高原地區(qū)隨著海拔高度增加，含氧量下降，對(duì)駕駛員的生、心理和車輛動(dòng)力性能都會(huì)產(chǎn)生一定影響。有研究表明：當(dāng)海拔達(dá)到3 000 m時(shí)，人會(huì)開始產(chǎn)生空間視覺(jué)障礙；海拔約3 500 m時(shí)，人的視覺(jué)功能迅速下降。由于道路線形、坡度、接入點(diǎn)數(shù)量等因素對(duì)車輛運(yùn)行速度有一定影響，因此在研究海拔高度對(duì)運(yùn)行速度影響時(shí)，筆者選取了青藏高原109國(guó)道(二級(jí)公路雙車道)平直路段，調(diào)查點(diǎn)前后線形良好，基本無(wú)橫向干擾。基于不同海拔條件下大、小車行駛速度數(shù)據(jù)的分析，畫出散點(diǎn)圖對(duì)二者關(guān)系進(jìn)行了擬合回歸分析，見圖3。

圖3 海拔高度與大、小車運(yùn)行速度擬合曲線Fig.3 Fitting curve of altitude and operation speed of trucks and cars

由于海拔高于3 000 m后駕駛員開始出現(xiàn)視覺(jué)障礙，所以駕駛員希望能盡快到達(dá)目的地，因此車輛行駛速度有所上升；當(dāng)海拔繼續(xù)升高約3 300 m時(shí)，由于駕駛員視覺(jué)功能下降明顯，并且由于空氣中含氧量降低，大車的動(dòng)力性能會(huì)明顯下降，大車速度逐漸下降，且下降速率逐漸增加。

與大車變化趨勢(shì)相似，小車運(yùn)行速度呈現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì)。由于大、小車動(dòng)力性能不同，受空氣中含氧量影響也不同。當(dāng)海拔高于約3 700 m時(shí)，小車運(yùn)行速度才開始下降，下降速率逐漸增加。當(dāng)海拔由4 000 m上升至4 500 m時(shí)，大車運(yùn)行速度下降8.9%，小車下降5.8%；海拔由4 500 m上升至5 000 m時(shí)，大車運(yùn)行速度下降15.2%，小車下降11.5%。

2.2.2 道路等級(jí)對(duì)運(yùn)行速度影響

1) 高速公路速度分布特性

以G6高速公路湟源—都蘭縣城方向(樁號(hào)K1904處，海拔3 412 m)長(zhǎng)大下坡段為例，筆者分析了該路段3個(gè)檢測(cè)斷面運(yùn)行速度分布。里程樁號(hào)K1904+680(斷面3)為長(zhǎng)大下坡的坡頂，斷面1K1906+550為坡底。斷面2位于K1905+220處，MC鋪設(shè)位置如圖4。

圖4 縱坡路段MC鋪設(shè)位置示意Fig.4 MC location map of longitudinal slope section

G6高速公路限速方式為分車型限速，其中小車限速120 km/h，客車限速100 km/h，貨車限速80 km/h。

圖5為G6高速公路湟源—都蘭段車輛速度分布。由圖5可看出：① 高速公路上大、小車速度均值越低，速度分布離散程度越低；速度均值越高，速度分布離散程度越高；② 隨著限速值增加，大、小車速度也會(huì)隨之增加，且速度分布離散程度也增加。

圖5 湟源—都蘭段車輛速度分布Fig.5 Vehicle speed distribution at Huangyuan—Dulan section

2) 一、二級(jí)公路速度分布特性

彎坡組合段MC鋪設(shè)如圖6。一、二級(jí)公路彎坡組合段車輛速度分布如圖7。

圖6 曲線路段MC鋪設(shè)位置示意Fig.6 MC location map of curve section

圖7 一、二級(jí)公路彎坡組合段車輛速度分布Fig.7 Vehicle speed distribution of curved slope combination section of one or two grade highway

國(guó)道G214共和—瑪多段樁號(hào)K183附近(海拔為3 088 m)為事故多發(fā)段，共設(shè)置3個(gè)雷達(dá)測(cè)速裝置。其中第1個(gè)事故多發(fā)點(diǎn)斷面為K183-1(K183+700，屬于下坡路段，縱坡度為2.8%)，該斷面上車輛速度快于該公路上的其它測(cè)速斷面；第2個(gè)事故多發(fā)點(diǎn)K183-2(K183+950)的車輛速度分布離散程度與第3個(gè)事故多發(fā)點(diǎn)K183-3(K184+200)處極為相似。

