城市地下快速路匝道入口车辆运行特征分析

汪尚天　方守恩　张兰芳　罗诗立

(同济大学交通运输工程学院　上海　201804)

城市地下快速路匝道入口车辆运行特征分析

汪尚天方守恩张兰芳罗诗立

(同济大学交通运输工程学院上海201804)

摘要以实车驾驶数据为基础，对比分析在地下、地上快速路上车辆行驶速度的差异性及变化特征；对车辆在地下快速路加速车道上的行驶距离进行分析研究。对比实测值与计算值，参照国内外加速车道长度取值，建议城市地下快速路主线限速60 km/h、匝道限速40 km/h的情况下，加速车道的长度不小于110 m。

关键词地下快速路匝道入口车辆运行特征纵向加速度加速车道长度

近年来，我国居民汽车的保有量和出行量不断增加，对城市交通提出了更高的要求。受城市用地的制约，向地下发展是未来城市交通发展的主要趋势之一。上海、北京等大城市交通拥挤，交通工作者采取了大量措施向地下空间发展，如地铁、地下车辆通道等。由此，地下快速路应运而生，如上海的外滩隧道、新建路隧道等。M. Kato[1]，A.Shimojo[2]以及T.Hirata[3]等人，基于驾驶模拟器对地下快速路环境下的驾驶行为进行了研究，但存在模拟器的有效性问题。并且不同的模拟器其所适用的场景范围是不同的。目前的研究方法多为基于驾驶模拟器和问卷调查的研究，仍缺少采用实车驾驶的手段进行的更为真实的研究。

1试验

试验选择10名驾龄在1年以上的驾驶员，每位轮流驾驶1 h。采用OES-II型非接触式五轮仪，实测车辆运行速度，采用三轴加速度仪，实测车辆三轴加速度，用数码摄像机拍摄驾驶员所处的道路交通环境。开发数据采集分析软件，进行数据收集和同步。对匝道入口段进行路段和断面划分[4]，如图1。

图1　匝道入口路段划分

沿车辆行驶的行进方向，依次取3个路段断面，分别是车辆驶入匝道、车辆到达鼻端、车辆汇入主线时，所对应的道路断面。

试验路段选择上海新建路隧道和人民路隧道，以及上海中环线。试验是在自由行驶状态下的驾驶行为，故避开早高峰和晚高峰。试验需要获取的数据有：车辆运行速度、纵向加速度，以及汇入主线的距离。

2试验结果及分析

2.1　匝道入口段车辆运行速度特性对比分析

由地下、地上快速路在不同路段断面的车速分布情况，绘制自由行驶状态下的车速频率分布曲线图，见图2，具体数值见表1。

图2　不同路段断面车辆行驶速度频率分布曲线图

路段断面速度区间/(km·h-1)-5~55~1515~2525~3535~4545~5555~6565~7575~8585~9595~105105~115115~125地下快速路主线0002.36.913.31819.521.868.82.21.2地上快速路主线00026.215.730.625.4107.81.11.20车辆从地面驶入地下快速路匝道0024.11434.110.814300000车辆从地面驶入地上快速路匝道00514.321.82530.63.300000车辆到达地下快速路匝道鼻端003.5524.132.230.33.701.2000车辆到达地上快速路匝道鼻端003.522.33519.812.44.52.50000车辆汇入地下快速路主线00011.31717.227.52052000车辆汇入地上快速路主线0001.56.32030.333.27.21.5000

将地下、地上快速路，车辆行驶在各个路段断面处的速度均值、第85百分位的行驶速度值作对比，见表2。结合图2与表2，对地下、地上快速路作横向对比。

在自由行驶下，地下、地上快速路的主线车速的均值分别在70，65 km/h附近，第85百分位车速分别在92.5，82.5 km/h。地下主线的速度比地上高出5~10 km/h。车辆从地面驶入匝道时，地下快速路的车速分布离散程度较大，主要在40 km/h附近波动。地上快速路的车速分布在50 km/h附近，离散程度较小。车辆到达地下、地上快速路匝道入口鼻端断面时，车速分布在50，40 km/h附近。结合表2，在车辆到达匝道入口鼻端时，地下快速路比地上快速路的车速高5 km/h左右。车辆通过加速车道汇入地下、地上快速路主线时，车速分别分布在55，60 km/h附近。由表2可知，车辆在汇入主线时，地上快速路的车速要比地下快速路的车速高5 km/h左右。

表2　地下、地上快速路不同路段断面的速度对比　km/h

2.2　汇入车辆在加速车道行驶距离的特性分析

2.2.1汇入车辆在加速车道行驶距离的分布特征

将加速车道的路段位置，以10 m为跨度进行路段划分。由于车辆汇入主线行驶的最小距离为43.1 m，故计数从距离鼻端40 m起算。对地下快速路匝道入口合流路段，车辆经过加速车道加速后汇入主线的汇入点位置作统计分析，其汇入概率与累计概率见图3。

a)　汇入概率　　　　　　　　　　　　　　　　　　　b)　累计概率

y=-0.007 4(x-35/10)3+

0.077 2(x-35/10)2-

0.034 7(x-35/10)-0.021 2

(1)

