高速公路车辆运行速度的研究

2011-07-13程笑峰

黑龙江交通科技 2011年12期

关键词：小客车车速路段

程笑峰

(黑龙江省公路勘察设计院)

高速公路车辆运行速度的研究

程笑峰

(黑龙江省公路勘察设计院)

阐述了运行速度的研究背景，对运行速度的调查方法进行了描述，对《公路项目安全性评价》中介绍的运行速度计算方法进行了详细的解释，并对大齐高等级公路的运行速度预测和实测结果进行分析，说明道路在运营管理中存在的不足。

运行速度;地点速度;区间速度

1 引言

长期以来，我国公路管理部门和交通对“限制速度”的认识和限制速度标志的设计位置不够统一。普遍的做法是以设计速度作为确定该路段限制速度值的依据，这种限制速度方式显然不是合适的，即没有针对性，也没有考虑经济性和安全性。

设计速度和限制速度是具有不同含义的两个概念。设计速度是指中等水平驾驶员，在路面干燥、平整和视距良好的条件下，公路线形指标受限制路段所能提供的最大安全车速。限制速度则是因为管理和安全的需要在某特定路段限制车辆行驶的最高速度。另外，设计速度和限制速度两者考虑的因素不同。设计速度着眼于公路设计，受技术指标的制约，考虑地形、地质、经济发展状况与技术水平等综合因素。限制速度着眼于公路管理，为减少交通事故和减轻事故严重程度，要求驾驶员在限定的行驶速度条件下行驶，以约束驾驶员的行为，保障行车的安全性。

与设计速度和限制速度相关的另一个速度概念是运行速度，运行速度是指公路上车辆的实际行驶速度，是绝大多数(概率85%)具有一定驾驶技术、心情状态良好的驾驶员，根据车辆、道路、交通和天气等状况，按照自己的习惯所实际采用的不断变化的速度。它是驾驶员根据其希望的行车速度和直觉不断调整的行车速度。在按等值车速设计的公路沿线，驾驶员选用的速度往往也会随个人情况发生变化，因此可能在部分路段出现运行速度和设计速度不协调的情况。在不同的设计速度范围区间，也会出现运行速度普遍大于设计速度的情况，在另一区间，可能运行速度小于设计速度。在“非受限制地段”的运行速度往往会高于设计速度。设计速度越低的公路，其行驶速度的差别越大。

因此，运行速度比传统的设计速度具有更明显的安全性，更能反映驾驶员的驾驶期望，作为限速管理的依据较之设计速度更科学合理。

2 运行速度调查方法

运行速度统计分析的基础工作就是大量的实测数据调查，在高等级公路上实测的运行速度数据更真实。运行速度调查分为地点车速调查和区间车速调查。

2.1 地点车速调查

车辆通过道路某一地点(道路某断面)时的车速，亦称瞬时车速。是描述道路某一地点交通状况的重要参数，是研究制定限制速度、设计车速的基础。地点车速调查的目的是掌握某地点车速分布规律及速度变化趋势;用于交通事故分析;设置交通标志的依据;确定道路限制车速等。

在实施地点车速调查时应跟据调查的目的和要求做好调查时间和调查地点的准备。调查时间应与调查目的相对应的具有典型性和代表性的时段，不应选择交通有异常的日期和时间。调查地点的选择:(1)为掌握车速缝补特征及变化规律，应选择平坦顺直道路;(2)为确定限制速度、交通安全分析或交通管理措施效果，应设在相应的道路或地点上。

