劉擁華，姚逸豪，孫靜怡，段莉珍,2，袁繼婷

(1.昆明理工大學 交通工程學院，云南 昆明 650500； 2.云南省交通科學研究院有限公司，云南 昆明 650011)

0 引 言

由于地理條件復雜，山區(qū)高速公路的行車安全是道路交通系統(tǒng)面臨的主要挑戰(zhàn)，車速越高越容易誘發(fā)道路交通安全事故[1-2].如何進行山區(qū)高速公路的交通安全性分析，進而在事故高發(fā)路段合理控制車速是國內外學者一直關注的問題.云南省地處我國西南，省內山區(qū)高速公路線形復雜陡峭，道路安全設施不完善，交通事故發(fā)生率比其它地區(qū)要高[3]，且隨著大型車輛重載化的發(fā)展及混入率的不斷提高，進一步干擾了高速公路上其它類型車輛的通行，使得高速公路行車安全性逐年下滑[4].

近年來，國內外學者在山區(qū)高速公路速度與交通安全等方面都進行了深入的研究.孔德文[5]基于高速公路的多車道特征，探討了多車道高速公路大型車輛速度運行特征及對交通的影響；韋建穎[6]研究了廣西高速公路的限速對策，構建了速度控制管理驗證研究模型，用于山區(qū)高速公路車輛限速方案；郭忠印等[7]基于特殊路段及車輛運行特征，根據(jù)流量與車速的關系構建了特殊路段實際容量的理論分析模型；Batrakova等[8]研究發(fā)現(xiàn)交通事故率與環(huán)境、駕駛員、交通和車輛相關，構建了交通狀況因素和駕駛員駕駛狀態(tài)指標的關系模型；基于限速措施在交通安全方面的普適性，Vadeby等[9]研究了有無攝像機的高速公路限速差異及車輛速度對交通事故的影響.以上研究都對山區(qū)高速公路車輛速度運行特征進行了分析，但是數(shù)據(jù)多為采用新型數(shù)據(jù)采集手段得到的車速數(shù)據(jù)，缺少一定的實際觀測數(shù)據(jù)，也沒有形成一個系統(tǒng)的安全評價方法.

本文從速度與交通安全的內在關系出發(fā)，基于實際速度運行特征進行了觀測速度特征統(tǒng)計分析，結合路段交通狀況和沿線環(huán)境，從斷面車輛平均速度、運行速度、斷面車輛速度離散度以及大小車型車速差極差比等方面進行闡述.以云南省保山市老營至瀾滄江山區(qū)高速公路路段為例進行速度特征分析，結合道路線形條件評價路段交通安全水平并提出相應的交通安全改善措施，以期對我國山區(qū)高速公路的交通安全評價提供相關建議.

1 速度與交通安全

1.1 速度與交通事故致死率

美國重大事故研究所(NCSS)研究數(shù)據(jù)表明，交通事故中，致死率與ΔV4成正比，當ΔV超過114.24 km/h時，交通事故致死率為100%.近似函數(shù)如下式[10]：

(1)

式中：IDeath為交通事故致死率，%；ΔV為運行速度梯度，即斷面車輛的運行速度與平均速度的差值.

1.2 速度標準差與交通事故率

交通事故率隨著車輛速度標準差(車輛速度離散性)的增加呈現(xiàn)指數(shù)增長[11], 特定關系模型如下：

AR=9.583e0.055σ

(2)

式中：AR為億車公里事故率，次/(108veh·km)；σ為速度標準差，由公式2可知，速度標準差越大，交通事故率越高.

2 觀測速度特征統(tǒng)計分析

在事故高發(fā)路段的車輛速度分析中，主要通過統(tǒng)計斷面車輛速度分布特征、斷面車輛速度離散度以及事故集中路段的車輛超速情況進行評價.對于整個路段的車輛運行速度協(xié)調性，主要是通過前后路段車輛運行速度差以及大小車型車速差極差比對交通流運行特性進行評價.

