高速公路互通式立交單車道出口小客車速度分析

高速公路互通式立交單車道出口小客車速度分析

0車輛運(yùn)行速度的特征車道出口是車輛通過(guò)快速駕駛的唯一途徑。此外，它也是一個(gè)多起事故的地區(qū)。駕駛員必須根據(jù)道路條件和環(huán)境實(shí)時(shí)調(diào)整行駛速度。相對(duì)于固定的設(shè)計(jì)速度而言,反映道路實(shí)際交通運(yùn)行情況的車輛運(yùn)行速度受人-車-路-周圍環(huán)境的影響更大近年來(lái),國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)車輛運(yùn)行速度特征進(jìn)行了大量的研究。張智勇等目前國(guó)內(nèi)外對(duì)車輛運(yùn)行速度的研究多集中在高速公路主線及雙車道公路上,而對(duì)高速公路匝道出口的研究相對(duì)較少,對(duì)運(yùn)行速度的研究主要考慮匝道平曲線半徑、曲率變化率、坡度、超高等,忽略了車輛在出口處的實(shí)際運(yùn)行規(guī)律,還無(wú)法對(duì)立交出口處的車輛運(yùn)行速度進(jìn)行有效的預(yù)測(cè)與分析,而且現(xiàn)行《公路項(xiàng)目安全性評(píng)價(jià)規(guī)范》(JTGB05—2015)1數(shù)據(jù)收集和測(cè)試1.1車輛運(yùn)行特征分析出口本文以西安、廣州和佛山三市高速公路立交出口為研究對(duì)象,主要研究漸變段長(zhǎng)度、漸變段與減速段長(zhǎng)度之比r對(duì)車輛運(yùn)行特征的影響。采集時(shí)主線設(shè)計(jì)速度為100km·h1.2車輛運(yùn)行狀態(tài)測(cè)試儀器采用鏈?zhǔn)介_(kāi)普勒雷達(dá)測(cè)速儀(以下簡(jiǎn)稱鏈?zhǔn)嚼走_(dá)),每50ms記錄1次車輛運(yùn)行狀態(tài),該儀器前部檢測(cè)區(qū)域?yàn)橐岳走_(dá)為中心的扇形區(qū)域,為檢測(cè)到出口處車輛并減少儀器對(duì)駕駛?cè)说母蓴_,將儀器架設(shè)于硬路肩上距主線外側(cè)車道外邊緣1~2.5m處,出口上游控制距離L1.3樣本量最小值在樣本量選擇時(shí),要對(duì)樣本量進(jìn)行控制,以保證觀測(cè)精度達(dá)到要求及反映出口路段的實(shí)際情況,根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)原理,特征點(diǎn)斷面所需最小車輛數(shù)可由式(1)確定,即式中:n本文取置信度水平為90.0%,K=1.64,由式(1)計(jì)算可得樣本量最小值為35輛。對(duì)每個(gè)立交出口的車輛速度數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn),只有車輛速度數(shù)據(jù)符合正態(tài)性,才具有統(tǒng)計(jì)特性,利用SPSS回歸分析軟件對(duì)特征點(diǎn)進(jìn)行K-S正態(tài)性檢驗(yàn),結(jié)果詳見(jiàn)表3。由表3可得,檢驗(yàn)Z值均大于0.05,且漸進(jìn)顯著性水平(雙側(cè))均大于0.10,滿足正態(tài)性分布要求。2基于運(yùn)營(yíng)特性的出口段研究2.1運(yùn)行速度特性分析為了更好地研究車輛在匝道出口的運(yùn)行狀況,選取4座互通式立交單車道出口速度數(shù)據(jù),從漸變段起點(diǎn)開(kāi)始提取自由流狀態(tài)下的小客車速度數(shù)據(jù),每隔10m提取1次,并計(jì)算運(yùn)行速度V從圖2可以看出,出口匝道車輛運(yùn)行速度存在相似規(guī)律,車輛從漸變段起點(diǎn)開(kāi)始一直減速,其中圖2(a)、(b)、(c)二次減速較圖2(d)明顯,對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn),圖2(d)處主線右側(cè)植物較為茂盛,路側(cè)安全凈區(qū)寬度較小,導(dǎo)致車輛整體速度較低,減速過(guò)程主要通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)減速即可滿足減速要求。