程笑峰

(黑龍江省公路勘察設(shè)計(jì)院)

高速公路車輛運(yùn)行速度的研究

程笑峰

(黑龍江省公路勘察設(shè)計(jì)院)

闡述了運(yùn)行速度的研究背景，對運(yùn)行速度的調(diào)查方法進(jìn)行了描述，對《公路項(xiàng)目安全性評價(jià)》中介紹的運(yùn)行速度計(jì)算方法進(jìn)行了詳細(xì)的解釋，并對大齊高等級公路的運(yùn)行速度預(yù)測和實(shí)測結(jié)果進(jìn)行分析，說明道路在運(yùn)營管理中存在的不足。

運(yùn)行速度;地點(diǎn)速度;區(qū)間速度

1 引言

長期以來，我國公路管理部門和交通對“限制速度”的認(rèn)識和限制速度標(biāo)志的設(shè)計(jì)位置不夠統(tǒng)一。普遍的做法是以設(shè)計(jì)速度作為確定該路段限制速度值的依據(jù)，這種限制速度方式顯然不是合適的，即沒有針對性，也沒有考慮經(jīng)濟(jì)性和安全性。

設(shè)計(jì)速度和限制速度是具有不同含義的兩個概念。設(shè)計(jì)速度是指中等水平駕駛員，在路面干燥、平整和視距良好的條件下，公路線形指標(biāo)受限制路段所能提供的最大安全車速。限制速度則是因?yàn)楣芾砗桶踩男枰谀程囟范蜗拗栖囕v行駛的最高速度。另外，設(shè)計(jì)速度和限制速度兩者考慮的因素不同。設(shè)計(jì)速度著眼于公路設(shè)計(jì)，受技術(shù)指標(biāo)的制約，考慮地形、地質(zhì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r與技術(shù)水平等綜合因素。限制速度著眼于公路管理，為減少交通事故和減輕事故嚴(yán)重程度，要求駕駛員在限定的行駛速度條件下行駛，以約束駕駛員的行為，保障行車的安全性。

與設(shè)計(jì)速度和限制速度相關(guān)的另一個速度概念是運(yùn)行速度，運(yùn)行速度是指公路上車輛的實(shí)際行駛速度，是絕大多數(shù)(概率85%)具有一定駕駛技術(shù)、心情狀態(tài)良好的駕駛員，根據(jù)車輛、道路、交通和天氣等狀況，按照自己的習(xí)慣所實(shí)際采用的不斷變化的速度。它是駕駛員根據(jù)其希望的行車速度和直覺不斷調(diào)整的行車速度。在按等值車速設(shè)計(jì)的公路沿線，駕駛員選用的速度往往也會隨個人情況發(fā)生變化，因此可能在部分路段出現(xiàn)運(yùn)行速度和設(shè)計(jì)速度不協(xié)調(diào)的情況。在不同的設(shè)計(jì)速度范圍區(qū)間，也會出現(xiàn)運(yùn)行速度普遍大于設(shè)計(jì)速度的情況，在另一區(qū)間，可能運(yùn)行速度小于設(shè)計(jì)速度。在“非受限制地段”的運(yùn)行速度往往會高于設(shè)計(jì)速度。設(shè)計(jì)速度越低的公路，其行駛速度的差別越大。

因此，運(yùn)行速度比傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)速度具有更明顯的安全性，更能反映駕駛員的駕駛期望，作為限速管理的依據(jù)較之設(shè)計(jì)速度更科學(xué)合理。

2 運(yùn)行速度調(diào)查方法

運(yùn)行速度統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)工作就是大量的實(shí)測數(shù)據(jù)調(diào)查，在高等級公路上實(shí)測的運(yùn)行速度數(shù)據(jù)更真實(shí)。運(yùn)行速度調(diào)查分為地點(diǎn)車速調(diào)查和區(qū)間車速調(diào)查。

2.1 地點(diǎn)車速調(diào)查

車輛通過道路某一地點(diǎn)(道路某斷面)時的車速，亦稱瞬時車速。是描述道路某一地點(diǎn)交通狀況的重要參數(shù)，是研究制定限制速度、設(shè)計(jì)車速的基礎(chǔ)。地點(diǎn)車速調(diào)查的目的是掌握某地點(diǎn)車速分布規(guī)律及速度變化趨勢;用于交通事故分析;設(shè)置交通標(biāo)志的依據(jù);確定道路限制車速等。

