高速公路施工区车速差异显著性测定

吴 彪，杨忠振，许洪国，戴彤焱

(1.大连海事大学交通运输工程博士后科研流动站，辽宁 大连 116026；2.黑龙江工程学院汽车与交通工程学院，黑龙江 哈尔滨 150050；3.大连海事大学交通运输管理学院，辽宁 大连 116026；4.吉林大学交通学院，吉林 长春 130025)

高速公路施工区车速差异显著性测定

吴 彪1, 2，杨忠振3，许洪国4，戴彤焱2

(1.大连海事大学交通运输工程博士后科研流动站，辽宁 大连 116026；2.黑龙江工程学院汽车与交通工程学院，黑龙江 哈尔滨 150050；3.大连海事大学交通运输管理学院，辽宁 大连 116026；4.吉林大学交通学院，吉林 长春 130025)

为分析高速公路施工区不同交通控制区域的车速特性，基于现场试验与统计分析方法探究了双向四车道高速公路单向行车道封闭和半幅封闭半幅双向通行施工区车速的差异性，提出施工区车速差异分析的一种方法.采用P-P概率图法分别对两类施工区不同交通控制区域的大型车、小型车速度进行正态分布检验；运用多独立样本Kruskal-Wallis检验方法对两类施工区不同交通控制区域的大型车、小型车速度分别进行差异显著性测定.研究结果表明：单向行车道封闭和半幅封闭半幅双向通行施工区大型车、小型车速度均服从正态分布，施工区不同交通控制区域车速的差异性显著.

施工区；交通控制区域；车速；差异分析；Kruskal-Wallis 检验

0 引言

速度特性及限速方法是高速公路施工区交通安全研究的核心问题之一.受行车环境变化的影响，施工区不同交通控制区域车速差异显著[1].因此，有必要对施工区不同交通控制区域的车速差异性进行研究.国外学者较为系统地研究施工区内限速值及限速方法，如可变限速控制[2]和实时限速控制[3]，评价施工区各种限速措施效果[4].国内学者针对日益突出的施工区交通安全问题，分析施工区不同交通控制区域车速分布规律[5]，提出施工区分阶限速方案[6]，确定施工区层级限速值[7]，评价施工区限速效果[8].

本文以双向四车道高速公路部分车道封闭和半幅封闭半幅双向通行的两类施工区路段的检测数据为基础，对施工区不同交通控制区域的车速分布及变化规律进行研究，为确定限速值和制定限速策略提供依据，进而提高施工区交通安全.

1 试验路段的数据采集

选取双向四车道高速公路行车道封闭和半幅封闭半幅双向通行的两类施工区路段作为研究对象.前者行车道封闭，交通流方向不改变，限速值为60 km·h-1；后者半幅封闭，交通流方向改变，限速值为60 km·h-1.试验路段的具体信息见表1[9].

表1 试验路段的相关信息Tab.1 Information of test sections

利用澳大利亚Microcom Pty公司生产的MetroCount 5600车辆分型统计系统采集交通数据，采集的时间范围是工作日的12:00至18:00，即6个小时.为分析施工区车速分布情况及速度变化程度，检验施工区车速的差异显著性，并结合试验路段施工区布设形式，分别在施工区不同交通控制区域设置4个检测断面，检测设备具体布置如1所示.

(a) 不改变交通流方向的行车道封闭施工区

(b) 改变交通流方向的半幅封闭施工区图1 试验路段检测设备布设Fig.1 Layouts of detectors of test sections

试验路段施工区现场调查发现，小客车与其他大型车辆的运行特性有显著差异.因此结合《公路工程技术标准》(JTG B01-2014)[10]，将施工区通过车辆分为2种类型：轴距小于或等于3.8 m的车辆划为小型车、大于3.8 m的车辆划为大型车.试验路段的交通流数据如表2所示.

表2 试验路段交通流检测统计信息Tab.2 Statistic information of traffic flow diction of test sections

2 速度正态分布检验

采用P-P概率图法分别对施工区不同交通控制区域所有检测断面的大型车速度和小型车速度频率分布进行拟合优度检验.对于行车道封闭和半幅封闭两类施工区，分别以哈佳高速公路K023+950和哈大高速公路K050+260测试断面为例，利用统计分析软件SPSS 19.0对大型车速度和小型车速度样本进行正态分布检验，结果如图2、图3所示.

