在山区道路中车速特性和道路线形设计一致性试验研究

在山区道路中车速特性和道路线形设计一致性试验研究

倪 明

1. 土木工程学院 重庆 重庆交通大学 400041

摘要:汽车驾驶员在道路上行驶时，是一个不断做出决策和执行决策的过程，驾驶员通常根据道路几何特征以安全速度驾驶车辆。这些特征包括坡度、水平曲率、曲线长度和切线段、超高等。对道路的感知和道路自身的几何特征一致可以减轻驾驶员在行驶过程中的决策负担，从而减小驾驶员操作失误。到目前为止，大多数关于几何设计一致性的研究都是针对平原地形中具有较强车道约束的孤立曲线路段进行的。在这些地形中，坡度的影响不显著。因此，本文的目的是利用现有的基于一致性的安全评价方法，研究山区地形上道路对车道纪律性较弱的交通的几何一致性问题。

关键词 ：几何特征一致性；水平曲线；垂直梯度；

0 引言

在山区地形中，车辆在平曲线路段具有较高的碰撞风险。垂直剖面和水平线形的同时变化撞击的风险进一步增加。因此，在山区地形中保持地质测量的一致性对道路安全至关重要。使用替代量度评估几何一致性，比如，运行速度，车辆稳定性，路线指数和驾驶员工作量。虽然道路几何特征是根据车辆设计速度设计的，但车辆运行速度是评价驾驶行为和几何一致性的较好的性能指标。车辆运行速度在切线段取决于坡度和横截面几何形状。另一方面，孤立水平曲线的运行速度受其长度、半径和接近切线截面的影响很大^[1]。

在山区地形上，行驶速度的变化幅度高达55%。这是因为水平和垂直几何特征的综合效应。驾驶员在平曲线上的基本期望是以安全一致的速度和合理的脑力负荷驾驶汽车。垂直梯度曲线之间的切线部分帮助司机感知和反应接近的曲线。不管怎样，在山区地形中，匝道常常出现前切断面不足的三角形曲线。如果司机主要在混合交通条件下开车。这种情况导致驾驶员行车线纪律薄弱。因此，本研究试图了解司机在山区道路上的驾驶行为。该方法考虑了曲线和梯度的综合效应^[2]。总的来说，这项工作的新颖之处在于，针对具有弱车道纪律特征的驾驶员，在山区道路上应用了现有的基于一致性的安全评价方法。

1 实验方法

Hashim]开发了一个基于回归的模型来计算切线和曲线截面之间的交配能力损失。这种损失随着曲线半径的增加而减少。能力损失的主要原因可以归结为车速的降低。还观察到，重型车辆的速度分散量小于轻型车辆。Lammetal.和Fitzpatricketal.利用道路断面设计速度和第85百分位速度之间的差异来评估双车道乡村高速公路的几何一致性和安全性。他们通过计算第85百分位数的差异来解释两个连续截面之间的几何一致性。在类似的研究中，印度的交通条件的双车道道路之间也存在梯度变化^[3]。

已发表的关于几何设计一致性的研究大多集中在最大坡度为2%的平面地形中双车道和双向乡村道路的孤立水平曲线上。虽然点速度是这些研究中最常用的速度数据^[4]，然而，基于全球定位系统的车速分布数据可能有偏差(因为驾驶员知道车内的全球定位系统)，可能不是驾驶员群体的真实代表。大多数这些研究仅限于同一交通组合。同时在车辆大小，动力重量比，最高速度等方面有很大的差异。在山区司机车道纪律不是很严格。这使得交通和驾驶条件不同。因此，在进行研究，可以选择山地地区的一个四车道公路路段，具有水平曲线和坡度的双向异质交通混合考虑。

选择的实验地点需要在半径、坡度和曲线长度方面有所不同。本研究所需的实地数据包括:(1)公路几何数据，例如曲线的半径、坡度和长度;(2)曲线入口、中间和出口处的车速数据，在本研究中，基于轿车和卡车的速度数据来评估几何设计的一致性。在每个地点(即a、b及c)，每类车辆最少收集50个车速数据点。采集雷达枪和几何数据是从现场工程师提供的NH-40图纸。利用激光测距仪(LDM)对现场的几何数据进行了验证^[5]。

2 分析

在进行详细评估之前，通过绘制具有代表性地点各个位置上轿车和卡车速度的累积频率分布，进行阈前分析。一旦确定了某一曲线不同位置上汽车和卡车的速度差，就对其进行进一步的统计检验概率分布及其他统计参数。最后对第85百分位车速和几何设计一致性进行了评价。逐步的数据分析过程将在以下部分进行讨论。分析曲线a、b、c处的车速累积频率分布，了解曲率和坡度对车型的影响。分别展示四个具代表性地点的货车及小轿车累积车速分布图。详细的地点，不同类型的车辆和位置是参考的指标，每个地块。