在實(shí)施地點(diǎn)車速調(diào)查時應(yīng)跟據(jù)調(diào)查的目的和要求做好調(diào)查時間和調(diào)查地點(diǎn)的準(zhǔn)備。調(diào)查時間應(yīng)與調(diào)查目的相對應(yīng)的具有典型性和代表性的時段，不應(yīng)選擇交通有異常的日期和時間。調(diào)查地點(diǎn)的選擇:(1)為掌握車速縫補(bǔ)特征及變化規(guī)律，應(yīng)選擇平坦順直道路;(2)為確定限制速度、交通安全分析或交通管理措施效果，應(yīng)設(shè)在相應(yīng)的道路或地點(diǎn)上。

地點(diǎn)車速調(diào)查的方法有人工測量法、雷達(dá)測速法、檢測器測速法和視頻測速法等。人工測量法是采用秒表測速法，即在調(diào)查地點(diǎn)，測量一小段距離L，觀測員用秒表測定各種類型車輛經(jīng)過L兩端的時間，記錄員在記錄表上記錄距離、車型及通過時間，經(jīng)整理計(jì)算，得出各類車輛的地點(diǎn)車速。雷達(dá)測速法是用測速雷達(dá)瞄準(zhǔn)前方被測車輛，即能讀出該車輛的瞬時車速。雷達(dá)測速的基本原理是應(yīng)用多普勒效應(yīng)，當(dāng)雷達(dá)測速儀瞄準(zhǔn)被測車輛時，發(fā)射出的雷達(dá)測速電波，遇車輛后再從車輛反射回來，發(fā)射波與反射波的頻率差與車輛行駛的速度成正比，從而得到車輛的地點(diǎn)速度。檢測器測速法根據(jù)檢測器的不同可以分為亞管式和感應(yīng)線圈式兩種，它是在一條車道上以一定距離連續(xù)設(shè)置兩個檢測器，車輛通過前后兩檢測器是，發(fā)出信號，并傳送給記錄儀，記錄下車輛通過前后兩個檢測器的時間，從而算得車速。視頻檢測法的原理與人工測量法相同，只是其測量的距離在視頻圖像上虛擬完成。

2.2 區(qū)間車速調(diào)查

區(qū)間車速是指車輛在道路某一區(qū)段內(nèi)行駛的平均速度，它可以分為行程車速和行駛車速兩種。行程車速是車輛行駛在道路某一區(qū)間的距離與行程時間的比值，行程時間包括行駛時間和中途受阻時的停車時間。行駛車速是車輛行駛在道路某一區(qū)間的距離與行駛時間(即行程時間中扣除因阻滯而產(chǎn)生的停車時間)的比值。行駛車速是衡量道路服務(wù)水平、估算路段通行能力的主要參數(shù)，進(jìn)行運(yùn)行速度調(diào)查分析的區(qū)間車速就是指行駛車速。

車輛在公路上行駛時，往往受到各種因素的影響，如道路線形、橫斷面組成、行車道寬度、路面狀況、車輛性能、交通組成、交通流量、交通管理措施、交叉口交通狀況及氣候條件等。這些因素對行駛車速的影響通常是結(jié)合在一起的，難于分清各因素對車速的單獨(dú)影響。

區(qū)間車速調(diào)查的方法有GPS測速法、五輪儀測速法、光感測速法等。GPS測速具有全天候、高精度、易攜帶的優(yōu)點(diǎn)，安裝簡單，分流動站和基站兩部分，能夠測試出車輛三維的速度和位置信息，并且只需要在汽車上裝一臺比32開書本略小的“車載終端”就可以了。GPS測速法的三個特別優(yōu)勢:采集數(shù)據(jù)精度較高;較小的尺寸和較好便攜性;位于車頂?shù)陌惭b位置，最小程度的干擾司機(jī)正常駕駛。五輪儀，是用于汽車道路試驗(yàn)的一種常用儀器。試驗(yàn)時，它安裝在汽車的尾部或側(cè)面的適當(dāng)位置，用一個小巧的輪子接觸路面，好像是汽車的第五個車輪，所以叫做第五輪儀。試驗(yàn)中，它可以準(zhǔn)確地測定汽車行駛的距離并計(jì)算出車速，以紙帶方式記錄或用數(shù)字顯示。光感測速儀是一種測量車速的專用儀器，是由光電探測器和光譜屏幕兩個主要部件所組成。測速時，將光感測速儀貼在試驗(yàn)車車廂外殼上，光電探測器對準(zhǔn)地面，隨著車輛行駛，在光電屏幕上產(chǎn)生不同頻率的電信號，頻率的高低與車速成正比。