图3 K050+260测试断面车速正态分布P-P图Fig.3 P-P plot for normal distribution of vehicle speeds in the test section of K050+260

由图2、图3可知，施工区车速观测值与表示正态分布基准的直线符合度高，表明行车道封闭施工区工作区路段K023+950测试断面和半幅封闭半幅双向通行施工区双向通车路段K050+260测试断面大型车速度和小型车速度均符合正态分布.同理，基于P-P概率图拟合优度方法对行车道封闭和半幅封闭半幅双向通行施工区不同交通控制区域其他检测断面的大型车速度和小型车速度样本数据分别进行正态分布检验，结果表明两类施工区不同交通控制控制区域大型车和小型车的速度样本数据均符合正态分布.

3 速度差异显著性分析

3.1 Kruskal-Wallis检验方法

鉴于参数检验方法的局限制，本文利用Kruskal-Wallis非参数检验方法分别对行车道封闭和半幅封闭半幅双向通行施工区不同交通控制区域的速度样本数据进行显著性检验，以获得更多的信息.

Kruskal-Wallis 检验是一种用于检验多个总体分布是否相同的非参数检验方法，其检验的具体步骤如下[11]：

步骤1：提出假设.H0为不同交通控制区域的车速样本来自多个总体的分布无显著差异；H1为不同交通控制区域的车速样本来自多个总体的分布有显著差异.

步骤2：计算变量的秩.多组车速样本数据混合并按升序排序，求出各变量的秩.

步骤3：构造K-W统计量.Kruskal-Wallis检验构造的秩和统计量KW，为

步骤4：两两比较.检验结果拒绝原假设，认为不同交通控制区域车速样本来自多个总体的分布不全相同，可进一步成对比较.

步骤5：计算出统计量的显著性Sig，并做出判断.若Sig<α(α为显著水平，通常为0.05)，则拒绝原假设H0；若Sig>α，则接受原假设H0.

3.2 试验路段车速差异显著性分析

应用统计分析软件SPSS 19.0分别对双向四车道高速公路行车道封闭和半幅封闭半幅双向通行施工区不同交通控制区域的大型车速度和小型车速度进行多个独立样本的Kruskal-Wallis差异显著性检验，得到相应的检验结果.

3.2.1 行车道封闭施工区车速差异分析

行车道封闭施工区不同交通控制区域车速差异Kruskal-Wallis检验结果见表3所示.

表3 行车道封闭施工区不同交通控制区域车速的Kruskal-Wallis检验结果Tab.3 Kruskal-Wallis test results of speeds in different division of carriageway lane closure work zone

注：显著性为渐进显著性，显著性水平为0.05.KW表示检验统计量，df表示自由度，Sig表示显著性

表3可知，Sig =0.000<0.05，拒绝原假设H0，说明双向四车道高速公路行车道封闭施工区至少有两个交通控制区域的车速存在显著性差异.为进一步明确哪些交通控制区域车速分布存在显著性差异，需要进行成对比较检验.应用统计分析软件SPSS 19.0进行行车道封闭施工区不同交通控制区域车速样本平均秩比较和成对比较检验，其比较结果分别见图4和表4.

图4 行车道封闭施工区不同交通控制区域车速样本平均秩Fig.4 Mean rank of vehicle speeds sam plein different traffic control divisions of carriageway lane closure work zone

表4 行车道封闭施工区不同交通控制区域车速成对比较检验Tab.4 Pairwise comparisons of vehicle speeds in different traffic control divisions of carriageway lane closure work zone

注：显著性为渐进显著性(2-sided检验)，显著性水平为0.05，Std KW表示标准检验统计量，Adj Sig表示调整显著性

从表4可以看出，在行车道封闭施工区缓冲区(K025+550)和上游过渡区(K025+640)区域，Sig=0.487﹥0.05，认为大型车速度分布在K025+550和K025+640测试断面相同；在其他交通控制区域大型车速度成对比较检验时，概率(渐进显著性Sig列)小于0.05，说明大型车速度分布在行车道封闭施工区不同交通控制区域存在显著性差异.对小型车而言，在不同交通控制区域小型车速度成对比较检验时，概率(渐进显著性Sig列)小于0.05，说明在行车道封闭施工区不同交通控制区域小型车速度分布差异显著.

3.2.2 半幅封闭半幅双向通行施工区车速差异分析

半幅封闭半幅双向通行施工区不同交通控制区域车速差异的Kruskal-Wallis检验结果见表5所示.

