干線公路穿越城鎮(zhèn)段交通特性的研究

郭風(fēng)俊　吳艷霞　張恒

摘要 為了提高干線公路穿越城鎮(zhèn)路段的行車(chē)安全性，探究車(chē)輛在干線公路穿越城鎮(zhèn)路段上的行駛特性，通過(guò)實(shí)地調(diào)研車(chē)輛的速度、加速度及駕駛員操作次數(shù)的變化的相關(guān)數(shù)據(jù)，以交通工程學(xué)和人因工程學(xué)為基礎(chǔ)，對(duì)干線公路穿越城鎮(zhèn)路段上的交通特性進(jìn)行了研究。根據(jù)干線公路穿越城鎮(zhèn)路段的道路環(huán)境特點(diǎn)，界定了公路段與城鎮(zhèn)段之間的適應(yīng)段;分析車(chē)輛實(shí)際運(yùn)行速度與設(shè)計(jì)速度之間的一致性和相鄰路段的速度協(xié)調(diào)性，確定在交叉口、中央分隔帶開(kāi)口、曲線路段的安全隱患較大并且從公路至城鎮(zhèn)方向運(yùn)行速度呈遞減狀態(tài);分析公路段、適應(yīng)段和城鎮(zhèn)段相同長(zhǎng)度路段上車(chē)輛的變速次數(shù)和加速度標(biāo)準(zhǔn)，為交通控制措施的制定和道路線形設(shè)計(jì)的優(yōu)化提供參考。

關(guān) 鍵 詞 干線公路;穿越城鎮(zhèn);適應(yīng)段;速度;安全

中圖分類(lèi)號(hào) U492.8? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A

Traffic characteristics of main road crossing urban section

GUO Fengjun1， WU Yanxia2， ZHANG Heng2

（ 1. Shanxi Province Expressway Group Limited Liability Company， Taiyuan 030031， Shanxi， China; 2. School of Civil and Transportation Engineering， Hebei University of Technology， Tianjin 300401， China）

Abstract In order to improve the driving safety of the main road crossing the urban road section， and explore the driving characteristics of the vehicle in the process of crossing the town through the road， we investigated the changes of the speed， acceleration and the number of driver operations. Based on traffic engineering and human factors engineering， we studied the traffic characteristics of the main road crossing the urban section. According to the characteristics of the road environment of the main road crossing the urban road section， the adaptation section between the road section and the urban section is defined; the consistency between the actual running speed of the vehicle and the design speed and the speed coordination of the adjacent road sections are analyzed， and the intersection is determined. The safety risk of the opening of the mouth， the central separation zone and the curved section is large and the running speed from the road to the town is decreasing. The speed and acceleration standard of the vehicle on the same length of the road section， the adaptation section as well as the urban section are analyzed to provide reference for the development of measures and the optimization of road alignment design.

Key words main road; crossing the town; adaptation section; speed; safety

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化比例的不斷加大，公路穿越城鎮(zhèn)的現(xiàn)象頻繁的出現(xiàn)。城鎮(zhèn)道路與公路路側(cè)環(huán)境和交通特性差異較大，駕駛員在干線公路上駕駛車(chē)輛穿越城鎮(zhèn)時(shí)會(huì)受到環(huán)境變化影響而改變行車(chē)速度，而良好的速度一致性和協(xié)調(diào)性是路段行車(chē)安全的重要保障。