2.1 斷面車輛平均速度、V85及V15統(tǒng)計

實際觀測速度是指在路段上進行詳細測量和拍攝，輔助使用測速儀進行數(shù)據(jù)采集后得到的觀測速度.本文主要針對實際觀測速度，對斷面車輛平均速度、第85%位行駛速度(V85)以及第15%位行駛速度(V15)進行分析，而通常車輛運行速度采用第85%位行駛速度(V85)作為代表速度.斷面車輛平均速度代表不同類型車輛觀測速度的平均值，計算方法是將不同類型車輛的速度觀測值累加，得到的結果再與不同車型的統(tǒng)計數(shù)量相除.斷面車輛平均速度的計算公式如下：

(3)

第85%位行駛速度(V85)及第15%位行駛速度(V15)的統(tǒng)計示意圖如圖1所示.

圖1 V85及V15統(tǒng)計方法Fig.1 Statistical method of V85andV15

2.2 斷面車輛速度離散度

斷面車輛速度離散度通常采用觀測速度標準差(SD)、第85%位行駛速度與第15%位行駛速度之差(V85-V15)以及變異系數(shù)(CV)來表示.相關研究表明，速度離散程度越高，事故發(fā)生率越高.各指標的具體計算方法如下.

觀測速度標準差(SD)：

(4)

變異系數(shù)(CV)：

(5)

式中：CV為變異系數(shù)，SD為觀測速度標準差.

2.3 大小車型車速差極差比

大型車與小型車車速的差值定義為大小車型車速差. 通過對斷面車速進行調研，得到斷面車速的大小車型車速差，進一步地，提取區(qū)間內各斷面大小車型車速差的極大值與平均值，可分析其與評價路段事故率的相關關系.同時，考慮到大小車型車速差極大值與平均值都沒有將區(qū)間內大小車型車速差的離散性表現(xiàn)出來，引入?yún)^(qū)間大小車型車速差極差比進行研究[12].區(qū)間內大小車型車速差極差比的計算方法為：將區(qū)間各斷面大小車型車速差的極大值與極小值相減，再與區(qū)間內各斷面大小車型車速差平均值相除，目的是消除樣本數(shù)據(jù)的波動對事故率分析的影響.大小車型車速差極差比的計算公式如下：

(6)

根據(jù)路段車輛運行速度特征指標與安全性評價指標的關系，確定相應的安全等級對應的車輛運行速度特征指標范圍[12]，提出基于運行速度特征的連續(xù)性評價標準，如表1所示.

表1 基于運行速度特征的連續(xù)性評價標準

3 案例應用

3.1 評價路段背景

評價路段位于G56杭州至瑞麗高速公路大理至保山段上行：老營至瀾滄江山區(qū)高速公路路段.線路總長約13 km，圓曲線半徑區(qū)間400 m～2 000 m，坡度區(qū)間-6%～6%，直線與曲線組合彎坡路段較多.

根據(jù)《公路項目安全性評價規(guī)范》(JTG B05-2015)[13]的分析單元劃分原則，以縱斷面坡度和圓曲線半徑為標準進行單元劃分，把老營至瀾滄江山區(qū)高速公路路段分為13個典型斷面.在此基礎上，根據(jù)不同分析單元的線性特性，結合評價路段所在的公路網(wǎng)布局，將老營至瀾滄江山區(qū)高速公路路段的13個典型斷面歸納為4個區(qū)間進行區(qū)間調研，進一步分析不同區(qū)間內的交通流運行狀況.每個區(qū)間各斷面的線性特性如表2所示.

表2 評價路段斷面概覽表

3.2 評價路段實測數(shù)據(jù)

3.2.1 斷面大型車比例

利用雷達測速儀和AxleLight RLU11便攜式路側激光交通調查儀采集各個區(qū)間各斷面車速以及交通流量數(shù)據(jù).老營至瀾滄江山區(qū)高速公路路段13個典型斷面的大型車比例如圖2所示，大型車占比過大容易對小型車安全行駛造成一定影響.

