信号交叉口进出口段限速标志对运行效率的影响研究

程 飞 郭唐仪 白 泉

1. 北京易华录信息技术股份有限公司，北京 100043

2. 南京理工大学，自动化学院，南京 210094

0 引 言

2003年，《世界预防道路交通伤害报告》将超速列为事故发生的首要影响因素[1]。Solomon曲线表明，事故与车速的关系呈 U型，当车速接近或稍大于平均车速时事故率最低[2]。Harkey、Fildes等人也得出了类似的结论[3]，如图1所示。由图1可见，车速与平均速度的差值越大，发生事故的可能性也就越大。同时，Solomon建立了4车道高速公路不同断面事故率I与车速变化ΔV关系模型：

图1 事故率与速度偏差间关系曲线(Solomon曲线)Fig.1 Relationship between crash rate and speed deviation(Solomon curve)

根据式（1）和图1知，速度与速度均值之间的差值越大，事故率越高。因此，有必要对行车速度进行有效管控，其中限速标志是各国普遍采用的方式。限速标志是道路交通标志中禁令标志的一种，它表明从该标志开始到解除限制速度标志的路段，机动车行驶的速度不能超过标志所示的数值，否则将会导致不安全的驾驶行为。实践证明，科学合理地进行限速，可在一定程度上降低事故率[4]。

1 国内外限速实践经验

国外主要有四种限速值确定方法或依据[5]。

第一个依据是法定限速，即通过行政政策手段来平衡运输效率、安全和其他由车辆运行所带来的成本之间关系。1973年，为应对能源危机，美国国会将法定限速提高至50 m/h（约90 km/h）。

第二种方法是最优限速法。通过机动车在不同环境和交通条件下不同公路运行状况绘制模型变化曲线，而最优速度则是这个曲线的最低点。该方法通过建立机动车运行、旅行时间、事故次数、事故严重程度 4类定量化的因素与速度之间的关系模型来确定限速值，属于优化模型法。

第三种方法是工程实践法，即采用运行速度法或者85%位速度作为限速值。通过调研，获取一定样本的不同车型的速度值，确定统计学意义上的 85%位值，以该值作为初始限速值，然后，根据道路线形、交通组成、历史事故等，对初始限速进行调整确定最终限速值。

第四种方法是澳大利亚公路研究局提出的软件计算限速法，该方法综合考虑了道路交通特征及专家经验。

美国主要依据MUTCD (Manual on uniform traffic control devices)规定，车速须维持在自由流状态下85%位车速±10%范围以内[6]。目前，我国限速依据主要为GB5768-2009（道路交通标志和标线）。实践中，对新建道路一般取设计速度为限速，运行一段时候后根据实际交通进行调整；对已建成道路限速，取自由流85%位车速。

为保障交通安全，平面交叉口根据需要进行信号控制，以从时间上分离交通流。在无信号交叉口可以通过设置必要的限速标志对速度进行管控。但是，对于信号控制交叉口，是否设置限速标志，以及设置的限速值与路段限速关系，仍无定论。在嘉兴市部分交叉口，除了在路段设置限速外，在交叉口进口段适当位置还设置有较路段低的限速，其初衷是考虑到在国内平面交叉口有较多行人和非机动车，通过限速标志可在一定程度上提高交叉口的安全性能。

但是，交叉口进口段的限速标志对交通运行效率是否有负面影响，影响多大，有待评估。本文以嘉兴市G320-文昌路平面信号交叉口为例，通过计算机模拟评估信号交叉口设置限速标志的运行效率影响。

2 评估场景

采用前后对比法（Before and after analysis）对嘉兴市限速标志设置改善前后的运行效率进行评估。借助VISSIM模拟，评估指标包括通过该交叉口影响范围（前后各200 m）内的排队长队、停车次数、行程时间和延误时间。