在漸變段,駕駛?cè)酥饕瓿蓳Q道行為,減速幅度較小,為5~8km·h2.2試驗(yàn)數(shù)據(jù)的不足車輛加速度是駕駛?cè)丝厮傩袨樽罡镜谋憩F(xiàn)形式,傳統(tǒng)的加速度測(cè)量方法是在車輛上直接安裝加速度計(jì)等設(shè)備,該方法一方面對(duì)駕駛?cè)说鸟{駛行為產(chǎn)生了干擾;另一方面直接安裝加速度計(jì)等設(shè)備的試驗(yàn)車數(shù)量、型號(hào)有限,試驗(yàn)數(shù)據(jù)不具有較強(qiáng)的代表性,得出的試驗(yàn)結(jié)果存在較大的偏差。鑒于此,本文突破傳統(tǒng)的測(cè)量方法,使用CARSIM動(dòng)力學(xué)仿真軟件,建立與被觀測(cè)車型一致的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、懸架、輪胎、制動(dòng)系統(tǒng)與道路等模型由圖3可知,車輛在剛開(kāi)始進(jìn)入漸變段(里程90~150m)時(shí),加速度波動(dòng)較大,最大加速度可達(dá)1.4m·s2.3包含走廊出口分段組成的設(shè)備匝道出口是車輛變速、駛出高速公路的必經(jīng)之路(1)漸變段L(2)減速段L3分流點(diǎn)運(yùn)行速度模型以自由流狀態(tài)下小客車為研究對(duì)象,利用鏈?zhǔn)嚼走_(dá)獲取12條匝道出口處的小客車實(shí)時(shí)行駛數(shù)據(jù),從漸變段起點(diǎn)開(kāi)始,每隔10m提取1組速度,最終對(duì)每個(gè)記錄點(diǎn)速度信息統(tǒng)計(jì)匯總,經(jīng)排序,以調(diào)查數(shù)據(jù)的第85%分位車速V(1)統(tǒng)計(jì)出口處車輛速度數(shù)據(jù)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。以立交出口編號(hào)2為例,統(tǒng)計(jì)計(jì)算68個(gè)有效樣本的漸變段起點(diǎn)速度和分流點(diǎn)速度的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差,然后分別計(jì)算另外7個(gè)出口處的車速平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差,見(jiàn)表4。(2)計(jì)算特征點(diǎn)處車輛運(yùn)行速度。由于鏈?zhǔn)嚼走_(dá)測(cè)得的速度單位為m·s(3)殘差獨(dú)立性檢驗(yàn)。以漸變段起點(diǎn)速度和漸變段長(zhǎng)度為自變量,以分流點(diǎn)速度為因變量,建立回歸模型,判定系數(shù)R(4)對(duì)因變量進(jìn)行共線性診斷分析,共線性診斷為檢查自變量間是否存在近似的線性關(guān)系。本文采用“特征值”的方式,特征值主要用來(lái)刻畫自變量的方差,在實(shí)際應(yīng)用中,特征根太小將對(duì)回歸系數(shù)產(chǎn)生很大的影響,因此本文主要以條件指數(shù)來(lái)度量共線性。分析見(jiàn)表6。表6中顯示條件索引值K(5)對(duì)回歸系數(shù)進(jìn)行分析,結(jié)果見(jiàn)表7,由表7可知,分流點(diǎn)運(yùn)行速度預(yù)測(cè)模型為回歸參數(shù)的置信水平都小于0.1,置信度達(dá)到90%。置信度為90%時(shí)常量β(6)殘差診斷分析以立交出口編號(hào)2為例,進(jìn)行殘差診斷分析,部分?jǐn)?shù)據(jù)分析結(jié)果見(jiàn)表8。