對(duì)于公路與城鎮(zhèn)道路之間連接路段的研究，早期Hakkert和Dillon分別研究了城鎮(zhèn)道路與公路各自的交通流特點(diǎn)[1-2]，近幾年Srinivasan和Williamson等人對(duì)城鎮(zhèn)道路和干線公路的接入口管理技術(shù)和銜接技術(shù)進(jìn)行了分析[3-4]。國(guó)內(nèi)自2000年陳培建提出了穿城鎮(zhèn)干線公路合理布局原則和應(yīng)當(dāng)注意的問(wèn)題后[5]，公路與城鎮(zhèn)道路連接處的安全問(wèn)題日益受到重視[6-10]。車(chē)輛行駛速度的變化是駕駛員對(duì)道路環(huán)境變化感受的直觀反饋，研究不同道路環(huán)境下的車(chē)輛行駛速度特性可以為交通控制措施的制定提供參考[11]。通過(guò)對(duì)速度的研究可以改善道路設(shè)計(jì)的合理性并提高不同類(lèi)型車(chē)輛通行的安全性[12-15]。

可見(jiàn)，研究學(xué)者們已經(jīng)開(kāi)始重視公路穿越城鎮(zhèn)路段的安全隱患，并且提出了中間應(yīng)該設(shè)置漸變段。所以本文首先界定公路穿越城鎮(zhèn)適應(yīng)段的概念，并且對(duì)公路段、適應(yīng)段和城鎮(zhèn)段的車(chē)輛運(yùn)行特性進(jìn)行深入的對(duì)比分析，以此來(lái)探究干線公路穿越城鎮(zhèn)段的交通特性。

1 公路穿越城鎮(zhèn)路段

1.1 干線公路穿越城鎮(zhèn)路段特點(diǎn)

干線公路在穿越城鎮(zhèn)的過(guò)程中，道路本身的條件和路側(cè)的環(huán)境是在不斷變化的，調(diào)查試驗(yàn)道路的實(shí)際情況之后，發(fā)現(xiàn)干線公路穿越城鎮(zhèn)路段有以下的特點(diǎn)：

1）干線公路大多是通過(guò)設(shè)置中央分隔帶對(duì)道路進(jìn)行分隔，交叉口密度較小且不設(shè)置信號(hào)燈，設(shè)計(jì)速度也較城鎮(zhèn)路段高;而城鎮(zhèn)道路對(duì)雙向道路進(jìn)行分隔時(shí)一般是設(shè)置護(hù)欄或者直接劃線分隔，交叉口密度較大并且基本都設(shè)置信號(hào)燈;干線公路穿越城鎮(zhèn)時(shí)，存在橫斷面的變化，如圖1a）所示，而在此前后，道路上的交通量、車(chē)速、交通組成也有明顯差別。

2）公路上農(nóng)用車(chē)出現(xiàn)的比例較高，如圖1b）所示，而在城鎮(zhèn)路段上，非機(jī)動(dòng)車(chē)出行是交通組成中很重要的一部分。

3）道路的基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)置也各不相同，公路上的交通標(biāo)志標(biāo)線等安全設(shè)施有時(shí)并不完善，部分路段出現(xiàn)護(hù)欄缺失、缺少照明設(shè)備的現(xiàn)象;而城鎮(zhèn)段交通標(biāo)志較為復(fù)雜，有時(shí)略顯混亂，容易對(duì)駕駛員產(chǎn)生困擾。

4）公路路側(cè)會(huì)出現(xiàn)牛、羊、鳥(niǎo)類(lèi)等動(dòng)物對(duì)行車(chē)產(chǎn)生干擾，見(jiàn)圖1c）。而城鎮(zhèn)路段路側(cè)的主要問(wèn)題是道路街道化嚴(yán)重，見(jiàn)圖1d），且路側(cè)廣告多，干擾信息量大。

