基于車軸圖譜的城市道路汽車運(yùn)行特性分析

路 一,田 林,寇 越,孫 超

(1.威海海洋職業(yè)學(xué)院,山東 威海 264300;2.煙臺(tái)大學(xué) 土木工程學(xué)院,山東 煙臺(tái) 264005)

城市道路汽車運(yùn)行特性直接影響城市道路交通通行能力。為保障城市道路交通安全,城市道路平面交叉口設(shè)置限速標(biāo)志及監(jiān)控設(shè)施,且大多數(shù)城市道路整個(gè)斷面一般采用相同的限速值,限速標(biāo)準(zhǔn)及限速方法將影響汽車運(yùn)行速度,從而影響城市道路通行能力和交通安全。對城市道路不同車道汽車運(yùn)行速度及車頭時(shí)距等指標(biāo)分析和研究,提出針對城市道路不同行車道采取不同的限速標(biāo)準(zhǔn),對保障交通安全及提高通行能力具有重大意義。

Fitzpatrick等[1]認(rèn)為即使在設(shè)計(jì)速度低于運(yùn)行車速的路段,85%位車速也是最為合適的車速限制值。Suliman等[2]通過對埃德蒙頓采集到600條城市道路的3.5億個(gè)車輛速度樣本進(jìn)行分析,建立了混合效應(yīng)logistic回歸模型,得出道路環(huán)境、車輛特性及天氣狀況都會(huì)影響駕駛員對安全速度的感知。Lave等[3]研究發(fā)現(xiàn):交通事故率隨著車速離散性減小而降低,以減少速度離散性為基準(zhǔn)設(shè)置限速,從而提高道路安全性。Panagiotis等[4]研究表明在某個(gè)特定限速值下,駕駛員的年齡、性別、婚姻狀況、教育水平、工資水平等對運(yùn)行速度存在影響。Joksch[5]通過統(tǒng)計(jì)大量的交通事故數(shù)據(jù),研究交通事故造成的人員傷亡率和肇事車輛行車速度之間關(guān)系,得到了兩者之間的關(guān)系式,人員傷亡率和行車速度之間呈現(xiàn)指數(shù)關(guān)系。陳銘等[6]通過調(diào)查上海市主干路的道路與環(huán)境特征,建立了運(yùn)行速度多元線性回歸模型,分析了各類道路與環(huán)境特征對運(yùn)行速度的影響特性,研究表明道路與環(huán)境對主干路汽車運(yùn)行速度有顯著影響。李長城等[7]總結(jié)了當(dāng)前國內(nèi)外主要的限速方法,結(jié)合中國實(shí)際提出以V85速度作為一般路段初始限速值,根據(jù)運(yùn)行狀況對初始限速值進(jìn)行動(dòng)態(tài)修正。李娟等[8]分析了85%位車速與圓曲線的曲率變化率CCRs關(guān)系,建立85%位車速與CCRs的回歸模型,并提出了高速公路直線段和曲線段限速值建議。張開冉等[9]對駕駛員自身車速的選擇進(jìn)行了研究,駕駛員的車速主要是以限制速度為依據(jù),其超速范圍在限速值附近。唐琤琤[10]在研究國外成果基礎(chǔ)上,闡述了車速與安全的關(guān)系、限速與車速的關(guān)系。羅良鑫等[11]基于人機(jī)工程學(xué),分析駕駛員信息處理過程,提出了道路限速設(shè)置方法。孫靜怡等[12]通過分析快速路上的主線車速及進(jìn)出口匝道車速特性,提出基于安全性主線車速的約束條件。田林等[13]通過采集高海拔地區(qū)公路汽車運(yùn)行速度樣本,提出了高海拔地區(qū)一級公路平曲線路段的限速值,為高海拔地區(qū)一級公路平曲線半徑和限速值提供了參考。為研究城市道路汽車運(yùn)行速度特征,本文在煙臺(tái)市濱海東路進(jìn)行運(yùn)行速度樣本采集試驗(yàn),采用AxleLight RLU11 系列路側(cè)交通數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集試驗(yàn)路段內(nèi)外兩個(gè)車道的汽車運(yùn)行速度、汽車車型、車頭時(shí)距、汽車軸數(shù)、車軸圖譜等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析,研究城市道路不同行車道汽車運(yùn)行特性,以期為城市道路不同車道限速及安全設(shè)施設(shè)置提供理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為研究城市道路汽車運(yùn)行速度特征,在煙臺(tái)市濱海東路進(jìn)行運(yùn)行速度樣本采集試驗(yàn),采用AxleLight RLU11系列路側(cè)交通數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集試驗(yàn)路段內(nèi)外兩個(gè)車道的汽車運(yùn)行速度、汽車車型、車頭時(shí)距、汽車軸數(shù)、車軸圖譜等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。運(yùn)行速度采集試驗(yàn)天氣狀況良好,試驗(yàn)路段交通狀況和交通環(huán)境正常,試驗(yàn)路段線形為大半徑圓曲線路段,采集的數(shù)據(jù)包括試驗(yàn)路段兩個(gè)機(jī)動(dòng)車行車道的汽車運(yùn)行速度樣本和車頭時(shí)距樣本,并剔除了非機(jī)動(dòng)車道非機(jī)動(dòng)車樣本,采集的數(shù)據(jù)作為計(jì)算運(yùn)行速度V85和車頭時(shí)距T85的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。汽車交通參數(shù)采集試驗(yàn)時(shí)間為上午11∶00-12∶00,采集樣本部分試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示,車軸圖譜如圖1所示。