由表8可知,最大殘差不超過(guò)10km·h(7)自變量參數(shù)之間線性關(guān)系檢驗(yàn)按照式(2)求得的速度預(yù)測(cè)值,轉(zhuǎn)化為均值為0、方差為1的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布預(yù)測(cè)值,各點(diǎn)分布無(wú)規(guī)律,但均勻分布在縱坐標(biāo)為0的直線上下,說(shuō)明分流點(diǎn)運(yùn)行速度V綜上可知,分流點(diǎn)處運(yùn)行速度預(yù)測(cè)模型為式(2),通過(guò)所有檢驗(yàn),即建立了自由流狀態(tài)下小客車在分流點(diǎn)處運(yùn)行速度預(yù)測(cè)模型。以分流點(diǎn)預(yù)測(cè)運(yùn)行速度V4車號(hào)初始速度預(yù)測(cè)值建立模型之后,需對(duì)兩分段進(jìn)行模型驗(yàn)證,檢驗(yàn)該模型是否有異常及精度能否滿足要求,采用相對(duì)誤差的平均值來(lái)衡量式中:Δ為相對(duì)誤差值;珚Δ為相對(duì)誤差平均值;y為預(yù)測(cè)值;v為樣本實(shí)測(cè)值;y以立交出口9為例,按照車號(hào)從原始數(shù)據(jù)中提取車輛漸變段起點(diǎn)速度、分流點(diǎn)速度和小鼻點(diǎn)速度,由式(2)、(3)分別計(jì)算得到分流點(diǎn)和小鼻點(diǎn)速度預(yù)測(cè)值,并按式(4)計(jì)算相對(duì)誤差,結(jié)果如表9所示。完成四立交出口相對(duì)誤差計(jì)算后,按式(5)對(duì)相對(duì)誤差求平均值,匯總匝道出口處各分段預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)測(cè)運(yùn)行速度觀測(cè)值,結(jié)果見(jiàn)表10。由表10可知,該預(yù)測(cè)模型四出口車輛在分流點(diǎn)處速度的相對(duì)誤差平均值分別為5.075%、5.314%、4.365%和6.452%;在小鼻點(diǎn)處速度相對(duì)誤差平均值分別為7.164%、7.772%、8.645%、9.724%,預(yù)測(cè)模型的相對(duì)誤差平均值均小于10%。總體來(lái)看,以上得到的小客車預(yù)測(cè)模型精度滿足要求。5運(yùn)行速度預(yù)測(cè)模型求解(1)本文通過(guò)對(duì)匝道出口處實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的分析研究,以漸變段起點(diǎn)速度、漸變段長(zhǎng)度與漸變段長(zhǎng)度與減速段長(zhǎng)度之比r為自變量,建立了分流點(diǎn)運(yùn)行速度預(yù)測(cè)模型與小鼻點(diǎn)運(yùn)行速度模型,該模型相關(guān)系數(shù)較大,擬合數(shù)據(jù)好,通過(guò)4個(gè)立交出口進(jìn)行模型驗(yàn)證,精度均小于10%,滿足要求。(2)在數(shù)據(jù)采集時(shí)出口處100m≤L(3)現(xiàn)行《安評(píng)規(guī)范》只介紹了主線的曲線路段、特殊縱坡路段、彎坡組合路段運(yùn)行速度,缺少對(duì)立交出入口部分的研究。本文對(duì)高速公路互通式立交單車道出口小客車運(yùn)行速度預(yù)測(cè)進(jìn)行了詳實(shí)的介紹,可進(jìn)一步補(bǔ)充《安評(píng)規(guī)范》中對(duì)運(yùn)行速度的相關(guān)規(guī)定,為高速公路安全評(píng)價(jià)研究提供理論支撐。(4)本文研究成果可為互通式立交單車道出口逐級(jí)減速與漸變段長(zhǎng)與減速段長(zhǎng)之比r的合理取值提供了理論依據(jù)。(5)由