圖2 評價路段激光觀測斷面大型車比例Fig.2 Large vehicle ratio of laser observation section of evaluation section

3.2.2 斷面大小車型運行速度V85統(tǒng)計

老營至瀾滄江山區(qū)高速公路路段13個典型斷面的大小車型運行速度V85統(tǒng)計結果如表3所示，大小車型的運行速度均較高且速度差較大.在復雜多變的道路條件下行車，速度過高不利于減速且容易引發(fā)交通事故，應采取相應的限速措施，增加行車安全性.

表3 評價路段的大小車型運行速度統(tǒng)計結果

3.3 交通安全性分析

3.3.1 車輛運行速度一致性分析

老營至瀾滄江山區(qū)高速公路路段大小車型分別限速60 km/h和90 km/h，根據(jù)速度調查結果，分別對小型車速度超過100 km/h、90 km/h、80 km/h和70 km/h以及大型車速度超過90 km/h、80 km/h、70 km/h和60 km/h的車輛數(shù)占觀測小型車及大型車總數(shù)的比例進行了統(tǒng)計，統(tǒng)計結果如圖3所示.大小車型速度較高且速度差較大，大型車高速行駛在危險路段，若遇惡劣氣候條件容易側翻，而大型車速度太慢易造成追尾、超車相撞等危險，在彎道行駛時若遇上雨天或其他突發(fā)狀況容易導致連環(huán)事故.因此，應該根據(jù)路線情況實施合理的限速和保持車距等標志，并配合相應的行駛速度提示標志或速度監(jiān)測設備，設置減速設施，控制車速.

圖3 評價路段13個斷面超過各速度區(qū)間的車輛占比Fig.3 The proportion of vehicles with 13 sections exceeding each speed ranges of evaluation section

3.3.2 斷面車輛速度離散度分析

斷面車輛速度離散度分析主要通過觀測速度標準差、V85-V15以及變異系數(shù)等指標來評價.如圖4所示，小型車的速度離散度偏大，相關研究表明，速度離散度越大，事故率越高.因此，建議設置減速設施，降低車輛在該路段的行駛速度，使其在一定范圍內穩(wěn)定波動，從而有效降低車速的離散程度，使車輛在高速公路上形成綠波流，減少車輛的行車延誤，更重要的是盡可能地避免車輛反復制動，保證車輛在高速公路上安全有序地前行.

圖4 評價路段13個斷面速度離散度統(tǒng)計結果Fig.4 Statistical results of speed dispersion of 13 sections of evaluation section

3.3.3 大小車型車速差極差比分析

評價路段大小車型車速差極差比結果如表4所示. 該評價路段區(qū)間運行速度特征連續(xù)性一般，大小車型速度線性一致性較差.可以采取的措施有：①降低小型車運行速度，減小大小車型車速差；②改變公路線形，可適當重新設計相關路段線形；③在線形過渡段設置不平整的減速路面；④在事故多發(fā)路段合理設置減速標志標識.

表4 評價路段大小車型車速差極差比

3.3.4 路段運行速度協(xié)調性分析

評價路段4個區(qū)間的大小車型運行速度V85統(tǒng)計圖如圖5所示. 各觀測斷面的大小車型運行速度差較大，其中K119+400、K114+200和K112+200前后路段運行速度差甚至超過30 km/h.從統(tǒng)計結果可以看出，小型車運行速度較高，前后斷面運行速度波動較大，大型車在斷面K119+400運行速度最大，后呈下降趨勢；K112+200是小半徑圓曲線所處路段，路段較為危險.建議在評價路段采取必要的速度控制措施，設置橫向減速標志，急彎處設置警示標志，降低小型車運行速度，減小大小車型運行速度差.