5）環(huán)境方面公路的路側(cè)植被面積大，城鎮(zhèn)道路路側(cè)綠化相對(duì)較差。

1.2 適應(yīng)段的界定

由于城鎮(zhèn)和公路之間的交通組成是有差異的，再加上地形的限制，通常公路在穿越城鎮(zhèn)的過(guò)程中，城鎮(zhèn)道路與公路之間會(huì)出現(xiàn)短暫的不連續(xù)，此時(shí)駕駛員的心理就需要一個(gè)逐漸的適應(yīng)過(guò)程，所以將駕駛員心理逐漸適應(yīng)的路段稱(chēng)為適應(yīng)段，因此適應(yīng)段分為公路至城鎮(zhèn)方向適應(yīng)段和城鎮(zhèn)至公路方向適應(yīng)段。劃分穿城鎮(zhèn)路段如圖2，圖中黑色圓點(diǎn)是指橫斷面變化處。以實(shí)際地圖為例，定義公路接近城鎮(zhèn)過(guò)程中的最后一處橫斷面變化處至城鎮(zhèn)中第一個(gè)交叉口之間的路段為公路至城鎮(zhèn)適應(yīng)段[L0]，定義城鎮(zhèn)接近公路的最后一處橫斷面變化處至公路上的第一個(gè)交叉路口之間的路段為城鎮(zhèn)至公路適應(yīng)段[L1]。鑒于公路一般為雙向多車(chē)道并且考慮到道路在建設(shè)和使用過(guò)程中的整體性，兩路段合并稱(chēng)為適應(yīng)段。

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 實(shí)驗(yàn)方案

為了研究干線公路穿越城鎮(zhèn)時(shí)在適應(yīng)段的車(chē)輛運(yùn)行特點(diǎn)，招募具有熟練駕駛經(jīng)驗(yàn)的男性駕駛?cè)?5人，選擇途徑北京-河北-天津的G103作為試驗(yàn)路段。實(shí)驗(yàn)儀器采用Vbox II行車(chē)信息采集器，數(shù)據(jù)調(diào)查時(shí)間為八月中旬天氣晴朗的工作日，調(diào)查時(shí)間段在早6∶00至晚18∶00進(jìn)行。

2.2 試驗(yàn)路段概況

分析京津冀地區(qū)的干線公路，發(fā)現(xiàn)北京、天津2個(gè)直轄市與河北省際交界處路況相對(duì)較差，個(gè)別地點(diǎn)道路寬度無(wú)法滿(mǎn)足通行需求，擁堵現(xiàn)象嚴(yán)重。沿103國(guó)道從武清城區(qū)出發(fā)到北京通州區(qū)，途經(jīng)城鎮(zhèn)34個(gè)，有6處橫穿城市道路，上行方向有60個(gè)公路接入口，穿越25個(gè)城市內(nèi)部交叉口，下行方向有54個(gè)接入口，共經(jīng)過(guò)25個(gè)城市內(nèi)交叉口。有20處道路橫斷面變化，其中有12次變化是在城鎮(zhèn)和公路銜接的區(qū)域處，圖3即為公路與城鎮(zhèn)銜接處的橫斷面變化。

3 數(shù)據(jù)分析

3.1 車(chē)輛速度一致性分析

行車(chē)速度是影響事故發(fā)生的重要因素，基于速度差可以對(duì)路段線型進(jìn)行安全評(píng)價(jià)?；谶\(yùn)行速度一致性評(píng)價(jià)道路線型的標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

車(chē)輛在實(shí)際道路上行駛時(shí)，駕駛員會(huì)隨著路況、道路線形、周邊環(huán)境等因素的變化不斷調(diào)整行車(chē)速度，如圖4所示，即為實(shí)測(cè)公路段上的車(chē)輛運(yùn)行速度與路段的設(shè)計(jì)速度進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)實(shí)際運(yùn)行速度不是一成不變的，行車(chē)速度不斷波動(dòng)，個(gè)別地點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)較大的變化。圖中a、b、c、d區(qū)域分別對(duì)應(yīng)著匝道、交叉口、中分帶開(kāi)口處、曲線段。

