高速公路主要速度控制设施有效性研究

崔洪军，张志磊，陈 辰，赵志强，李海南

（河北工业大学 土木工程学院，天津 300401）

超速行驶对人们的生命及财产安全构成了极大威胁，对超速行驶现象的有效治理可以在很大程度上改善我国高速公路的交通安全状况．事故的严重程度随着车速的增加而增加．碰撞中消散的能量与碰撞前后速度差 相关．研究表明当 >48 km/h，事故产生严重伤亡的可能性大于50%．同时，近年研究证实，事故数亦同车辆速度离散性有关．车速离散性反映车速频繁变化的程度，离散性高的道路更易发生危险．由此可见，运用相关的交通安全设施控制车辆运行速度及其离散程度可以有效提高道路安全水平．高速公路有多种速度控制措施，其有效性和实施效果参差不齐，相关规范对其效果也仅仅停留在指导性意见．因此，对我国高速公路现有速度控制措施有效性进行系统的评价研究具有突出的意义．

1 样本路段信息采集

选取具有相似地理特征、线形特征的3个高速公路路段作为研究对象，研究不同减速措施速度控制情况．测速路段京沪、京秦高速地处平原区，路段均为双向四车道．车辆组成主要以小车为主，而小客车又是超速行驶的主体，故后文着重分析小客车的车速情况．样本路段相关几何参数见表1．

表1 测速路段几何参数Tab.1 Geometric parameters of speed section

图1 测速断面示意图Fig.1 Schematic diagram of speed section

数据采集过程采用手持式激光测速仪对速控设施路段车速进行粗略采样．并在速控设施前后各设置2个测速断面，断面相距100 m．模拟车辆从稳态速度至通过速控设置再到恢复稳态速度的变化过程，借以分析交通速度控制措施的实施效果．断面设置如图1所示．

2 运行速度显著性分析

由于样本数n;50，利用Kolmogorov-Smirnov检验（K-S检验）对不同断面速度分布正态性进行检验[1]．

假设

式中：Sn(x)为n次观察的随机样本观测值的累计概率分布函数，Sn(x)=i/n，i为等于或小于 的所有观察值的数目，i=1,2,3, ,n，F0为正态分布累计概率函数．统计量D=max0．利用SPSS统计分软件对3种交通设施进行K-S检验分析计算，并以1断面为例在置信度95%条件下计算，如表2所示．

表2 K-S检测验证表Tab.2 Verification table of K-Stest

以超速抓拍为例，其正态分布频率图2所示．

计算结果显示，在显著性 =0.05的前提下，3种速控措施双侧检验相伴概率均大于显著水平0.05．即接受原假设0，速度分布特征在95%置信度条件下服从正态分布．同理检测其他断面车速，结果表明其速度分布特征均服从正态分布．

在验证测速装置前后不同断面车速度服从正态分布的基础上，为进一步验证速度控制措施是否对车辆行驶产生了影响，分别对交通速控设施前后断面速度差异进行显著性分析．采用2独立样本t检验，其目的是利用来自2个总体的独立样本，推断两个总体的均值是否存在显著性差异．结果表明3种速控设施前后车速均有显著性变化，说明速度控制措施对路段车辆运行速度产生了一定的影响．

3 速控措施有效性量化分析

为进一步评价不同速度控制措施的实施效果，量化有效性指标．本文进而从影响事故严重程度的速差和影响事故数的速度离散程度两个方面建立有效性指标．

图2 超速抓拍正态分布拟合图Fig.2 Normal fitting diagram of overspeed snapping

3.1 断面速差 V

式中：0为驶入速度，是通过车速控制措施前的稳态均速； 为通过车速控制措施的均速；1为驶出速度，是通过车速控制措施后加速达到稳态时的均速．

指标11反映车辆通过车速控制措施时的减速幅度；12指标反映车辆通过车速控制措施前后车速的差异性，可用来评价车速控制设施的有效性．

3.2 车速离散程度

车速离散程度反映车辆正常行驶条件下的一致性．当道路出现频繁变道、加速超车、急刹等非稳态情况时，车辆行驶速度离散程度增大，路段的危险性也随之增加[3]．因此引入速度标准差描述车辆截面速度离散程度．驶入速度和通过速度差21，驶入速度与驶出速度标准差差22