表5 半幅封闭施工区不同交通控制区域车速的Kruskal-Wallis检验结果Tab.5 Kruskal-Wallis test results of speeds in different division of one-way closure work zone

注：显著性为渐进显著性，显著性水平为0.05

表5可知，Sig =0.000<0.05，拒绝原假设H0，说明双向四车道高速公路半幅封闭半幅双向通行施工区至少有两个交通控制区域的车速存在显著性差异.为进一步明确哪些交通控制区域车速分布存在显著性差异，应用统计分析软件SPSS 19.0进行半幅封闭半幅双向通行施工区不同交通控制区域车速样本平均秩比较和成对比较检验，其比较结果分别见图5和表6.

图5 半幅封闭施工区不同交通控制区域车速样本平均秩Fig.5 Mean rank of vehicle speeds sam plein different traffic control divisions of one-way closure work zone

表6 半幅封闭施工区不同交通控制区域车速成对比较检验Tab.6 Pairwise comparisons of vehicle speeds in different traffic control divisions of one-way closure work zone

注：显著性为渐进显著性(2-sided检验)，显著性水平为0.05

从表6可以看出，在半幅封闭半幅双向通行施工区下游过渡区(K049+900)和双向至单向过渡段(K050+000)区域，Sig=0.120﹥0.05，认为大型车速度分布在K049+900和K050+000测试断面相同；在其他交通控制区域大型车速度成对比较检验时，概率(渐进显著性Sig列)小于0.05，说明大型车速度分布在半幅封闭半幅双向通行施工区不同交通控制区域存在显著性差异.对小型车而言，在不同交通控制区域小型车速度成对比较检验时，概率(渐进显著性Sig列)小于0.05，说明在半幅封闭半幅双向通行施工区不同交通控制区域小型车速度分布差异显著.

4 结语

1) 以双向四车道高速公路行车道封闭和半幅封闭半幅双向通行施工区的实测车速数据为基础，采用P-P概率图车速频率分布拟合优度方法对两类施工区不同交通控制区域所有检测断面的大型车、小型车速度分别进行了正态分布检验，分析了施工区不同交通控制区域的车速分布特性及规律.

2) 基于多独立样本Kruskal-Wallis检验的速度差异显著性测定是进行高速公路施工区不同交通控制区域车速差异性分析的一种有效方法，施工区不同交通控制区域大型车速度和小型车速度分布存在显著性差异，符合高速公路施工区路段运行速度的实际情况.

3) 受实测车速数据、检验方法及统计分析软件等的局限与制约，人-车-路及环境因素耦合作用下的高速公路施工区车速差异分析还有待进一步研究.

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(责任编辑：蒋培玉)

Variance significance determination of vehicle speeds in freeway work zones

WU Biao1, 2，YANG Zhongzhen3，XU Hongguo4，DAI Tongyan2

(1.Postdoctoral Programme of Traffic and Transportation Engineering，Dalian Maritime University，Dalian Liaoning，116026，China；2.School of Automobile and Traffic Engineering，Heilongjiang Institute of Technology，Harbin，Heilongjiang 150050，China；3.School of Transportation Management，Dalian Maritime University，Dalian，Liaoning 116026，China；4.College of Transportation, Jilin University, Changchun，Jilin 130025，China)

To analyze the characteristics of vehicle operating speed, the variance significance of vehicle speeds in carriageway lane closure and one-way closure work zones on dual-way-four-lane freeway was explored and a method on speeds variance analysis for work zones was proposed by using field tests and statistical analysis.The method of P-P probability plots was adopted to verify the normal distribution for the speed samples of trucks and cars in different traffic control divisions of carriageway lane closure and one-way closure work zones respectively, and the method of Kruskal-Wallis test was utilized to verify the variance significance of vehicle speeds among traffic control divisions respectively.The research results show that the speed samples of trucks and cars are normal distribution and there are significant variance in vehicle speeds in different traffic control divisions of carriageway lane closure and one-way closure work zones.

work zone；traffic control division；vehicle speed；variance analysis；Kruskal-Wallis test

2015-12-14

吴彪(1978-)，副教授，主要从事道路交通安全与交通规划研究，wu_sanhu@aliyun.com

中国博士后科学基金资助项目(2014M561215)；教育部人文社会科学研究资助项目(11YJCZH183)；黑龙江省教育厅科学技术研究资助项目(12511450)

10.7631/issn.1000-2243.2016.04.0563

1000-2243(2016)04-0563-07

U491

A