由圖4可知，車(chē)輛在不同路段的運(yùn)行速度是不同的，在實(shí)驗(yàn)路段上絕大部分時(shí)間的實(shí)際行車(chē)速度都低于設(shè)計(jì)速度要求，出現(xiàn)超速的情況較少。明顯的，在交叉口、中央分隔帶開(kāi)口、曲線路段的實(shí)際運(yùn)行速度出現(xiàn)凹變化，速度從高位降至一定范圍，在通過(guò)這些區(qū)域后速度又有大幅提升，所以在這些路段是存在明顯的安全隱患的。

3.2 車(chē)輛速度協(xié)調(diào)性分析

車(chē)輛在道路上行駛時(shí)速度的波動(dòng)越大，車(chē)輛發(fā)生事故的概率會(huì)越大，相鄰路段之間的運(yùn)行速度是否協(xié)調(diào)體現(xiàn)在相鄰路段之間車(chē)輛運(yùn)行速度的差值，相鄰路段之間速度變化微小且緩和表明路線的協(xié)調(diào)性良好，而速度變化越大則表明相鄰路段的路線協(xié)調(diào)性越差。其中速度差的數(shù)學(xué)公式如下式：

|Δv|=|v-v|? ， （1）

式中：|Δ|表示相鄰兩路段的85%位車(chē)速的差值;|v|表示調(diào)查斷面i上的85%位車(chē)速;|v|表示連續(xù)路段上斷面i的前一斷面的85%位車(chē)速。

文獻(xiàn)[16]規(guī)定當(dāng)|Δ|>20 km/h時(shí)，可以認(rèn)為運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性不良，因此車(chē)輛行駛速度作為評(píng)價(jià)道路安全性的重要標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)行速度差值必須小于或等于20 km/h才能滿(mǎn)足安全行車(chē)的要求。車(chē)輛在干線公路上行駛，在穿越城鎮(zhèn)的過(guò)程中速度變化明顯，圖5為車(chē)輛從公路駛向城鎮(zhèn)路段時(shí)的運(yùn)行速度變化示意圖。

可見(jiàn)，車(chē)輛從公路駛向城鎮(zhèn)道路的過(guò)程中，由于道路環(huán)境在不斷的發(fā)生變化，駕駛員依據(jù)道路周?chē)h(huán)境及路線標(biāo)志來(lái)對(duì)駕駛狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，逐漸降低車(chē)速，在到達(dá)城鎮(zhèn)路段的時(shí)候把速度降低至城市道路的要求。

統(tǒng)計(jì)分析實(shí)車(chē)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)，繪制公路段、適應(yīng)段、城鎮(zhèn)段的車(chē)速累積頻率及對(duì)應(yīng)速度如圖6。由圖6可知，試驗(yàn)路段上實(shí)際行駛過(guò)程中，在公路段上的第85位車(chē)速為68.57 km/h，在城鎮(zhèn)段上第85位車(chē)速為39.54 km/h，在適應(yīng)段上第85位車(chē)速為51.46 km/h，確定車(chē)輛在從公路至城鎮(zhèn)方向行駛時(shí)，行駛速度是逐漸減小的，適應(yīng)段的行車(chē)速度介于公路段和城鎮(zhèn)段之間。規(guī)范對(duì)于公路路段和城鎮(zhèn)路段有明確的設(shè)計(jì)速度的規(guī)定，并且兩者是不同的，在適應(yīng)段沒(méi)有特別的速度要求，而這里的速度差別表明車(chē)輛在適應(yīng)段行駛時(shí)速度與前后路段有明顯的區(qū)別。

3.3 各路段速度變化分析

分析駕駛員車(chē)速變化次數(shù)和加速度，繪制駕駛員在與適應(yīng)段長(zhǎng)度相同的相鄰公路段與城鎮(zhèn)段車(chē)速變化次數(shù)和加速度，如圖7。其中變速操作次數(shù)反應(yīng)駕駛員改變駕駛狀態(tài)的頻繁程度，加速度標(biāo)準(zhǔn)差則表示車(chē)速調(diào)整的幅度大小。

