基于多因素融合的高速公路養(yǎng)護(hù)作業(yè)區(qū)動態(tài)限速模型研究

張慧穎 鄭燕軍 關(guān)田

摘 要：高速公路作為各城市與各地區(qū)之間的連接紐帶，帶動了我國運(yùn)輸業(yè)與物流業(yè)的發(fā)展，從而促進(jìn)了國民經(jīng)濟(jì)繁榮發(fā)展。2018年底，我國高速公路總里程就已突破14萬公里，里程規(guī)模居世界第一，然而在高速公路的快速發(fā)展中也暴露出一些問題，比如通行能力低，交通組織混亂等，這些問題在養(yǎng)護(hù)作業(yè)區(qū)中更加突出。養(yǎng)護(hù)作業(yè)區(qū)交通特性極其復(fù)雜，表現(xiàn)為車流分布不均衡，行車速度分布不均衡，車輛分流、合流易產(chǎn)生沖突，養(yǎng)護(hù)作業(yè)區(qū)成為一個事故多發(fā)地。為了提高高速公路養(yǎng)護(hù)作業(yè)區(qū)的行車安全性及通過能力，首要目標(biāo)就是對養(yǎng)護(hù)作業(yè)區(qū)上游瓶頸區(qū)的車輛進(jìn)行有效的限速控制。傳統(tǒng)的固定限速的方法有很大的局限性，本文采用基于多因素融合的高速公路養(yǎng)護(hù)作業(yè)區(qū)動態(tài)限速模型進(jìn)行研究，在盡可能減小養(yǎng)護(hù)作業(yè)區(qū)事故發(fā)生率的前提下提升道路通行能力。

關(guān)鍵詞：高速公路;養(yǎng)護(hù)作業(yè)區(qū);動態(tài)限速

中圖分類號：U491 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1 高速公路養(yǎng)護(hù)作業(yè)區(qū)安全性影響因素分析

高速公路車輛行駛系統(tǒng)是由駕駛員、車輛、交通環(huán)境、天氣、道路條件共同組成的，各種因素在系統(tǒng)內(nèi)部相互作用、相互制約[1]。任何一個交通事故都不是單因素所能決定的，因此，在高速公路動態(tài)限速的研究中心，應(yīng)考慮多個因素的影響。下面分別從交通因素、天氣因素、道路因素等方面分析對高速公路動態(tài)限速的影響。

1.1 交通因素

1.1.1 交通量

交通量是高速公路交通狀態(tài)最直觀的影響因素，從駕駛員的角度來說最容易在心理和實際行車過程中造成影響。當(dāng)交通量過大，駕駛員會產(chǎn)生緊張感直接造成對駕駛行為及技術(shù)的影響，并且交通量越大交通密度也越大，平均運(yùn)行車速會降低。此時行駛速度過高勢必容易引發(fā)事故。由格林希爾茲模型導(dǎo)出的速度—流量關(guān)系為：

根據(jù)公式我們可以得知，速度與交通流量呈拋物線的關(guān)系，速度隨著交通流量增加而下降，達(dá)到最大交通流量后，速度和交通流量同時下降。

1.1.2 交通組成

交通組成是指交通流中各類車輛所占的比例。高速公路上行駛車輛種類多、交通組成復(fù)雜，不同的車輛具有不同的行駛特性，影響著道路的通行能力和服務(wù)水平，一般來說，小汽車車速明顯高于大型車;而且大型車比例過大時，小型車容易進(jìn)入大型車駕駛員視野盲區(qū)，在相互超車過程中容易引發(fā)事故，安全隱患較大。因此當(dāng)大型車比例增加時，限速值應(yīng)有所調(diào)整，以適應(yīng)實際行車需求，保證駕駛員及行車環(huán)境的安全。高速公路上的主要車輛為大型車和小型車，中型車和其他車輛所占比例較少，在研究時，通常用大車率代表交通組成的影響，假設(shè)只有大車與小汽車，其中大車所占比例即為大車率。

