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1、ACHIEVEMENTS OFWESTERN CHINA西部成果W esternChinaC om m unicati onsScience&Technol o gy西部交通科技14?西部交通科技We ste rn ChinaCommuni ca ti ons Sc i ence&Techno l ogy文章编号:1673-4874(2011)01-0014-007西部地区公路速度限制标准与控制技术研究Study onW esternArea Speed Limit Standard and Control Technology?西部地区公路速度限制标准与速度控制技术研究 为西部交通建设科技项
2、目,由北京工业大学承担研究工作。项目建立了高速公路和具有干线功能的一、二级公路的限速取值方法体系,确定了不同等级公路速度控制技术的设置条件及方法,并编写了我国第一本!公路速度限制与速度控制技术指南,研究成果已经得到较广泛的应用。编者按:!西部地区公路速度限制标准与速度控制技术研究项目通过对大量调查资料的统计分析,确定了公路限速设置标准及方法体系,提出了适用于我国西部地区不同技术等级公路的速度控制技术的设置条件及方法,形成了我国公路速度限制与控制技术指南。本篇阐述了该项目的主要研究成果,指出了项目的创新点,并对项目的应用及推广情况进行了介绍,为我国相关公路管理部门设置限速标准及进行速度管理与控制
3、提供科学依据。Editor#sNotes:!Study onWestern Area Speed Lm i itSt andard and ControlTechnol?ogy proj ect set the speed lm i it standard and its syste m based on the analysi s ofmassivemate?ri aland st ati stics.Itproposes the speed lmi itsetting criteri a andmeth?od in roads of different grades.This chapte
4、r i ntroduces themai n study achievementof this project,poi nts out the creati ve t echnology,and also expl ains the appli cationand pro moti on of this proj ec.tThis provi des t echni cal support for setti ng speed lmi itand controlling andmanaging speeds for rel at ed admi nistrative agency.目前国内外对
5、超速行驶问题的治理主要是通过各种速度管理手段来使车辆速度保持在一定范围之内,在兼顾出行效率的同时,提高其行车安全性。限制速度(在后文中简称?限速)作为规范道路上车辆的行驶速度、保障行车安全的一种主要管理手段,其合理标准的制定一直是困扰世界各国道路运营者的一个难题,我国尚未对限速与速度控制技术进行较为深入的研究。!西部地区公路速度限制标准与速度控制技术研究项目拟通过对大量调查资料的统计分析,确定限速-设计速度、限速-运行速度的互动关系模型,建立限速影响模型、综合决策模型,并在此基础上提出我国西部地区的限速过渡及可变限速取值的方法体系、不同技术等级公路的速度控制技术与方法、不同速度控制技术的组合设
6、计方法,最终形成我国公路限速与速度控制技术的指南,为我国相关公路管理部门设置限速及进行速度管理与控制提供科学的依据。2011年第1期 总第42期15?1?项目研究目标按照项目合同书的要求,该项目的总体目标为:(1)制定公路限速设置建议标准及方法体系;(2)针对高速公路和具有干线功能的一、二级公路及其限速要求,确定各种速度控制技术的设置条件及方法;(3)建立我国公路速度限制与速度控制技术指南;(4)通过示范工程的实施使本项目的成果更具有实用性。本项目的研究将使我国高速公路和具有干线功能的一、二级公路的限速值的确定与速度控制措施的设置更具科学性、经济性、合理性,实施的效果更为有效。2?项目所取得的
7、研究成果项目组在我国西部地区开展了广泛的调查研究和数据采集工作,包括重庆、云南等 9 个省(自治区、直辖市)共计2 000余公里样本公路,调研范围与基础数据容量均超过了项目的合同要求。本项目取得了如下的研究成果:(1)研究了国内外公路速度指标的定义、应用经验等宏观数据,进行了公路限速的概念性和结构性研究,着重分析了我国公路限速的本质与精髓,构建了限速的理论基础。图 1?速度指标之间的逻辑关系示意图本研究根据实际需要采用了设计速度、运行速度、期望车速、限制速度、85%速度、限速区过渡段等不同速度概念。这些速度指标在公路设计、建造与运营管理的实践中出现的顺序、层次及其互动关系是不同的,如图 1 所