對(duì)3個(gè)斷面雷達(dá)測(cè)速分析發(fā)現(xiàn)：雷達(dá)測(cè)速處的大車速度均值和離散程度在3個(gè)斷面中是最小的，雷達(dá)測(cè)速前、后的大車速度均值幾乎吻合，但雷達(dá)測(cè)速前斷面速度離散程度明顯較雷達(dá)測(cè)速后大。

二級(jí)公路車輛速度分布以國(guó)道G109格爾木—拉薩方向K2793～K2795處(海拔3 300 m)為例，該地點(diǎn)小車區(qū)間限速為70 km/h、大車為50 km/h，是事故多發(fā)區(qū)域。

K2795-1(K2793+800處，縱坡度為-5.54%)斷面之前為連續(xù)彎坡，該斷面位于坡底處，為下坡路段，因此導(dǎo)致車輛速度較快，其速度主要集中于60～80 km/h，車輛均值明顯高于其他點(diǎn)分布。K2795-2(K2794+100，曲線半徑為120 m)斷面位于橋區(qū)端點(diǎn)，為U型曲線中點(diǎn)處，進(jìn)入車輛速度有所減緩，速度主要集中于50～70 km/h。K2795-3速度樣本來(lái)自該彎坡組合段的上坡段，有警示燈閃爍，由于大、小車動(dòng)力性差別，導(dǎo)致速度分布的離散程度增大。

通過(guò)對(duì)高原區(qū)一、二級(jí)公路速度分布特性分析得到：① 等級(jí)公路限速值越高，大、小車速度隨之增加且離散程度增加；② 不同限速下的大、小車速度分布分別呈現(xiàn)出較為嚴(yán)重地交織重疊。這是由于限速設(shè)置不合理，以及運(yùn)行速度不僅受限速值影響，其它因素也會(huì)影響駕駛速度，比如高寒低氧下無(wú)人區(qū)、幾何線形與接入口的臨近程度等。

2.2.3 線形對(duì)運(yùn)行速度影響

學(xué)者們?cè)谒俣阮A(yù)測(cè)模型中考慮了線形變量，如平曲線半徑、平曲線長(zhǎng)度、偏轉(zhuǎn)角度和超高等[17]。有研究表明，考慮到道路縱斷面線形指標(biāo)對(duì)運(yùn)行速度的影響，得出了車輛運(yùn)行速度受平面線形影響的數(shù)學(xué)模型，如式(1)。

102.10-3 077.13/R-9%≤fgrade<-4%V85=105.98-3 709.90/R-4%≤fgrade<0

(1)

式中：V85為85%位車速，km/h；R為平曲線半徑，m；fgrade為縱坡坡度。

由式(1)可看出：平曲線半徑與車輛的85%位車速呈正相關(guān)線性關(guān)系。

筆者以高原公路數(shù)據(jù)為例，繪制出大、小車85%位車速與縱坡坡度關(guān)系散點(diǎn)，如圖8。由圖8可知：大、小車85%位車速隨著縱坡坡度增大而降低，這表明縱坡坡度對(duì)高原公路大、小車85%位車速存在著一定程度的影響，且縱坡對(duì)大車影響更為明顯，因此在建模時(shí)應(yīng)考慮道路線形因素。

圖8 高原公路85%位車速與坡度關(guān)系Fig.8 Relationship between 85% vehicle speed of plateau highway and slope

3 運(yùn)行效率模型

由以上分析可知：限速會(huì)影響駕駛員速度選擇，所以在速度模型變量選擇中，限速值作為首先選擇因素。此外，海拔高度、道路縱坡對(duì)車輛性能也會(huì)對(duì)駕駛員的速度選擇造成很大影響。在建模過(guò)程中，筆者首先建立限速與速度均值模型，再建立速度均值與運(yùn)行速度模型，進(jìn)而得出限速與運(yùn)行速度模型。

3.1 限速與速度均值關(guān)系模型

速度模型構(gòu)建中，筆者主要考慮海拔高度、縱坡坡度、限速值、車輛比例等因素，模型采用廣義線性回歸(generalized linear model)方法將大、小車型分別建立模型。分析工具采用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件。

3.1.1 大車限速-速度均值模型

經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)軟件分析，大車擬合度模型為R2=0.714。由表2可看出：sig代表各個(gè)自變量在模型中的顯著性。變量顯著性均小于0.05。

大車限速-速度均值模型如式(2)，包含大車限速值、坡度和限速這3個(gè)自變量。

Vmean(T)=57.819+0.302Vsl(T)-3.4fgrade-

40.008qpercent(T)

(2)