地点车速调查的方法有人工测量法、雷达测速法、检测器测速法和视频测速法等。人工测量法是采用秒表测速法，即在调查地点，测量一小段距离L，观测员用秒表测定各种类型车辆经过L两端的时间，记录员在记录表上记录距离、车型及通过时间，经整理计算，得出各类车辆的地点车速。雷达测速法是用测速雷达瞄准前方被测车辆，即能读出该车辆的瞬时车速。雷达测速的基本原理是应用多普勒效应，当雷达测速仪瞄准被测车辆时，发射出的雷达测速电波，遇车辆后再从车辆反射回来，发射波与反射波的频率差与车辆行驶的速度成正比，从而得到车辆的地点速度。检测器测速法根据检测器的不同可以分为亚管式和感应线圈式两种，它是在一条车道上以一定距离连续设置两个检测器，车辆通过前后两检测器是，发出信号，并传送给记录仪，记录下车辆通过前后两个检测器的时间，从而算得车速。视频检测法的原理与人工测量法相同，只是其测量的距离在视频图像上虚拟完成。

2.2 区间车速调查

区间车速是指车辆在道路某一区段内行驶的平均速度，它可以分为行程车速和行驶车速两种。行程车速是车辆行驶在道路某一区间的距离与行程时间的比值，行程时间包括行驶时间和中途受阻时的停车时间。行驶车速是车辆行驶在道路某一区间的距离与行驶时间(即行程时间中扣除因阻滞而产生的停车时间)的比值。行驶车速是衡量道路服务水平、估算路段通行能力的主要参数，进行运行速度调查分析的区间车速就是指行驶车速。

车辆在公路上行驶时，往往受到各种因素的影响，如道路线形、横断面组成、行车道宽度、路面状况、车辆性能、交通组成、交通流量、交通管理措施、交叉口交通状况及气候条件等。这些因素对行驶车速的影响通常是结合在一起的，难于分清各因素对车速的单独影响。

区间车速调查的方法有GPS测速法、五轮仪测速法、光感测速法等。GPS测速具有全天候、高精度、易携带的优点，安装简单，分流动站和基站两部分，能够测试出车辆三维的速度和位置信息，并且只需要在汽车上装一台比32开书本略小的“车载终端”就可以了。GPS测速法的三个特别优势:采集数据精度较高;较小的尺寸和较好便携性;位于车顶的安装位置，最小程度的干扰司机正常驾驶。五轮仪，是用于汽车道路试验的一种常用仪器。试验时，它安装在汽车的尾部或侧面的适当位置，用一个小巧的轮子接触路面，好像是汽车的第五个车轮，所以叫做第五轮仪。试验中，它可以准确地测定汽车行驶的距离并计算出车速，以纸带方式记录或用数字显示。光感测速仪是一种测量车速的专用仪器，是由光电探测器和光谱屏幕两个主要部件所组成。测速时，将光感测速仪贴在试验车车厢外壳上，光电探测器对准地面，随着车辆行驶，在光电屏幕上产生不同频率的电信号，频率的高低与车速成正比。

3 运行速度理论计算方法

我国在2004年颁布实施的《公路项目安全性评价指南》(JTG/T B05－2004)(以下简称《指南》)中提出运行速度的概念，并给出运行速度计算方法及运行速度协调性的评价标准。

在新建公路项目的设计阶段是无法以观测的方法得到运行速度的，而是推算路段运行速度，进而以此为基础，对所设计公路的各项技术指标进行评价。《指南》中介绍了2种计算运行速度的方法:依据数学模型进行速度预测;依据图表所示读取路段运行速度。具体方法及规定参见《指南》附录B。本文着重分析《指南》附录B(1)中运行速度计算方法(1)的计算过程。

3.1 运行速度分析路段划分

根据曲线半径和纵坡坡度的大小将整条路线划分为直线段、纵坡段、平曲线段和弯坡组合段等若干个分析单元，每个单元的起、终点为预测运行速度线形特征点。其中，纵坡坡度小于3%的直线段和半径大于1 000 m的大半径曲线自成一段;其余小半径曲线段和纵坡坡度大于3%、坡长大于300 m的纵坡路段以及弯坡组合段，作为独立单元分别进行运行速度测算;当直线段位于两小半径曲线段之间，且长度小于临界值200 m时，则该直线视为段直线，车辆在此路段上的运行速度保持不变。

