高速公路主要速度控制設(shè)施有效性研究

崔洪軍，張志磊，陳 辰，趙志強(qiáng)，李海南

（河北工業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院，天津 300401）

超速行駛對(duì)人們的生命及財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成了極大威脅，對(duì)超速行駛現(xiàn)象的有效治理可以在很大程度上改善我國(guó)高速公路的交通安全狀況．事故的嚴(yán)重程度隨著車(chē)速的增加而增加．碰撞中消散的能量與碰撞前后速度差 相關(guān)．研究表明當(dāng) >48 km/h，事故產(chǎn)生嚴(yán)重傷亡的可能性大于50%．同時(shí)，近年研究證實(shí)，事故數(shù)亦同車(chē)輛速度離散性有關(guān)．車(chē)速離散性反映車(chē)速頻繁變化的程度，離散性高的道路更易發(fā)生危險(xiǎn)．由此可見(jiàn)，運(yùn)用相關(guān)的交通安全設(shè)施控制車(chē)輛運(yùn)行速度及其離散程度可以有效提高道路安全水平．高速公路有多種速度控制措施，其有效性和實(shí)施效果參差不齊，相關(guān)規(guī)范對(duì)其效果也僅僅停留在指導(dǎo)性意見(jiàn)．因此，對(duì)我國(guó)高速公路現(xiàn)有速度控制措施有效性進(jìn)行系統(tǒng)的評(píng)價(jià)研究具有突出的意義．

1 樣本路段信息采集

選取具有相似地理特征、線形特征的3個(gè)高速公路路段作為研究對(duì)象，研究不同減速措施速度控制情況．測(cè)速路段京滬、京秦高速地處平原區(qū)，路段均為雙向四車(chē)道．車(chē)輛組成主要以小車(chē)為主，而小客車(chē)又是超速行駛的主體，故后文著重分析小客車(chē)的車(chē)速情況．樣本路段相關(guān)幾何參數(shù)見(jiàn)表1．

表1 測(cè)速路段幾何參數(shù)Tab.1 Geometric parameters of speed section

圖1 測(cè)速斷面示意圖Fig.1 Schematic diagram of speed section

數(shù)據(jù)采集過(guò)程采用手持式激光測(cè)速儀對(duì)速控設(shè)施路段車(chē)速進(jìn)行粗略采樣．并在速控設(shè)施前后各設(shè)置2個(gè)測(cè)速斷面，斷面相距100 m．模擬車(chē)輛從穩(wěn)態(tài)速度至通過(guò)速控設(shè)置再到恢復(fù)穩(wěn)態(tài)速度的變化過(guò)程，借以分析交通速度控制措施的實(shí)施效果．?dāng)嗝嬖O(shè)置如圖1所示．

2 運(yùn)行速度顯著性分析

由于樣本數(shù)n;50，利用Kolmogorov-Smirnov檢驗(yàn)（K-S檢驗(yàn)）對(duì)不同斷面速度分布正態(tài)性進(jìn)行檢驗(yàn)[1]．

假設(shè)

式中：Sn(x)為n次觀察的隨機(jī)樣本觀測(cè)值的累計(jì)概率分布函數(shù)，Sn(x)=i/n，i為等于或小于 的所有觀察值的數(shù)目，i=1,2,3, ,n，F(xiàn)0為正態(tài)分布累計(jì)概率函數(shù)．統(tǒng)計(jì)量D=max0．利用SPSS統(tǒng)計(jì)分軟件對(duì)3種交通設(shè)施進(jìn)行K-S檢驗(yàn)分析計(jì)算，并以1斷面為例在置信度95%條件下計(jì)算，如表2所示．

表2 K-S檢測(cè)驗(yàn)證表Tab.2 Verification table of K-Stest

以超速抓拍為例，其正態(tài)分布頻率圖2所示．

計(jì)算結(jié)果顯示，在顯著性 =0.05的前提下，3種速控措施雙側(cè)檢驗(yàn)相伴概率均大于顯著水平0.05．即接受原假設(shè)0，速度分布特征在95%置信度條件下服從正態(tài)分布．同理檢測(cè)其他斷面車(chē)速，結(jié)果表明其速度分布特征均服從正態(tài)分布．

在驗(yàn)證測(cè)速裝置前后不同斷面車(chē)速度服從正態(tài)分布的基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步驗(yàn)證速度控制措施是否對(duì)車(chē)輛行駛產(chǎn)生了影響，分別對(duì)交通速控設(shè)施前后斷面速度差異進(jìn)行顯著性分析．采用2獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，其目的是利用來(lái)自2個(gè)總體的獨(dú)立樣本，推斷兩個(gè)總體的均值是否存在顯著性差異．結(jié)果表明3種速控設(shè)施前后車(chē)速均有顯著性變化，說(shuō)明速度控制措施對(duì)路段車(chē)輛運(yùn)行速度產(chǎn)生了一定的影響．

