干线公路穿越城镇段交通特性的研究

郭风俊　吴艳霞　张恒

摘要 为了提高干线公路穿越城镇路段的行车安全性，探究车辆在干线公路穿越城镇路段上的行驶特性，通过实地调研车辆的速度、加速度及驾驶员操作次数的变化的相关数据，以交通工程学和人因工程学为基础，对干线公路穿越城镇路段上的交通特性进行了研究。根据干线公路穿越城镇路段的道路环境特点，界定了公路段与城镇段之间的适应段;分析车辆实际运行速度与设计速度之间的一致性和相邻路段的速度协调性，确定在交叉口、中央分隔带开口、曲线路段的安全隐患较大并且从公路至城镇方向运行速度呈递减状态;分析公路段、适应段和城镇段相同长度路段上车辆的变速次数和加速度标准，为交通控制措施的制定和道路线形设计的优化提供参考。

关 键 词 干线公路;穿越城镇;适应段;速度;安全

中图分类号 U492.8     文献标志码 A

Traffic characteristics of main road crossing urban section

GUO Fengjun1， WU Yanxia2， ZHANG Heng2

（ 1. Shanxi Province Expressway Group Limited Liability Company， Taiyuan 030031， Shanxi， China; 2. School of Civil and Transportation Engineering， Hebei University of Technology， Tianjin 300401， China）

Abstract In order to improve the driving safety of the main road crossing the urban road section， and explore the driving characteristics of the vehicle in the process of crossing the town through the road， we investigated the changes of the speed， acceleration and the number of driver operations. Based on traffic engineering and human factors engineering， we studied the traffic characteristics of the main road crossing the urban section. According to the characteristics of the road environment of the main road crossing the urban road section， the adaptation section between the road section and the urban section is defined; the consistency between the actual running speed of the vehicle and the design speed and the speed coordination of the adjacent road sections are analyzed， and the intersection is determined. The safety risk of the opening of the mouth， the central separation zone and the curved section is large and the running speed from the road to the town is decreasing. The speed and acceleration standard of the vehicle on the same length of the road section， the adaptation section as well as the urban section are analyzed to provide reference for the development of measures and the optimization of road alignment design.

Key words main road; crossing the town; adaptation section; speed; safety

隨着我国城镇化比例的不断加大，公路穿越城镇的现象频繁的出现。城镇道路与公路路侧环境和交通特性差异较大，驾驶员在干线公路上驾驶车辆穿越城镇时会受到环境变化影响而改变行车速度，而良好的速度一致性和协调性是路段行车安全的重要保障。

对于公路与城镇道路之间连接路段的研究，早期Hakkert和Dillon分别研究了城镇道路与公路各自的交通流特点[1-2]，近几年Srinivasan和Williamson等人对城镇道路和干线公路的接入口管理技术和衔接技术进行了分析[3-4]。国内自2000年陈培建提出了穿城镇干线公路合理布局原则和应当注意的问题后[5]，公路与城镇道路连接处的安全问题日益受到重视[6-10]。车辆行驶速度的变化是驾驶员对道路环境变化感受的直观反馈，研究不同道路环境下的车辆行驶速度特性可以为交通控制措施的制定提供参考[11]。通过对速度的研究可以改善道路设计的合理性并提高不同类型车辆通行的安全性[12-15]。

可见，研究学者们已经开始重视公路穿越城镇路段的安全隐患，并且提出了中间应该设置渐变段。所以本文首先界定公路穿越城镇适应段的概念，并且对公路段、适应段和城镇段的车辆运行特性进行深入的对比分析，以此来探究干线公路穿越城镇段的交通特性。

1 公路穿越城镇路段

1.1 干线公路穿越城镇路段特点

干线公路在穿越城镇的过程中，道路本身的条件和路侧的环境是在不断变化的，调查试验道路的实际情况之后，发现干线公路穿越城镇路段有以下的特点：

1）干线公路大多是通过设置中央分隔带对道路进行分隔，交叉口密度较小且不设置信号灯，设计速度也较城镇路段高;而城镇道路对双向道路进行分隔时一般是设置护栏或者直接划线分隔，交叉口密度较大并且基本都设置信号灯;干线公路穿越城镇时，存在横断面的变化，如图1a）所示，而在此前后，道路上的交通量、车速、交通组成也有明显差别。

2）公路上农用车出现的比例较高，如图1b）所示，而在城镇路段上，非机动车出行是交通组成中很重要的一部分。

3）道路的基础设施设置也各不相同，公路上的交通标志标线等安全设施有时并不完善，部分路段出现护栏缺失、缺少照明设备的现象;而城镇段交通标志较为复杂，有时略显混乱，容易对驾驶员产生困扰。