3 運(yùn)行速度理論計(jì)算方法

我國在2004年頒布實(shí)施的《公路項(xiàng)目安全性評價(jià)指南》(JTG/T B05－2004)(以下簡稱《指南》)中提出運(yùn)行速度的概念，并給出運(yùn)行速度計(jì)算方法及運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

在新建公路項(xiàng)目的設(shè)計(jì)階段是無法以觀測的方法得到運(yùn)行速度的，而是推算路段運(yùn)行速度，進(jìn)而以此為基礎(chǔ)，對所設(shè)計(jì)公路的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行評價(jià)。《指南》中介紹了2種計(jì)算運(yùn)行速度的方法:依據(jù)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行速度預(yù)測;依據(jù)圖表所示讀取路段運(yùn)行速度。具體方法及規(guī)定參見《指南》附錄B。本文著重分析《指南》附錄B(1)中運(yùn)行速度計(jì)算方法(1)的計(jì)算過程。

3.1 運(yùn)行速度分析路段劃分

根據(jù)曲線半徑和縱坡坡度的大小將整條路線劃分為直線段、縱坡段、平曲線段和彎坡組合段等若干個分析單元，每個單元的起、終點(diǎn)為預(yù)測運(yùn)行速度線形特征點(diǎn)。其中，縱坡坡度小于3%的直線段和半徑大于1 000 m的大半徑曲線自成一段;其余小半徑曲線段和縱坡坡度大于3%、坡長大于300 m的縱坡路段以及彎坡組合段，作為獨(dú)立單元分別進(jìn)行運(yùn)行速度測算;當(dāng)直線段位于兩小半徑曲線段之間，且長度小于臨界值200 m時，則該直線視為段直線，車輛在此路段上的運(yùn)行速度保持不變。

3.2 運(yùn)行速度的測算方法

高等級公路的代表車型為小客車。在任選一個方向進(jìn)行第一次的運(yùn)行速度V85測算時，首先要推算與設(shè)計(jì)路段銜接的相鄰路段速度，作為本路段的初始運(yùn)行速度V0，然后根據(jù)所劃分的路段類型，按直線段、平曲線段和長大縱坡路段等分別進(jìn)行運(yùn)行速度V85的測算。

(1)初始運(yùn)行速度V0

可通過調(diào)查點(diǎn)的現(xiàn)場觀測或按《指南》中估算的各種設(shè)計(jì)速度對應(yīng)的小客車的運(yùn)行速度，作為預(yù)測路段的初始運(yùn)行速度V0。

(2)直線段上的加速過程和穩(wěn)定運(yùn)行速度

在平直路段上，小客車在直線上都有一個期望行駛速度。當(dāng)初始運(yùn)行速度V0小于期望運(yùn)行速度時為變加速過程，直至到達(dá)穩(wěn)定的期望車速后勻速行駛。平直路段上車輛的加速過程，按式(1)測算車輛在直線上的運(yùn)行速度。

式中:Vs為直線段上的期望車速，m/s;V0為駛出曲線后的運(yùn)行速度，m/s;a0為車輛的加速度，m/s2，平直路段上推薦加速度值為0.2～2;S為直線段距離，m。

(3)小半徑曲線段的運(yùn)行速度

對于平曲線半徑小于1 000 m的路段，分別對曲線中部和曲線出口處的運(yùn)行速度進(jìn)行預(yù)測。根據(jù)曲線入口速度vin、當(dāng)前路段的曲線半徑Rnow和前接曲線的半徑Rback，預(yù)測曲線中部的速度vmiddle;然后根據(jù)曲線中部速度vmiddle;當(dāng)前路段的曲線半徑Rnow和后續(xù)路段的曲線半徑Rfront，預(yù)測曲線出口處的運(yùn)行速度vout。