3 速控措施有效性量化分析

為進(jìn)一步評(píng)價(jià)不同速度控制措施的實(shí)施效果，量化有效性指標(biāo)．本文進(jìn)而從影響事故嚴(yán)重程度的速差和影響事故數(shù)的速度離散程度兩個(gè)方面建立有效性指標(biāo)．

圖2 超速抓拍正態(tài)分布擬合圖Fig.2 Normal fitting diagram of overspeed snapping

3.1 斷面速差 V

式中：0為駛?cè)胨俣?，是通過(guò)車(chē)速控制措施前的穩(wěn)態(tài)均速； 為通過(guò)車(chē)速控制措施的均速；1為駛出速度，是通過(guò)車(chē)速控制措施后加速達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)的均速．

指標(biāo)11反映車(chē)輛通過(guò)車(chē)速控制措施時(shí)的減速幅度；12指標(biāo)反映車(chē)輛通過(guò)車(chē)速控制措施前后車(chē)速的差異性，可用來(lái)評(píng)價(jià)車(chē)速控制設(shè)施的有效性．

3.2 車(chē)速離散程度

車(chē)速離散程度反映車(chē)輛正常行駛條件下的一致性．當(dāng)?shù)缆烦霈F(xiàn)頻繁變道、加速超車(chē)、急剎等非穩(wěn)態(tài)情況時(shí)，車(chē)輛行駛速度離散程度增大，路段的危險(xiǎn)性也隨之增加[3]．因此引入速度標(biāo)準(zhǔn)差描述車(chē)輛截面速度離散程度．駛?cè)胨俣群屯ㄟ^(guò)速度差21，駛?cè)胨俣扰c駛出速度標(biāo)準(zhǔn)差差22

式中：0為駛?cè)胨俣龋峭ㄟ^(guò)車(chē)速控制措施前穩(wěn)態(tài)速度的標(biāo)準(zhǔn)差； 為通過(guò)車(chē)速控制措施的標(biāo)準(zhǔn)差；1為駛出速度方差，是通過(guò)車(chē)速控制措施后加速達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)差差．

為進(jìn)一步量化車(chē)速標(biāo)準(zhǔn)差與事故率的關(guān)系，本文選取京滬高速2006～2010年事故數(shù)據(jù)進(jìn)行事故率和車(chē)速標(biāo)準(zhǔn)差分析．選取13個(gè)路段測(cè)量并計(jì)算其車(chē)速離散程度．其單位距離事故率與車(chē)速標(biāo)準(zhǔn)離差的關(guān)系如圖3所示．

由圖3可見(jiàn)單位路段事故率隨車(chē)速標(biāo)準(zhǔn)離差增大成指數(shù)性增大，車(chē)輛速度標(biāo)準(zhǔn)差減少事故數(shù)也不會(huì)趨近于0．這是由于車(chē)輛本身或駕駛員等隨機(jī)因素影響導(dǎo)致交通事故，而不是車(chē)輛間的相互作用．因此結(jié)果符合客觀實(shí)際，通過(guò)比對(duì)可以量化的車(chē)輛速度變化趨勢(shì)與標(biāo)準(zhǔn)差，對(duì)比不同速控措施對(duì)路段交通安全的有效性．3種測(cè)速標(biāo)志進(jìn)行實(shí)地測(cè)量的指標(biāo)統(tǒng)計(jì)如表3所示[4]．

斷面速差 方面，11反映出超速抓拍降低車(chē)速3.84 km/h，限速標(biāo)志和震動(dòng)減速標(biāo)線由于缺乏法律強(qiáng)制力減速效果沒(méi)有超速抓拍明顯．指標(biāo)12反映出通過(guò)速控措施后限速標(biāo)志和震動(dòng)減速標(biāo)線仍可降低車(chē)速，而車(chē)量駛過(guò)超速抓拍措施后，車(chē)速較駛?cè)霑r(shí)穩(wěn)態(tài)車(chē)速會(huì)有一定程度的上升．速度離散程度限速標(biāo)志前后標(biāo)準(zhǔn)差總體成增大趨勢(shì)，車(chē)速離散程度增大．震動(dòng)減速標(biāo)線標(biāo)準(zhǔn)差呈減少趨勢(shì)，車(chē)速離散程度減?。僮ヅ耐ㄟ^(guò)車(chē)速標(biāo)準(zhǔn)差呈增大趨勢(shì)，駛出速度標(biāo)準(zhǔn)差基本無(wú)變化，其現(xiàn)象產(chǎn)生的原因可以解釋為部分駕駛員在超速抓拍處因擔(dān)心交管部門(mén)罰款扣分而采取緊急制動(dòng)，從而導(dǎo)致超速抓拍處標(biāo)準(zhǔn)差有所增大．為進(jìn)一步直觀描述車(chē)速不同斷面均速變化趨勢(shì)，標(biāo)準(zhǔn)差變化趨勢(shì)，對(duì)不同斷面車(chē)速進(jìn)行分析如圖4所示．