8、示。设计速度是确定道路几何线形的基本要素,它直接影响限制速度、运行速度和驾驶员的期望速度选择。限制速度是具有法律效应的值,与运行速度之间存在一定的互动关系。运行速度常以统计指标表征,如百分位值、均值和标准差等,它直接影响车辆的行驶速度。期望速度是个体驾驶员的主观意愿,与道路交通条件紧密相关,它直接影响车辆的运行速度和行驶速度。在所有的互动关系中,设计车速、运行车速与限制速度的相互关系是设计合理限速值的前提与根据。(2)以样本公路的调研数据为基础提出了高速公路和具有干线功能的一、二级公路的限速与设计速度、限速与运行速度的关系的定性描述。本研究采用 M etrocount5600 采集不同检测断面
9、的速度数据,基于 M etrocount5600 的 ARX 分车型系统和公路工程技术标准(JTG B01-2003)两种划分方法,选取轴距3?8 m作为划分标准,将车型归并为两类,将轴距 3?8 m的车辆归为小车,将轴距 3?8 m 的车辆归为大车。图 2?高速公路小车限制速度与运行速度关系图从图 2 中可以看出,限速值为60 km/h时,高速公路所有检测断面的小车 85%位车速均高于限速值,最高超速幅度为49?3 km/h;限速值为80 km/h16?西部交通科技We ste rn ChinaCommuni ca ti ons Sc i ence&Techno l ogy时,93%的断面小
10、车 85%位车速高于限速值,最高超速幅度为40?3 km/h;限速值为100 km/h时,92%的断面小车 85%位车速高于限速值,最高超速幅度为44?86 km/h;限速值为120 km/h时,所有断面小车 85%位车速高于限 速值,最高 超速幅度为23?49 km/h。这是高速公路道路条件与小车动力性能都处于优势而产生的结果,使限速值失去了其应有的作用。图3?高速公路大车限制速度与运行速度关系图从图 3中可以看出,限速值为50 km/h时,所有高速公路检测断面的大车 85%位车速均高于限速值,最高超速幅度为36?44 km/h;限速值为60 km/h时,80%的断面大车 85%位车速高于限
11、速值,最高超速幅度为17 km/h;限速值为80 km/h时,80%的断面大车 85%位车速高于限速值,最高超速幅度为24?72 km/h;限速值为90 km/h时,所有断面大车85%位车速接近湖或小于限速值;当限速值为100 km/h时,71%的断面大车85%位车速高于限速值,最高超速幅度为9?8 km/h。几乎所有的大车85%位车速均高于相应的限速值,随着限速值的升高,85%位车速超过限速值的比例和超速幅度下降。与小车相比,大车超速幅度较低。具有干线功能的一、二级公路在限制值为40 km/h及60 km/h的断面,小车运行速度远高于限制速度,因此应综合考虑其他相关因素,来设定此类道路的合理
12、限速。小车限制速度在80 km/h以及100 km/h的条件下,77%断面的运行速度高于限制速度,而在不同的断面,运行速度的变化起伏较大,其中超速幅度最高为40?5 km/h。图 4?具有干线功能的一、二级公路小车限制速度与运行速度关系图对于行驶在具有干线功能的一、二级公路上的小车,随着限制速度的增加,运行速度也在增加,运行速度仍高于限制速度。图 5?具有干线功能的一、二级公路大车限制速度与运行速度关系图当大车的限制速度为40 km/h时,运行速度均高于限制速度;当限制速度为60 km/h时,83%的车辆运行速度高于限制速度;而限制速度为80 km/h时,只有34%的车辆运行速度高于限制速度。
13、随着限制速度的增加,大车的运行速度高于限制速度,而运行速度会随着限速的增加而逐渐低于相应的限制速度。(3)研究了样本公路限速对道路交通安全、交通运行效率及执法成本等的影响,提出了限速对交通安全的影响模型、限速对运行效率的影响模型、限速对执法成本的影响的定性分析等。%高速公路小车的限速与安全模型Crashy=Expo*EXP(-18?032+2?735LnCsl+280?495Inverser)(1)2011年第1期 总第42期17?&高速公路大车的限速与安全模型Crashy=Expo*EXP(-9?513+0?902LnTsl+0?113Grade)(2)式中:EXPO 交通风险暴露指数,这里