圖5 評價路段4個區(qū)間的大小車型運行速度統(tǒng)計圖Fig.5 Statistical chart of running speed of large and small vehicles in 4 sections of evaluation section

3.4 限速措施分析

區(qū)間1中，K120+850觀測點位于長下坡路段，前方路段為圓曲線路段，為了安全減速，應設置橫向減速標線或視覺減速標線.K118+800觀測點位于駛出曲線的直線路段終點，該直線段太短，加速時間不足，運行速度下降. 由于此斷面車輛開始駛入反向彎道，且彎道剛好在橋梁段上，視距嚴重受阻，盡管運行速度有所下降，但大小車型的運行速度差較大，應在該路段增加相應的左轉彎上橋提示標志及橫向減速標線或視覺減速標線.

區(qū)間2中，K115+900觀測點位于緩和曲線路段的終點，快速左轉彎進入彎道行駛，容易引發(fā)交通事故，應在該路段設置左轉彎提示標志.K115+000與K113+750觀測點位于長下坡入彎路段和長下坡路段，大小車型的運行速度較高且速度差較大，應在該路段設置橫向減速標線或視覺減速標線，適當布置減速帶.

區(qū)間3中，K112+450觀測點位于曲率較大的圓曲線的曲中位置，該斷面大小車型的運行速度較高且速度差較大，速度過大不利于車輛曲線行駛，更壞的情況下可能會加大車輛與隔離欄碰撞的可能，應在該路段進入小半徑路段前設置急彎減速標志及橫向減速標線，實現(xiàn)低速過彎.K112+200觀測點位于圓曲線與直線交點位置，該斷面大小車型的運行速度相對穩(wěn)定，但此斷面處于過渡段，故該路段在進入圓曲線路段前應設置急彎減速標志及橫向減速標線，實現(xiàn)低速過彎.K111+050觀測點位于橋面上，該點處于曲線與直線組合的直線段上，大小車型的運行速度較高且運行速度差較大，此區(qū)間運行速度過高不利于在圓曲線路段上減速，應在該路段設置橫向減速標線、視覺減速標線或設置抓拍攝像頭.

區(qū)間4中，K109+200觀測點處于圓曲線的下坡，彎道較大，大小車型的運行速度較高且速度差較大，此區(qū)間運行速度過高不利于在圓曲線路段上減速，應在該路段設置橫向減速標線或視覺減速標線.K108+500觀測點位于直線與緩和曲線交點處，大小車型的運行速度相對穩(wěn)定，但處于線形過渡區(qū)，應在此處設置線形過渡指示標志，提醒駕駛員做好相應駕駛準備.

4 結 論

山區(qū)高速公路的交通安全評價主要考慮車輛運行速度的特性與道路線形設計的特征等.本文基于實際速度運行特征提出了觀測速度特征統(tǒng)計分析方法，以云南省保山市老營至瀾滄江山區(qū)高速公路路段為例從車輛運行速度一致性、斷面車輛速度離散度、大小車型車速差極差比以及路段運行速度協(xié)調性4個方面進行速度特征分析，結合道路線形條件評價路段交通安全水平并提出相應的交通安全改善措施.研究結果表明：基于實際速度運行特征的山區(qū)高速公路交通安全性分析方法與采用新型數(shù)據(jù)采集手段得到的車速數(shù)據(jù)形成優(yōu)勢互補，顯著加強了評價結果的可靠性，結合案例驗證了利用實測數(shù)據(jù)對山區(qū)高速公路進行安全性分析的合理性，可為實際工程評價提供一定參考.

本文提供了一種面向實測數(shù)據(jù)的山區(qū)高速公路交通安全評價思路，但由于車輛的實際速度經(jīng)常受到非道路因素的影響，下一步研究中可在不同非道路因素影響下多觀測幾組數(shù)據(jù)進行綜合考慮，進一步加強評價結果的準確性.