式中：Vmean(T)為大車速度均值，km/h；Vsl(T)為大車限速值，km/h；qpercent(T)為大車百分比，%。

3.1.2 小車限速-速度均值模型

模型構(gòu)建時(shí)，筆者將公路等級(jí)(一級(jí)公路Gclass=0，二級(jí)公路Gclass=1)變量放入模型。經(jīng)SPSS軟件分析得出，模型擬合度為R2=0.671，擬合度相對(duì)較好。相比較大車限速-速度均值模型，小車模型中出現(xiàn)了等級(jí)自變量，表明不同道路等級(jí)對(duì)小車速度均值存在影響，如表3。

表3 小車(限速-速度均值)模型匯總Table 3 Summary of car model (speed limit and speed mean)

小車限速-速度均值模型如式(3)，包含限速值、道路等級(jí)、縱坡坡度和小車比例等自變量。

Vmean(C)=118.708+0.03Vsl(C)-3.526fgrade-

40.08qpercent(C)+23.783Gclass

(3)

式中：Vmean(C)為小車速度均值，km/h；Vsl(C)為小車限速值，km/h；qpercent(C)為小車所占比例，%；Gclass為道路等級(jí)(Gclass=0時(shí)為一級(jí)公路，Gclass=1時(shí)為二級(jí)公路)。

3.2 速度均值與運(yùn)行速度關(guān)系模型

3.2.1 大車運(yùn)行速度-速度均值模型

圖9為大車運(yùn)行速度與速度均值的散點(diǎn)關(guān)系，可見二者之間具有線性關(guān)系。大車運(yùn)行速度-速度均值模型如式(4)。大車運(yùn)行速度-速度均值模型匯總見表4。

V85(T)=0.711Vmean(T)+5.708

(4)

式中：V85(T)為大車85%位車速，km/h。

圖9 大車速度均值-運(yùn)行速度散點(diǎn)圖Fig.9 Scatter diagram of truck mean speed and operation speed

模型非標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)B標(biāo)準(zhǔn)誤差試用版tSig．(常量)5．7084．504—1．2670．212大車均值0．7110．0700．84710．2130．000

3.2.2 小車運(yùn)行速度-速度均值模型

小車運(yùn)行速度與速度均值的關(guān)系如圖10。小車運(yùn)行速度-速度均值模型匯總見表5。

由R2=0.955，可得出模型如式(5)：

V85(C)=1.151Vmean(C)+4.961

(5)

式中：V85(C)為小車85%位車速，km/h。

圖10 小車速度均值-運(yùn)行速度散點(diǎn)圖Fig. 10 Scatter diagram of car mean speed and operation speed

模型非標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)B標(biāo)準(zhǔn)誤差試用版tSig．(常量)4．9612．641—1．8790．067小車均值1．1510．0390．97729．6680．000

3.3 限速與運(yùn)行速度關(guān)系模型

3.3.1 大車限速-運(yùn)行速度模型

大車限速-運(yùn)行速度模型如式(6)。

V85(T)=0.215Vsl(T)-2.417 4fgrade-28.44qpercent(T)+

46.817 309

(6)

3.3.2 小車限速-運(yùn)行速度模型

小車限速-運(yùn)行速度模型如式(7)。

V85(C)=0.034 53Vsl(C)-4.058fgrade-

46.132 08qpercent(C)-27.37Gclass+141.593

(7)

4 限速與運(yùn)行效率關(guān)系模型

通過(guò)分析限速對(duì)運(yùn)行效率影響，筆者建立了限制速度-速度均值模型、速度均值-運(yùn)行速度模型、限制速度-運(yùn)行效率模型。模型以在設(shè)置限速情況下系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間和設(shè)計(jì)速度情況下系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間差值作為效率因變量，將交通量和平均載運(yùn)人數(shù)等影響因素作為自變量。另外，引入海拔系數(shù)λ概念，其表示延誤隨海拔高度H升高而降低的總體趨勢(shì)(表6)，從而得到了整個(gè)道路系統(tǒng)限制速度與運(yùn)行效率的關(guān)系模型。

表6 海拔系數(shù)λ與海拔高度H關(guān)系Table 6 Relationship between λ and H

一般情況下，駕駛員為提高運(yùn)輸效率，會(huì)在一定道路環(huán)境和交通條件下選擇高速行駛，因?yàn)檫@樣可保障在較低時(shí)間費(fèi)用下完成運(yùn)輸任務(wù)。故筆者將系統(tǒng)總延誤采用對(duì)每輛車上每個(gè)人造成的共同延誤計(jì)算。延誤模型如式(8)。

Fdelay=EiQiλ(L/V85-L/Vdesign)

(8)