式中：0为驶入速度，是通过车速控制措施前稳态速度的标准差； 为通过车速控制措施的标准差；1为驶出速度方差，是通过车速控制措施后加速达到稳态时的标准差差．

为进一步量化车速标准差与事故率的关系，本文选取京沪高速2006～2010年事故数据进行事故率和车速标准差分析．选取13个路段测量并计算其车速离散程度．其单位距离事故率与车速标准离差的关系如图3所示．

由图3可见单位路段事故率随车速标准离差增大成指数性增大，车辆速度标准差减少事故数也不会趋近于0．这是由于车辆本身或驾驶员等随机因素影响导致交通事故，而不是车辆间的相互作用．因此结果符合客观实际，通过比对可以量化的车辆速度变化趋势与标准差，对比不同速控措施对路段交通安全的有效性．3种测速标志进行实地测量的指标统计如表3所示[4]．

断面速差 方面，11反映出超速抓拍降低车速3.84 km/h，限速标志和震动减速标线由于缺乏法律强制力减速效果没有超速抓拍明显．指标12反映出通过速控措施后限速标志和震动减速标线仍可降低车速，而车量驶过超速抓拍措施后，车速较驶入时稳态车速会有一定程度的上升．速度离散程度限速标志前后标准差总体成增大趋势，车速离散程度增大．震动减速标线标准差呈减少趋势，车速离散程度减小．超速抓拍通过车速标准差呈增大趋势，驶出速度标准差基本无变化，其现象产生的原因可以解释为部分驾驶员在超速抓拍处因担心交管部门罚款扣分而采取紧急制动，从而导致超速抓拍处标准差有所增大．为进一步直观描述车速不同断面均速变化趋势，标准差变化趋势，对不同断面车速进行分析如图4所示．

3种主要交通速度控制措施断面速度均呈现“不完全对称V形”，经历先减速后加速的过程．由此可见3种速控措施对车辆速度的影响都只限定某一路段，驶出该路段后车辆行驶恢复稳态，车速回升．相比之下，超速抓拍措施减使度降低幅度较大，限速标志降速幅度较小，震动减速标线效果介于两个之间．进一步通过曲线拟合得到车辆在三类交通安全设施前后的速度变化方程如表4所示．

图3 单位路段事故率与车速标准差直接的关系Fig.3 Directly relationship between unit road accident rate and speed standard deviation

表3 3种速控措施有效性指标Tab.3 Effective Indicator of three kinds of speed control measure

速度离散程度方面，限速标志不同测量断面方差变化起伏很大，不能简单的用关联事故率来评价其实施效果．限速标志离散程度起伏变化大的原因主要是由于高速公路不同路段限速往往不同，驾驶者对路段限速没有提前预期[5]，因此在减速标志前后采取制动等措施，导致车速离散程度变化．相比限速标志，震动减速标线和超速抓拍在不同断面离散程度变化不明显，但是震动减速标线车速离散程度明显高于超速抓拍[6]．由此可见，具有惩罚约束力的超速抓拍具有较高的控制车速离散程度的作用．合理设置可以有效的减少车速离散程度，减少车辆事故率．震动减速标线次之，限速标志对车速离散程度有效性较差．

表4 主要交通安全设施车速拟合Tab.4 Speed Fitting of main traffic safety measure

图4 速度期望变化趋势Fig.4 Speed expect trends

图5 断面标准差变化趋势图Fig.5 Sectional standard deviation trends

4 结语

限速标志、震动减速标线、超速抓拍是我国高速公路普遍使用的车速控制措施．本文在检验不同断面显著性的基础上建立了以速差和离散程度为标准的有效性指标．以京沪高速实测数据为载体，对3种速控措施实施效果进行了评价．首先对交通安全设施不同断面车速变化趋势进行分析，结果表明减速效果程度排序为超速抓拍、震动减速标线、限速标志．其次给出以京沪事故数据为载体的车辆离散程度和事故率的关系，结合测量断面的车速标准差分析．超速抓拍车速离散程度最小．综合两项指标，结论表明超速抓拍有效性最好，震动减速标线次之，限速标志最差．3种交通安全设施只在一定距离产生一定作用．对离速控措施较远处没有产生有效的控速的作用．该研究为高速公路车速控制措施的综合评价提供了实测数据支持，有利于高速公路车速控制措施的合理设置．

[1]易丹辉．非参数统计方法与应用 [M]．北京：中国统计出版社，1996．

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