3.2 运行速度的测算方法

高等级公路的代表车型为小客车。在任选一个方向进行第一次的运行速度V85测算时，首先要推算与设计路段衔接的相邻路段速度，作为本路段的初始运行速度V0，然后根据所划分的路段类型，按直线段、平曲线段和长大纵坡路段等分别进行运行速度V85的测算。

(1)初始运行速度V0

可通过调查点的现场观测或按《指南》中估算的各种设计速度对应的小客车的运行速度，作为预测路段的初始运行速度V0。

(2)直线段上的加速过程和稳定运行速度

在平直路段上，小客车在直线上都有一个期望行驶速度。当初始运行速度V0小于期望运行速度时为变加速过程，直至到达稳定的期望车速后匀速行驶。平直路段上车辆的加速过程，按式(1)测算车辆在直线上的运行速度。

式中:Vs为直线段上的期望车速，m/s;V0为驶出曲线后的运行速度，m/s;a0为车辆的加速度，m/s2，平直路段上推荐加速度值为0.2～2;S为直线段距离，m。

(3)小半径曲线段的运行速度

对于平曲线半径小于1 000 m的路段，分别对曲线中部和曲线出口处的运行速度进行预测。根据曲线入口速度vin、当前路段的曲线半径Rnow和前接曲线的半径Rback，预测曲线中部的速度vmiddle;然后根据曲线中部速度vmiddle;当前路段的曲线半径Rnow和后续路段的曲线半径Rfront，预测曲线出口处的运行速度vout。

曲线中部速度vmiddle和曲线出口处的运行速度vout分别按表1中的速度预测模型进行计算。

表1 平曲线上的小客车速度预测模型

(4)纵坡路段

当纵坡坡度大于3%、坡长大于300 m，按表3对小客车的运行速度V85进行修正。

表2 特殊纵坡下各车型运行速度的修正

4 实例分析

大(庆)齐(齐哈尔)高等级公路都地处黑龙江省西部，处于寒冷3级区，气候寒冷程度在省内居中，全年有近半年时间土壤处于冻结状态，道路等级为一级公路，最大纵坡在3.5%左右，平曲线最小半径为1 000 m。在2006年12月对大齐公路全线进行了地点车速调查和区间车速调查，并进行了运行速度的预测与评价分析。

4.1 运行车速调查与分析

图1 小客车地点速度直方图

地点车速调查选用的方法是雷达测速法和视频测速法。观测地点分别为K682+400、K708+800、K771+500。考虑到不同的类型的车辆行车速度不同，将测速车型分为大型货车、大客车和小客车三类，以小客车为例，结果见图1。3个测速地点的实测数据统计分析表明:小客车的V85大于120 km/h，平均速度为105 km/h，最大速度达到170 km/h;在地点1(桩号682+400处)因为穿过村庄，所以行车速度明显低于其它两个测速地点，由此可以说明村庄与高等级公路之间存在相互影响。

区间车速调查采用AM－2100非接触车速仪记录试验车运行速度数值，通过对测试数据的分析可以看出:上下行运行速度的差异并不显著，说明公路线形对小客车车速的影响很小，小客车运行速度基本都保持在100 km/h以上，只有一些地点由于行驶车辆的相互干扰，车速存在小幅度的波动，变化幅度在90～120 km/h之间，个别路段达到130 km/h。

表3 各测速地点速度统计结果表

4.2 运行速度的预测与评价分析

根据对大齐高等级公路各分析单元测算的运行速度值，以V85为纵坐标，路线里程桩号为横坐标，绘制出沿线运行速度变化曲线，分析其结果可以看出:全线路段上的线性对运行速度基本没有什么太大的影响，小客车的运行速度基本都可以保持期望车速，为120 km/h。并且大齐高等级公路的平、纵面设计几何参数的选定满足行车安全的要求，从双向的运行速度△V85可以看出相邻路段运行速度差大于10 km/h的路段，是位于上、下坡路段，上坡车辆减速、下坡车辆加速，使路段间的速度差过大，但是只对小客车的影响较大，对大货车的影响较小。