式中：Fdelay為系統(tǒng)總延誤；Ei為平均載運(yùn)系數(shù)，veh/d，其中，當(dāng)i=1時(shí)為大車平均載運(yùn)系數(shù)，當(dāng)i=2時(shí)為小車平均載運(yùn)系數(shù)；Qi為交通量，veh/d，其中，當(dāng)i=1時(shí)為大車交通量，i=2時(shí)為小車交通量；λ為海拔系數(shù)；L為公路長(zhǎng)度，km；V85為85%位運(yùn)行速度，km/h；Vdesign為設(shè)計(jì)速度，km/h。

將大、小車限速-運(yùn)行速度模型代入式(8)，得出二者限速與運(yùn)行效率的互動(dòng)關(guān)系模型，如表7。

表7 限速與運(yùn)行效率的關(guān)系模型Table 7 Model of relationship between speed limitand operation efficiency

由表7中的模型可看出，高原低氧環(huán)境對(duì)車輛運(yùn)行效率產(chǎn)生影響的因素包括：海拔高度、大小車限速值、道路縱坡坡度、路段長(zhǎng)度和道路設(shè)計(jì)速度等。不同的是，道路等級(jí)、道路上小車所占車輛比例等因素均會(huì)對(duì)小車運(yùn)行效率產(chǎn)生一定影響。另外，由于缺少延誤數(shù)據(jù)，未能對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證分析。

5 結(jié) 論

筆者完成了對(duì)青藏高原雙車道公路共91個(gè)斷面的速度數(shù)據(jù)和道路線形數(shù)據(jù)、事故數(shù)據(jù)采集工作，并基于這些數(shù)據(jù)分析了限速與運(yùn)行效率之間的互動(dòng)關(guān)系，主要結(jié)論如下：

1) 限速對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行效率產(chǎn)生影響，可通過(guò)系統(tǒng)產(chǎn)生的總延誤來(lái)衡量?？傃诱`由多種因素造成，其中車輛速度變化對(duì)延誤的影響最為顯著；

2) 平直路段大、小車運(yùn)行速度隨著海拔的升高均呈現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì)，但海拔高度對(duì)平直路段大車運(yùn)行速度的影響明顯大于小車。大車、小車運(yùn)行速度分別從海拔約3 300、3 700 m開始下降，下降速率都逐漸增大；

3) 在高原高海拔高速公路上，大、小車速度均值與速度分布離散程度呈正相關(guān)關(guān)系；高原高海拔一、二級(jí)高等級(jí)公路限速值越高，大、小車實(shí)際運(yùn)行速度普遍隨之增加且離散程度增加；

4) 海拔高度、大小車限速值、道路縱坡坡度、路段長(zhǎng)度和道路的設(shè)計(jì)速度都對(duì)道路系統(tǒng)行駛車輛運(yùn)行效率產(chǎn)生影響。

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Influence of Speed Limits on Operation Efficiency ofTwo-Lane Highway on the Qinghai-Tibet Plateau

HE Yulong，ZHANG Lufei

(Beijing Key Laboratory of Traffic Engineering，Beijing University of Technology，Beijing 100124，P. R. China)

Through the investigation of vehicle speed，vehicle composition，road alignment，altitude oxygen content and current speed limit combination mode of two-lane highway in Qinghai Tibet plateau，the car speed limit velocity mean model and speed mean-operation speed model of two-lane highway in plateau area were established respectively by the method of multiple linear regression and SPSS statistical software，considering the control delay caused by the speed limit as an index to evaluate the operation efficiency of the plateau highway. Finally，the interaction model between speed limit and operation efficiency-delay was obtained. The results show that：the speed limit value of the car and cart，the longitudinal slope of the road，the length of the road section and the design speed of the road have an influence on the running efficiency of the vehicle running on the road system. The difference is that the factors such as different road grade and the proportion of cars on the road will have a certain impact on the efficiency of the car，but a little impact on the cart. In addition，with the increase of altitude，the operation efficiency of large and small cars is gradually decreased，and the delay caused by the cart is higher than that of the car.

traffic engineering; Qinghai-Tibet plateau; two-lane highway; limit speed; operation efficiency; delay; traffic safety

10.3969/j.issn.1674-0696.2017.12.14

2016-08-04；

2017-01-06

國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題(2014BA05B00)

賀玉龍(1968—)，女，湖北荊門人，副教授，博士，主要從事交通安全工程方面的研究。E-mail：hyl_xx@126.com。

張魯飛(1990—)，男，山東聊城人，碩士研究生，主要從事交通安全方面的研究。E-mail：351799693@qq.com。

U491

A

1674-0696(2017)12-082-09

劉韜)