总的来说，在较温和的坡度下，曲线半径对车速有影响，而在较陡的坡度下，则受坡度本身的影响。虽然在本文中没有探讨，曲线长度也可能影响车辆在曲线两端的速度。此外，正如所料，在选定的地点，汽车的速度高于卡车的速度。

如果要分析车速数据的统计参数。这就需要了解所获得的速度数据的特征。它将提供对收集到的车速数据的质量和驾驶行为在不同的位置在一个曲线。此外，这些分析将有助于确定不一致的原因和安全进行一些改进。对不同位置的车速分布进行了正常性检验。从这些测试中得到的p值大于0.05，表示正态分布的速度数据。此外，统计参数，如平均值和标准差估计，以了解中心趋势和分散的车辆速度数据

^[7]。特别是汽车，正在以高于设计速度的速度通过水平弯道。这严重影响其安全性。因此进行了假设检验，以检验是否平均车速在曲线是显着大于设计速度。这个测试是重要的评估安全的曲线几何形状和调整任何要求的速度平静措施。

几何设计的一致性和安全水平的设计评估使用Fitzpatrick等人建立的模型^[8]。所有研究地点的设计安全等级进行评估。这些额定可以改善采用速度稳定措施或改变几何特征。它有助于管理安全，保持运行速度或低于设计速度考虑。

3 结论

在山区地形中，公路常常出现频繁的水平坡度曲线。本研究试图了在山区道路上行驶的司机的驾驶行为。研究公路多个路段纵、横坡度的联合效应。通过对数据的统计分析，得出了一些有用的关于弯道内车速的结论。作为几何设计一致性评价准则的一部分，采用第85百分位车速与道路设计车速进行比较。比较结果显示，约有45%的汽车的运行速度高于设计速度。此外，汽车的平均速度高于设计速度。如果是卡车，这大约是10%。这是一个严重的安全问题。需要进一步研究，以确定一种方法来控制车辆运行速度在设计速度之内。各种工程措施，如横向隆隆带、横向标线、车速反馈标志、车道收窄等，已证明在高速公路上降低车速的记录。

研究还发现，相邻路段的几何特征可以影响车辆在水平曲线上的行驶速度。因此，将相邻的水平曲线作为一个整体系统进行分析，可以更好地了解一些地点。该研究有助于完善现有的山区匝道安全评价标准，确定合理的山区匝道安全措施。

参考文献(References)：

1. 道路交通事故致因理论概要[J].傅以诺,顾方平.汽车与安全.2010(07)

Summary of road traffic accident theory [J]. Fu Yinuo, Gu Fangping. Automobile and Safety. 2010 (07)

2. 山区低等级公路运行速度安全性评价方法研究[D].宋涛.西南交通大学.2007

Research on the safety evaluation method of the operating speed of low-grade highways in mountain areas [D]. Song Tao. Southwest Jiaotong University. 2007

3. 公路线形与运行速度及交通安全的关系分析[J].宁俊明.交通标准化.2010(Z1)

Analysis of the relationship between the shape of the public route and the running speed and traffic safety [J] .Ning Junming.Traffic Standardization.2010 (Z1)

4. 基于运行速度的高速公路安全性评价探讨[J].董城,邹静蓉,高琼,李志勇.公路工程.2009(04)

Discussion on highway safety evaluation based on running speed [J]. Dong Cheng, Zou Jingrong, Gao Qiong, Li Zhiyong. Highway Engineering. 2009 (04)

5. 双车道公路线形一致性评价模型[J].涂圣文,过秀成,何建明.交通运输系统工程与信息.2008(05)

Two-lane highway alignment consistency evaluation model [J]. Tu Shengwen, Guo Xiucheng, He Jianming. Transportation System Engineering and Information. 2008 (05)

6. 公路设计对交通安全的影响[J].李海峰.交通标准化.2008(01)

Influence of highway design on traffic safety [J]. Li Haifeng. Traffic standardization. 2008 (01)

7. Pratico` FG, Giunta M (2012) Modeling operating speed of two lane rural roads. Proc Soc Behav Sci 53:664–671

8. Pe´rez-Zuriaga AM, Camacho-Torregrosa FJ, Garcı´a A (2013) Tangent-to-curve transition on two-lane rural roads based on continuous speed profiles. J Transp Eng 139(11):1048–1057