根據(jù)圖7，對(duì)于駕駛員變速操作次數(shù)受到路段類(lèi)型影響的顯著性進(jìn)行F檢驗(yàn)。單因素方差分析P < 0.05，表明在95%置信水平上路段類(lèi)型能顯著影響駕駛員變速操作次數(shù)。同時(shí)發(fā)現(xiàn)不同路段類(lèi)型對(duì)加速度標(biāo)準(zhǔn)差也有顯著影響，并且顯著水平P < 0.05。

路段長(zhǎng)度相同時(shí)，駕駛員變速的次數(shù)依次是城鎮(zhèn)段 > 適應(yīng)段 > 公路段。在公路上駕駛員變速次數(shù)為18.32次，為3種路段中變速次數(shù)的最低值，可見(jiàn)在公路段上行車(chē)受到的干擾較少，車(chē)輛速度相對(duì)穩(wěn)定;城鎮(zhèn)段上變速次數(shù)為27.4次，為3種路段中的最高值，意味著城鎮(zhèn)段路側(cè)環(huán)境最復(fù)雜，路側(cè)干擾更多;在適應(yīng)段變速次數(shù)為24.35次，介于公路段與城鎮(zhèn)段之間。

分析加速度的標(biāo)準(zhǔn)差，城鎮(zhèn)段0.89 m/s2 > 適應(yīng)段0.74 m/s2 > 公路段0.46 m/s2，原因是城鎮(zhèn)段行車(chē)環(huán)境復(fù)雜，受到干擾時(shí)容易出現(xiàn)突然減速或爭(zhēng)搶車(chē)道時(shí)突然加速使得加速度標(biāo)準(zhǔn)差較大;而公路的環(huán)境相對(duì)簡(jiǎn)單，在車(chē)速較高的正常駕駛情況下變速幅度也較小，所以加速度標(biāo)準(zhǔn)差也是最小;適應(yīng)段的加速度標(biāo)準(zhǔn)差介于兩者之間，并且與城鎮(zhèn)段和公路段有明顯的差別。可見(jiàn)駕駛員在干線公路上駕駛車(chē)輛穿越城鎮(zhèn)時(shí)，行車(chē)速度有明顯的漸進(jìn)的變化，駕駛員需要一個(gè)逐漸適應(yīng)的過(guò)程。

4 結(jié)論

1）干線公路穿越城鎮(zhèn)時(shí)，路上車(chē)輛的行駛環(huán)境經(jīng)歷簡(jiǎn)單—復(fù)雜—簡(jiǎn)單的變化過(guò)程，此時(shí)駕駛員需要一定長(zhǎng)度的路段來(lái)適應(yīng)這種變化，以保證行車(chē)安全。

2）在交叉口、中央分隔帶開(kāi)口、曲線路段實(shí)際運(yùn)行速度出現(xiàn)凹變化，速度從高位降至一定范圍，在通過(guò)這些區(qū)域后速度又有大幅提升，所以這些路段的安全隱患較大。

3）公路段與城鎮(zhèn)段之間的速度差是大于20 km/h的，適應(yīng)段的設(shè)置使得相鄰路段的速度差減小，保證了行駛的安全性。

4）相同長(zhǎng)度路段上的變速次數(shù)依次是城鎮(zhèn)段27.4次 > 適應(yīng)段24.35次 > 公路段18.32次;加速度的標(biāo)準(zhǔn)差為城鎮(zhèn)段0.89 m/s2 > 適應(yīng)段0.74 m/s2 > 公路段0.46 m/s2?？梢?jiàn)車(chē)輛行駛狀態(tài)在公路與城鎮(zhèn)之間路段有明顯的漸進(jìn)的過(guò)程，反應(yīng)在駕駛員身上就是干線公路上行駛車(chē)輛駛?cè)爰榜偝龀擎?zhèn)時(shí)，需要一個(gè)逐漸的適應(yīng)的過(guò)程。

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[責(zé)任編輯 楊 屹]