14、选用路段长度与平均小时交通量的乘积;Inverser 平曲线曲率;Tsl 大车限速,km/h;Csl 小车限速,km/h。限速对运行效率的影响模型以车辆行程延误模型来表征:Delay=Ei(Qi(L/V85-L/Vdesign)(3)式中:Ei 平均载运系数,v/day;其中i=1 时为大车平均载运系数,i=2 时为小车平均载运系数;Qi 交通量,v/day,其中 i=1 时为大车交通量,i=2 时为小车交通量;L 高速公路长度,km;V85 运行车速,km/h;Vdesign 设计车速,km/h。(4)建立了以安全服务水平、舒适性、实用性等为约束条件,以运行效率、运营经济等为目标函数的公路限
15、速综合决策模型。根据多目标优化模型的分析,分别构建关于小车和大车的限制速度综合决策模型,如式 4 和 5 所示。其中目标函数为运行效率的时间费用函数和油耗费用函数之和,其值越小越好。约束条件从制定限速的舒适性、安全性和实用性三方面考虑。%小车的公路限速综合决策模型:Min=G365(8EQcarL111?099Ln(VPSL_car)-389?107-LVDesign+(0?001V2PSL_car-0?252VPSL _car+22?497)L100PgQcarSTVPSL_car 120Expo*EXP -18?032+2?735Ln(VPSL _car)+280?495Inverse C
16、criticalCcritical L*EXP(0?332-1?501(10-3Hourflow+1?040(10-5Horuflow2-4?220(10-9Hourflow3)(4)式中:Vps l _car 小车限制速度,km/h;VDesign 路段设计速度,km/h;G 人均国内生产总值,元/人/年;Ecar 小车平均载运系数,人/车;Qcar 小车平均日交通量,辆/日;L 路段长度,km;Pg 汽油的市场价格,元/升;EXPO 交通风险暴露指数,即 L和 Hourflow 乘积;Inverser 平曲线曲率,1/m;Ccritical 可接受的事故率,事故数/年;Hourflow 小
17、车和大车单向的平均小时绝对交通量之和,veh/h。&大车的公路限速综合决策模型:Min=G365(8EQtruckL42?853Ln(VPSL_truck)-107?018-LVDesign+(0?013V2PSL _truck-1?273VPSL_car+54?78)L100PgQtruckSTVPSL _truck VDesignVPSL-truck 100Expo*EXP-9?513+0?9023Ln(VPSL_truck)+0?113Grade CcriticalCcritical L*EXP(0?332-1?501(10-3Hourflow+1?040(10-5Hourflow2-4
18、?220(109Hourflow3)(5)18?西部交通科技We ste rn ChinaCommuni ca ti ons Sc i ence&Techno l ogy式中:Vps l _truck 小车限制速度,km/h;VDesign 路段设计速度,km/h;G 人均国内生产总值,元/人/年;Etruck 大车平均载运系数,人/车;Qtruck 大车平均日交通量,辆/日;L 路段长度,km;Pg 汽油的市场价格,元/升;EXPO 交通风险暴露指数,即 L 和Hourflow 的乘积;Grade 纵坡坡度;Ccritical 可接受的事故率,事故数/年;Hourflow 小车和大车单向的平
19、均小时绝对交通量之和,veh/h。模型适应性说明:大、小车限制速度综合决策模型不适用于高速和一级公路隧道、桥区、收费站及事故多发段等一些特殊路段。表 1?高速公路及具有干线功能的一级公路一般路段最高限速值推荐值表设计速度(km/h)最高限速推荐值(km/h)小车大车适用条件120120100平曲线和竖曲线设计指标 120 km/h对应的一般值;其他平纵横指标至少应满足120 km/h对应的最小值或极限要求。10012090或 100 平曲线和竖曲线设计指标 120 km/h对应的一般值,其他平纵横指标至少应满足120 km/h对应的最小值或极限要求。11090或 100平曲线和竖曲线设计指标介
20、于100km/h设计速度对应的一般值和120 km/h设计速度对应的一般值之间,其他平纵横指标满足100 km/h的设计速度对应的一般值。10080或90平纵横设计指标均满足100 km/h设计速度要求,并平曲线半径和竖曲线半径介于设计速度对应的极限值与一般值之间。8010080平曲线和竖曲线设计指标 100 km/h对应的一般值,其他平纵横指标至少应满足100 km/h对应的最小值或极限要求。9080平曲线和竖曲线设计指标介于80 km/h设计速度对应的一般值和100 km/h设计速度对应的一般值之间,其他平纵横指标满足80 km/h的设计速度对应的一般值。8080平纵横设计指标均满足80