曲線中部速度vmiddle和曲線出口處的運(yùn)行速度vout分別按表1中的速度預(yù)測模型進(jìn)行計(jì)算。

表1 平曲線上的小客車速度預(yù)測模型

(4)縱坡路段

當(dāng)縱坡坡度大于3%、坡長大于300 m，按表3對小客車的運(yùn)行速度V85進(jìn)行修正。

表2 特殊縱坡下各車型運(yùn)行速度的修正

4 實(shí)例分析

大(慶)齊(齊哈爾)高等級公路都地處黑龍江省西部，處于寒冷3級區(qū)，氣候寒冷程度在省內(nèi)居中，全年有近半年時間土壤處于凍結(jié)狀態(tài)，道路等級為一級公路，最大縱坡在3.5%左右，平曲線最小半徑為1 000 m。在2006年12月對大齊公路全線進(jìn)行了地點(diǎn)車速調(diào)查和區(qū)間車速調(diào)查，并進(jìn)行了運(yùn)行速度的預(yù)測與評價(jià)分析。

4.1 運(yùn)行車速調(diào)查與分析

圖1 小客車地點(diǎn)速度直方圖

地點(diǎn)車速調(diào)查選用的方法是雷達(dá)測速法和視頻測速法。觀測地點(diǎn)分別為K682+400、K708+800、K771+500?？紤]到不同的類型的車輛行車速度不同，將測速車型分為大型貨車、大客車和小客車三類，以小客車為例，結(jié)果見圖1。3個測速地點(diǎn)的實(shí)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析表明:小客車的V85大于120 km/h，平均速度為105 km/h，最大速度達(dá)到170 km/h;在地點(diǎn)1(樁號682+400處)因?yàn)榇┻^村莊，所以行車速度明顯低于其它兩個測速地點(diǎn)，由此可以說明村莊與高等級公路之間存在相互影響。

區(qū)間車速調(diào)查采用AM－2100非接觸車速儀記錄試驗(yàn)車運(yùn)行速度數(shù)值，通過對測試數(shù)據(jù)的分析可以看出:上下行運(yùn)行速度的差異并不顯著，說明公路線形對小客車車速的影響很小，小客車運(yùn)行速度基本都保持在100 km/h以上，只有一些地點(diǎn)由于行駛車輛的相互干擾，車速存在小幅度的波動，變化幅度在90～120 km/h之間，個別路段達(dá)到130 km/h。

表3 各測速地點(diǎn)速度統(tǒng)計(jì)結(jié)果表

4.2 運(yùn)行速度的預(yù)測與評價(jià)分析

根據(jù)對大齊高等級公路各分析單元測算的運(yùn)行速度值，以V85為縱坐標(biāo)，路線里程樁號為橫坐標(biāo)，繪制出沿線運(yùn)行速度變化曲線，分析其結(jié)果可以看出:全線路段上的線性對運(yùn)行速度基本沒有什么太大的影響，小客車的運(yùn)行速度基本都可以保持期望車速，為120 km/h。并且大齊高等級公路的平、縱面設(shè)計(jì)幾何參數(shù)的選定滿足行車安全的要求，從雙向的運(yùn)行速度△V85可以看出相鄰路段運(yùn)行速度差大于10 km/h的路段，是位于上、下坡路段，上坡車輛減速、下坡車輛加速，使路段間的速度差過大，但是只對小客車的影響較大，對大貨車的影響較小。

5 結(jié)束語

在我國運(yùn)行速度的研究和在實(shí)際設(shè)計(jì)中的應(yīng)用時間不長，但對它進(jìn)行理論研究和實(shí)際應(yīng)用可以提高公路的運(yùn)營效率，并且保障公路交通安全。運(yùn)行車速理論充分顧及交通安全的人性化，保證線形與實(shí)際運(yùn)行車速緊密協(xié)調(diào)，是我國公路設(shè)計(jì)理論和體系的發(fā)展方向。

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