式中：x为汇入点距离鼻端的距离；y为x所对应的累计概率。

2.2.2车辆汇入主线的速度与行驶距离的关系

如图4所示，加速车道上以速度为40～50 km/h汇入主线的车辆，其行驶距离较短，主要在距离鼻端55～85 m区间上。以速度为60～70 km/h汇入主线的车辆，其行驶距离主要在距离鼻端75～95 m区间上。汇入主线的车速越高，其行驶距离越远，所需的加速车道长度越长。汇入主线时车速低的车辆，行驶距离普遍较短，相比于到达鼻端时的平均车速(38.8 km/h)，其在加速车道上的加速效果不明显。

图4　加速车道上不同的汇入速度在

根据车辆汇入地下快速路主线的加速车道各路段区间的数据统计汇总，将各个分段路段的汇入车速绘制箱形图，如图5。

图5　加速车道上各路段区间

地下快速路加速车道上的车辆，若以较低的速度汇入主线，在加速车道上行驶距离较短；若以相对较高的速度汇入主线，汇入点普遍分布于距离鼻端100 m以上的距离。地下快速路加速车道上距离鼻端100 m以内，就已经有85%以上的车辆汇入了主线，但尚未达到主线车速。加速车道上不同行驶距离的汇入车速均值拟合方程如下。

y =0.384(x-40)+44.984

(2)

式中：x为距离鼻端距离，y为x对应的平均车速。

3综合分析

3.1　地下、地上入口段车辆运行速度差异分析

由2.1可知，地下快速路的主线车速要比地上快速路高5~10 km/h。这是由于地下快速路的曲线半径指标一般选择相对较好，在自由流下，车辆容易以高速通过；地下快速路的行车环境容易使驾驶员产生误判，错误地高估当前的线形条件与道路状况，低估自身的车速，造成超速。在自由行驶下，地下快速路主线的车速平均值为69.5 km/h，85%车速为92.6 km/h。而车辆的汇入车速均值为54.7 km/h，85%车速为72.6 km/h 。二者之间存在15~20 km/h的差值，而车辆间的速度差是引起追尾、侧碰等交通事故的重要原因之一。综上所述，建议地下快速路及其匝道限速：主线限速60 km/h，匝道限速40 km/h。

3.2　加速车道综合分析

3.2.1车辆在加速车道上最大行驶距离

实测值。由式(1)可知，假设y0.85=0.85，解得x=87.3 m，即当85%的车辆都汇入主线时，距离鼻端的最大实测距离为87.3 m。由式(2)可知：y=69.5 km/h，解得x=103.8 m，即车辆在地下快速路加速车道上加速到与主线速度一致后才汇入主线，所行驶的距离为103.8 m。

计算值。经统计计算，车辆在加速车道上的纵向加速度平均值为：a纵向=0.44 m/s2

根据行驶距离的设计公式。

(3)

带入试验所得数据，解得S=100.8 m。

3.2.2加速车道基本长度对比分析

将国内外相关规范中加速车道的规范值、本文的实测值和计算值进行比较分析，见表3。

表3　加速车道长度规范值及本文实验值和计算值汇总

由表3可知，基于地下快速路匝道入口自由流状态、车辆自由行驶、不发生排队等待等理想状态下，建议地下快速路的加速车道基本长度为110 m。

4结语

地下快速路车辆运行特征：地下快速路的主线车速要比地上快速路高5~10 km/h；车辆在汇入主线时，地下快速路车速低于地上快速路车速约5 km/h；地下快速路主线车速比汇入车速大15~20km/h。

通过对城市地下快速路匝道入口段各个断面车速的分析研究，提出了主线限速60 km/h与匝道限速40 km/h的地下快速路限速组合。并且提出在此限速组合下，地下快速路加速车道长度建议值不宜小于110 m。

参考文献

[1]KATO M.An analysis on traffic accidents of highway[J].The Japanese Journal of Ergonomics，Japan，1980.

[2]SHIMOJO A，TAKAGI H，ONUMA H. A simulation study of driving performance in long tunnel[C].Vehicle Navigation and Information Systems Conference，Seattle， WA，1995.

[3]HIRATA T，YAI T. Traffic safety analysis in underground urban expressway using a driving simulator[J].Journal of the Eastern Asia Society for Transportation Studies，2003(5)：2592-2606.

[4]万海峰,张云龙,郭忠印,等.多车道高速公路合流区端部车辆速度驾驶行为远场观测试验研究[J].交通科技,2014(5):124-127.

Analysis of the Operating Characteristics of Vehicles at the

Entrance of an Urban Underground Expressway

WangShangtian,FangShouen,ZhangLanfang,LuoShili

(Department of Transportation Engineering, Tongji University, Shanghai 201804, China)

Abstract：Based on vehicle driving data, the paper analyzed and compared the differences and trend features of vehicle running speed on an urban expressway and underground expressway, analyzed and researched the driving distance when they were driven on the acceleration lane of an underground expressway. Comparing with the measured values and calculated values, reference to the length of the acceleration lane in domestic and foreign, when the speed limit is 60 km/h in the mainline and 40 km/h in the ramp, the suggested value of the acceleration lane length of underground expressway should not be less than 110 m.

Key words:underground expressway; ramp entrance; vehicle running characteristics; longitudinal acceleration; vehicle running speed; length of acceleration lane

收稿日期：2015-10-19

DOI 10.3963/j.issn.1671-7570.2015.06.048