1.2 天氣因素

不良天氣會對安全行車帶來負(fù)面影響，主要是通過能見度及路面摩擦系數(shù)體現(xiàn)的。

1.2.1 能見度

能見度低時，駕駛員視線條件變差，對路線走向的感知判斷能力減弱;駕駛員在低能見度條件下行駛時，周圍的環(huán)境條件不清晰，影響駕駛員心理，使駕駛員壓力增大，操縱車輛時易偏離車道中心線，研究表明，能見度在125m時，駕駛員能保持在車道中心線附近[2]。對大霧引起高速公路低能見度進(jìn)行劃分見表1。

1.2.2 路面摩擦系數(shù)

在雨、雪、道路結(jié)冰等惡劣天氣，路面摩擦系數(shù)降低，會使車輛行駛更加困難，車輛制動性能下降，容易造成側(cè)滑、追尾等交通事故。根據(jù)實際摩擦系數(shù)可分為五級摩擦指數(shù)，見表2。

1.3 道路因素

高速公路道路因素所涉及的方面很多，比如道路等級、線形特征、道路表面特征、交通設(shè)施等，線形特征主要包括平面、縱斷面、橫斷面、視距、匝道出入口等的設(shè)計及布置。道路因素在高速公路動態(tài)限速中可視為靜態(tài)因素[3]，但也是在設(shè)計中不可缺少的因素。

綜上所述，選取動態(tài)因素——交通量、交通組成、能見度、摩擦系數(shù)作為高速公路養(yǎng)護(hù)作業(yè)區(qū)動態(tài)限速模型研究的重點(diǎn)建立模型。

2 VISSIM建模分析

利用VISSIM對高速公路養(yǎng)護(hù)作業(yè)區(qū)的車流進(jìn)行仿真模擬，引用沖突率[4]這一概念，其定義為在仿真過程中單位小時內(nèi)的沖突次數(shù)與施工區(qū)的交通量和施工區(qū)長度之比，計算公式如下：

f——沖突率（次/pcu/km）;

TC——仿真一小時時間內(nèi)發(fā)生沖突的次數(shù);

Q——仿真斷面單位時間內(nèi)通過的車輛數(shù)（veh/h）;

L——施工區(qū)長度（km）。

由于VISSIM中不能直接設(shè)定路面摩擦系數(shù)，而路面摩擦系數(shù)又與路面坡度有關(guān)，故在VISSIM仿真中使用路面坡度作為變量。

控制變量法對各變量進(jìn)行分析，方案見表3：

各因素對事故率的擬合結(jié)果見圖1、圖2、圖3、圖4。

（1）交通量——事故率模型：

（2）大車率——事故率模型：

（3）能見度——事故率模型：

（4）路面坡度——事故率模型：

3 總結(jié)

（1）本文以高速公路養(yǎng)護(hù)作業(yè)區(qū)為研究對象，分析了影響高速公路養(yǎng)護(hù)作業(yè)區(qū)事故率的各個因素，主要包括交通因素、天氣因素、道路因素。

（2）針對影響因素中的動態(tài)因素——交通因素、天氣因素進(jìn)一步分析，通過VISSIM建模，分析其中每一個因素對事故率的影響效果并繪制了擬合圖。

（3）因VISSIM中無法直接表達(dá)路面摩擦因數(shù)，選用坡度來代替路面摩擦因數(shù)，導(dǎo)致路面坡度——事故率模型的擬合效果并不好，有待進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]沙愛敏.高速公路交通事故分析及預(yù)防對策研究[D].東南大學(xué)，2006.

[2]張馳，賀亞龍，黃星，等.霧天不同能見度條件下高速公路限速建議值研究[J].交通信息與安全，2018，36（05）：25-33.

[3]王玥.基于多元因素預(yù)判的高速公路可變限速研究[D].吉林大學(xué)，2017.

[4]趙一飛.高速公路交通安全若干問題研究[D].西安：長安大學(xué)，2009.