3種主要交通速度控制措施斷面速度均呈現(xiàn)“不完全對(duì)稱(chēng)V形”，經(jīng)歷先減速后加速的過(guò)程．由此可見(jiàn)3種速控措施對(duì)車(chē)輛速度的影響都只限定某一路段，駛出該路段后車(chē)輛行駛恢復(fù)穩(wěn)態(tài)，車(chē)速回升．相比之下，超速抓拍措施減使度降低幅度較大，限速標(biāo)志降速幅度較小，震動(dòng)減速標(biāo)線效果介于兩個(gè)之間．進(jìn)一步通過(guò)曲線擬合得到車(chē)輛在三類(lèi)交通安全設(shè)施前后的速度變化方程如表4所示．

圖3 單位路段事故率與車(chē)速標(biāo)準(zhǔn)差直接的關(guān)系Fig.3 Directly relationship between unit road accident rate and speed standard deviation

表3 3種速控措施有效性指標(biāo)Tab.3 Effective Indicator of three kinds of speed control measure

速度離散程度方面，限速標(biāo)志不同測(cè)量斷面方差變化起伏很大，不能簡(jiǎn)單的用關(guān)聯(lián)事故率來(lái)評(píng)價(jià)其實(shí)施效果．限速標(biāo)志離散程度起伏變化大的原因主要是由于高速公路不同路段限速往往不同，駕駛者對(duì)路段限速?zèng)]有提前預(yù)期[5]，因此在減速標(biāo)志前后采取制動(dòng)等措施，導(dǎo)致車(chē)速離散程度變化．相比限速標(biāo)志，震動(dòng)減速標(biāo)線和超速抓拍在不同斷面離散程度變化不明顯，但是震動(dòng)減速標(biāo)線車(chē)速離散程度明顯高于超速抓拍[6]．由此可見(jiàn)，具有懲罰約束力的超速抓拍具有較高的控制車(chē)速離散程度的作用．合理設(shè)置可以有效的減少車(chē)速離散程度，減少車(chē)輛事故率．震動(dòng)減速標(biāo)線次之，限速標(biāo)志對(duì)車(chē)速離散程度有效性較差．

表4 主要交通安全設(shè)施車(chē)速擬合Tab.4 Speed Fitting of main traffic safety measure

圖4 速度期望變化趨勢(shì)Fig.4 Speed expect trends

圖5 斷面標(biāo)準(zhǔn)差變化趨勢(shì)圖Fig.5 Sectional standard deviation trends

4 結(jié)語(yǔ)

限速標(biāo)志、震動(dòng)減速標(biāo)線、超速抓拍是我國(guó)高速公路普遍使用的車(chē)速控制措施．本文在檢驗(yàn)不同斷面顯著性的基礎(chǔ)上建立了以速差和離散程度為標(biāo)準(zhǔn)的有效性指標(biāo)．以京滬高速實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為載體，對(duì)3種速控措施實(shí)施效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)．首先對(duì)交通安全設(shè)施不同斷面車(chē)速變化趨勢(shì)進(jìn)行分析，結(jié)果表明減速效果程度排序?yàn)槌僮ヅ?、震?dòng)減速標(biāo)線、限速標(biāo)志．其次給出以京滬事故數(shù)據(jù)為載體的車(chē)輛離散程度和事故率的關(guān)系，結(jié)合測(cè)量斷面的車(chē)速標(biāo)準(zhǔn)差分析．超速抓拍車(chē)速離散程度最小．綜合兩項(xiàng)指標(biāo)，結(jié)論表明超速抓拍有效性最好，震動(dòng)減速標(biāo)線次之，限速標(biāo)志最差．3種交通安全設(shè)施只在一定距離產(chǎn)生一定作用．對(duì)離速控措施較遠(yuǎn)處沒(méi)有產(chǎn)生有效的控速的作用．該研究為高速公路車(chē)速控制措施的綜合評(píng)價(jià)提供了實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)支持，有利于高速公路車(chē)速控制措施的合理設(shè)置．

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