表1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總表

1.2 不同車道運(yùn)行速度V85計(jì)算

利用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件對采集的運(yùn)行速度樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理[14-17],繪制了試驗(yàn)路段內(nèi)外兩個(gè)行車道的運(yùn)行速度累積頻率曲線,從而得到試驗(yàn)路段不同行車道的運(yùn)行速度V85。

試驗(yàn)路段內(nèi)行車道及外行車道運(yùn)行速度累積頻率曲線如圖2所示,得內(nèi)外行車道運(yùn)行速度V85分別為67.63 km/h和65.50 km/h。

1.3 不同車道車頭時(shí)距T85計(jì)算

利用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件對采集的車頭時(shí)距樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理,繪制了試驗(yàn)路段內(nèi)外兩個(gè)行車道的車頭時(shí)距累積頻率曲線,從而得到試驗(yàn)路段不同行車道的車頭時(shí)距T85。

試驗(yàn)路段內(nèi)行車道及外行車道車頭時(shí)距累積頻率曲線如圖3所示,得內(nèi)外行車道車頭時(shí)距T85分別為26.30 s和11.98 s。

2 試驗(yàn)路段汽車運(yùn)行特性分析

2.1 汽車運(yùn)行軌跡位置分析

試驗(yàn)路段運(yùn)行速度及車頭時(shí)距采集試驗(yàn)車輛樣本量為498個(gè),試驗(yàn)路段內(nèi)車道樣本量為324,外車道樣本量為174,由此可見車輛在內(nèi)車道行駛的數(shù)量比外車道多,大多數(shù)駕駛員選擇在內(nèi)車道行駛。由運(yùn)行軌跡及運(yùn)行速度區(qū)間圖4可得,外車道汽車運(yùn)行軌跡集中于4～5 m(運(yùn)行軌跡與路側(cè)之間的距離),內(nèi)側(cè)行車道運(yùn)行軌跡集中于7～8 m。汽車在內(nèi)側(cè)車道和外側(cè)車道運(yùn)行軌跡與行車道中心線范圍吻合,說明駕駛員偏向選擇在行車道中心線軌跡行駛。

2.2 汽車運(yùn)行速度及車頭時(shí)距分析

由車道車頭時(shí)距與運(yùn)行速度關(guān)系曲線圖5可得,內(nèi)側(cè)車道運(yùn)行速度集中區(qū)間為50～80 km/h,車頭時(shí)距集中區(qū)間為0～15 s;外側(cè)車道運(yùn)行速度集中區(qū)間為40～70 km/h,車頭時(shí)距集中區(qū)間為5～20 s。由內(nèi)外車道運(yùn)行速度累積頻率曲線及車頭時(shí)距累積頻率曲線,可得內(nèi)車道運(yùn)行速度V85為67.63 km/h,外車道運(yùn)行速度V85為65.50 km/h,外車道車輛運(yùn)行由于受右側(cè)非機(jī)動(dòng)車道等干擾,導(dǎo)致外側(cè)車道運(yùn)行速度比內(nèi)側(cè)車道低,外側(cè)車道車頭時(shí)距比內(nèi)側(cè)車道大。通過分析可得城市道路內(nèi)側(cè)車道汽車運(yùn)行速度較大,車頭時(shí)距較小,通行能力較大;外側(cè)車道由于受右側(cè)非機(jī)動(dòng)車道行車干擾,汽車運(yùn)行速度小,車頭時(shí)距較大,通行能力較小。

通過回歸分析得到了車頭時(shí)距T與運(yùn)行速度V關(guān)系模型,內(nèi)側(cè)車道和外側(cè)車道車頭時(shí)距T與運(yùn)行速度V關(guān)系模型分別如式(1)和式(2)所示。車頭時(shí)距T與運(yùn)行速度V相關(guān)性分析見表2。

表2 車頭時(shí)距T與運(yùn)行速度V相關(guān)性分析表

T=0.0038V2-0.2506V+8.7944

(1)

T=0.012V2-1.3845V+52.608

(2)

基于試驗(yàn)路段內(nèi)外兩條車道運(yùn)行速度V85及車頭時(shí)距T85不同,城市道路不同車道的限速值也應(yīng)采取不同的限速標(biāo)準(zhǔn)。由于城市道路外側(cè)車道V85比內(nèi)側(cè)車道V85小,城市道路進(jìn)行限速時(shí),內(nèi)側(cè)行車道限速值應(yīng)比外側(cè)車道限速值大。

3 結(jié)論

采用AxleLight RLU11系列路側(cè)交通數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分車道采集試驗(yàn)路段汽車運(yùn)行速度樣本及車頭時(shí)距等數(shù)據(jù),計(jì)算得到不同車道運(yùn)行速度V85及車頭時(shí)距T85,通過分析顯示,駕駛員大多數(shù)偏向選擇在內(nèi)側(cè)車道運(yùn)行,試驗(yàn)路段內(nèi)側(cè)車道運(yùn)行速度V85比外側(cè)車道運(yùn)行速度V85大,內(nèi)側(cè)車道車頭時(shí)距T85比外側(cè)車道車頭時(shí)距T85小。建立了內(nèi)外行車道車頭時(shí)距與汽車運(yùn)行速度的關(guān)系模型,基于試驗(yàn)路段內(nèi)外兩條車道運(yùn)行速度V85及車頭時(shí)距T85不同,城市道路不同車道的限速值也應(yīng)采取不同的限速標(biāo)準(zhǔn)。