21、km/h设计速度要求,并平曲线半径和竖曲线半径介于设计速度对应的极限值与一般值之间。608060平曲线和竖曲线设计指标 80km/h对应的一般值,其他平纵横指标至少应满足80 km/h对应的最小值或极限要求。7060平曲线和竖曲线设计指标介于60 km/h设计速度对应的一般值和80 km/h设计速度对应的一般值之间,其他平纵横指标满足60 km/h的设计速度对应的一般值。6050或60平纵横设计指标均满足60 km/h设计速度要求,并平曲线半径和竖曲线半径介于设计速度对应的极限值与一般值之间。注:上述推荐值皆适用于路面技术指标合格、视野开阔、视距充分、安全设施完善条件下。表 2?具有干线功能的
22、二级公路一般路段最高限速值推荐值表设计速度(km/h)最高限速推荐值(km/h)适用条件80小车 80或 90大车 70或 80小车 70或 80大车 60或 70平曲线半径 R)400m;竖曲线半径(凸曲线半径R)4 500 m;凹曲线半径 R)3000 m);停车视距 110m,超车视距)550m;最大纵坡坡度 110m,超车视距)550m;最大纵坡坡度 75 m;超车视距)450 m;最大纵坡坡度 8080 80(1)小车相邻一般路段限速大车80小车80大车60 或 70小车80大车60具有干线功能的二级公路小车80大车60注(1):适用于已通车运营的按设计速度 60 km/h 进行设计
23、的高速公路、一级公路或其局部路段。表 7?穿村路段限速推荐值表公路等级穿村镇或城镇化路段限速取值(km/h)穿县城路段限速取值(km/h)备注具有干线功能的一级公路60或7070或80有人行道、机非隔离设施和行人过街信号灯5060无人行道、机非隔离设施或行人过街信号灯具有干线功能的二级公路50 6060 70有人行道、机非隔离设施40 5050 60无人行道、机非隔离设施(6)提出了各常用速度控制设施的设置条件、设置位置等技术要点。通过限速标志、雷达测速仪、超速抓拍摄像头和振动式减速标线、视觉减速标线、减速丘这六种速度控制设施附近车辆的速度数据,分析速度控制设施对限速区间上、中、下游车辆速度的
24、影响情况,并采用前后对比法评估各种速度控制设施的减速效果。(7)提出了各有效组合的设置条件、设置位置的选择及具体实施等技术要点。对于公路速度控制设施及其组合效果的分析分别从测速试验法和驾驶员负荷分析法两方面展开。经过综合对比研究分析发现:当不同的速度控制设施组合设置时,要比其单独设置更能影响驾驶员的驾驶行为,对速度的控制效果更好。不同的速度控制设施组合方式所增加的驾驶负荷是不同的,对驾驶员驾驶行为的影响效果也是不同的。例如限速标志与测速摄像头组合设置的减速效果最好,对驾驶员的驾驶行为影响最大;其次是视觉和振动标线的结合,而限速标志和视觉标线实际上所起到的作用相似,其效果一般。不同车型的驾驶员对
25、各种速度控制设施组合时所增加的驾驶负荷的反应是不同的。例如,对于限速标志与横向振动减速标线的组合方式,对小客车驾驶员的驾驶行为的影响远大于对大货车驾驶员的影响。各种速度控制设施宜科学组合利用,以提高控制设施的控制效果。推荐如下优先顺序的组合方式:20?西部交通科技We ste rn ChinaCommuni ca ti ons Sc i ence&Techno l ogy%限速标志与超速监控组合;&限速标志与振动式减速标线(或减速路面、减速丘)组合;限速标志与视觉减速标线组合;+振动式减速标线与视觉减速标线组合;,视觉减速标线与彩色防滑路面组合;多种设施综合设置。(8)编写了!公路速度限制与速
26、度控制技术指南(建议)。3?项目的创新点通过交通运输部科技信息研究所对本项目的科技查新检索,关于公路速度限制标准与速度控制技术的研究在以下几方面具有显著新颖性:(1)建立了限速与交通安全、运行效率的互动关系模型;(2)构建了多目标限速综合决策模型;(3)提出了公路限速区、限速区过渡段概念,限速区最小长度及限速区过渡段长度设计方法;(4)提出昼夜可变限速的设计建议;(5)建立了速度控制设施效果评估模型;(6)提出速度控制设施组合设计方法;(7)编写了我国第一本!公路速度限制与速度控制指南。4?项目的应用及推广本项目成果已经获得较广泛的应用,在广东省清连高速公路依托工程中已经实施并获得了良好的应用
27、效果,在陕西省西汉高速公路、江西省宜安二级公路等依托工程中正在实施。图 7?广东省清连高速公路依托工程改造方案示意图5?总结与展望!西部地区公路速度限制标准与速度控制技术研究项目圆满完成了科技攻关任务,取得了高质量和创新性的研究成果,丰富了限速与速度控制技术方法体系,并且在多个地区的依托工程中得到了应用和验证,成果的创新性得到了正式的认证,标志着本项目研究取得了成功。针对本项目研究成果技术特点和应用现状,建议下一步主要完成以下几个方面的工作:(1)扩大研究成果的应用范围;(2)在研究成果大范围应用之后,及时跟踪实施效果及应用中出现的问题,对该研究成果进行不断更新和修正,提高其在全国范围内的适用性和有效性。(来源于交通运输部西部交通建设科技项目管理中心网站)