嘉兴市G320-文昌路交叉口为信号控制交叉口，相交道路文昌路为城市干道，单向两车道，进口拓宽为四车道；G320为国道，单向两车道，进口拓宽为三车道。两条道路等级较高，交通量较大，交叉口拥挤度较大。根据嘉兴市限速标志设置的特征，设计限速标志改善前后的模拟场景如下。

改善前：路段限速90 km/h，限速标志设置于交叉口入口前500 m处；同时在交叉口入口前200 m处，设置一个70 km/h的限速标志，如图2所示。

图2 改善前（现状基本段限速90 km/h和进口段限速70 km/h）模拟场景Fig.2 The simulation scenario of the case (basic section speed limit 90 km/h and cross approch speed limit 70 km/h)

改善后：取消交叉口 70 km/h的限速标志，将90 km/h降低为80 km/h，即全线统一限速80 km/h，设置于进口前方500 m处，如图3所示。

其它场景，包括交叉口渠化、信号配时以及交通量按照实际观测输入。本文模拟时长为一个小时，将这一个小时划分为12个5分钟的时段，比较每个5

分钟时段的指标变化。按照下式计算改善效果E（Effectiveness），按百分比计：

式中，E为改善效果，（%）；EB、EA为改善前、后的评价指标。

3 对运行效率影响

对VISSIM中延误时间、行程时间、改善效果的说明：

延误时间：理论行程时间与实际通行时间之差，理论通行时间是指当检测区段没有信号控制和其它车辆时，车辆通过检测区段的时间。

行程时间：车辆到达检测区段起点直至离开检测区段终点所经历的时间。

排队长度：检测区段上排队车辆长度，单位是m，不是车辆数。

停车次数：车辆进入排队状态之后停车的次数的总和。

改善效果：正值表示正面的改善效果，负值则表示负面的改善效果。

检测区段：本文设置的检测区段长度为100 m。

G320-文昌路交叉口限速标志改善前后的延误及行程时间如表1所示，排队长度与停车次数见表2，不同限速方案的运行效率指标见表3。

表1 限速标志改善前后延误及行程时间对比Tab.1 The delay and travel time before and after speed limit improving

表2 限速标志改善前后排队长度及停车次数对比Tab.2 The queuing length and stop times before and after speed limit improving

表3 不同限速方案运行效率指标对比表（平均值）Tab.3 Operational efficiencies before and after speed limit improving

4 结 论

根据表1至表3可知：在信号控制交叉口进口段设置限速标志，降低了运行效率。表现在以下几个方面（与不设置限速标志相比）

（1）平均行车速度降低约6 km/h（11.0%）；

（2）平均行程时间延长约3 s（9.78%）；

（3）平均延误增加了2.5 s（8.87%）

（4）平均排队长度增加约5.4 m（11.0%，大约一辆车的空间）

（5）每5分钟的计时周期内停车次数增加约5.5次（8.7%，相当于每分钟增加一次停车）

在信号控制交口，主线为绿灯时，具有通行权，其行车速度可以与路段保持一致，并设置必要的交叉口提醒警示标志；红灯时，车辆需停止等待下一通行权。因此，在城市信号控制交叉口进口没有必要设置限速标志，以免降低交叉口的通行效率。

[1] 世界卫生组织, 世界银行. 世界预防道路交通伤害报告[R]. 北京: 人民卫生出版社, 2004.

[2] Solomon D. Accidents on main rural highways related to speed, drivers, and vehicle [R]. Washington:Bureau of Public Roads, 1964.

[3] Fildes B. N., Rum Bold G., Leening A. Speed behavior and drivers attitude to speeding [R]. Sydney:Monash University, 1991.

[4] Aljanahi A. M., Rhodes A. H. Speed, speed limits and

road traffic accidents under free flow conditions [J].Accident Analysis and Prevention, 1999, 31(1-2):161- 168.

[5] Transportation Research Board. Managing speed:review of current practices for setting and enforcing speed limits[R]. Washington: TRB Special Report 254, 1998.

[6] US Department of Transportation. Manual on uniform traffic control devices [M]. Washington: Federal Highway Administration, 2009.