4）公路路侧会出现牛、羊、鸟类等动物对行车产生干扰，见图1c）。而城镇路段路侧的主要问题是道路街道化严重，见图1d），且路侧广告多，干扰信息量大。

5）环境方面公路的路侧植被面积大，城镇道路路侧绿化相对较差。

1.2 适应段的界定

由于城镇和公路之间的交通组成是有差异的，再加上地形的限制，通常公路在穿越城镇的过程中，城镇道路与公路之间会出现短暂的不连续，此时驾驶员的心理就需要一个逐渐的适应过程，所以将驾驶员心理逐渐适应的路段称为适应段，因此适应段分为公路至城镇方向适应段和城镇至公路方向适应段。划分穿城镇路段如图2，图中黑色圆点是指横断面变化处。以实际地图为例，定义公路接近城镇过程中的最后一处横断面变化处至城镇中第一个交叉口之间的路段为公路至城镇适应段[L0]，定义城镇接近公路的最后一处横断面变化处至公路上的第一个交叉路口之间的路段为城镇至公路适应段[L1]。鉴于公路一般为双向多车道并且考虑到道路在建设和使用过程中的整体性，两路段合并称为适应段。

2 试验设计

2.1 实验方案

为了研究干线公路穿越城镇时在适应段的车辆运行特点，招募具有熟练驾驶经验的男性驾驶人25人，选择途径北京-河北-天津的G103作为试验路段。实验仪器采用Vbox II行车信息采集器，数据调查时间为八月中旬天气晴朗的工作日，调查时间段在早6∶00至晚18∶00进行。

2.2 试验路段概况

分析京津冀地区的干线公路，发现北京、天津2个直辖市与河北省际交界处路况相对较差，个别地点道路宽度无法满足通行需求，拥堵现象严重。沿103国道从武清城区出发到北京通州区，途经城镇34个，有6处横穿城市道路，上行方向有60个公路接入口，穿越25个城市内部交叉口，下行方向有54个接入口，共经过25个城市内交叉口。有20处道路横断面变化，其中有12次变化是在城镇和公路衔接的区域处，图3即为公路与城镇衔接处的横断面变化。

3 数据分析

3.1 车辆速度一致性分析

行车速度是影响事故发生的重要因素，基于速度差可以对路段线型进行安全评价。基于运行速度一致性评价道路线型的标准见表1。

车辆在实际道路上行驶时，驾驶员会随着路况、道路线形、周边环境等因素的变化不断调整行车速度，如图4所示，即为实测公路段上的车辆运行速度与路段的设计速度进行对比，发现实际运行速度不是一成不变的，行车速度不断波动，个别地点会出现较大的变化。图中a、b、c、d区域分别对应着匝道、交叉口、中分带开口处、曲线段。

由图4可知，车辆在不同路段的运行速度是不同的，在实验路段上绝大部分时间的实际行车速度都低于设计速度要求，出现超速的情况较少。明显的，在交叉口、中央分隔带开口、曲线路段的实际运行速度出现凹变化，速度从高位降至一定范围，在通过这些区域后速度又有大幅提升，所以在这些路段是存在明显的安全隐患的。

3.2 车辆速度协调性分析

车辆在道路上行驶时速度的波动越大，车辆发生事故的概率会越大，相邻路段之间的运行速度是否协调体现在相邻路段之间车辆运行速度的差值，相邻路段之间速度变化微小且缓和表明路线的协调性良好，而速度变化越大则表明相邻路段的路线协调性越差。其中速度差的数学公式如下式：

|Δv|=|v-v|  ， （1）

式中：|Δ|表示相邻两路段的85%位车速的差值;|v|表示调查断面i上的85%位车速;|v|表示连续路段上断面i的前一断面的85%位车速。

文献[16]规定当|Δ|>20 km/h时，可以认为运行速度协调性不良，因此车辆行驶速度作为评价道路安全性的重要标准，运行速度差值必须小于或等于20 km/h才能满足安全行车的要求。车辆在干线公路上行驶，在穿越城镇的过程中速度变化明显，图5为车辆从公路驶向城镇路段时的运行速度变化示意图。

可見，车辆从公路驶向城镇道路的过程中，由于道路环境在不断的发生变化，驾驶员依据道路周围环境及路线标志来对驾驶状态进行调整，逐渐降低车速，在到达城镇路段的时候把速度降低至城市道路的要求。

统计分析实车试验的数据，绘制公路段、适应段、城镇段的车速累积频率及对应速度如图6。由图6可知，试验路段上实际行驶过程中，在公路段上的第85位车速为68.57 km/h，在城镇段上第85位车速为39.54 km/h，在适应段上第85位车速为51.46 km/h，确定车辆在从公路至城镇方向行驶时，行驶速度是逐渐减小的，适应段的行车速度介于公路段和城镇段之间。规范对于公路路段和城镇路段有明确的设计速度的规定，并且两者是不同的，在适应段没有特别的速度要求，而这里的速度差别表明车辆在适应段行驶时速度与前后路段有明显的区别。

3.3 各路段速度变化分析

分析驾驶员车速变化次数和加速度，绘制驾驶员在与适应段长度相同的相邻公路段与城镇段车速变化次数和加速度，如图7。其中变速操作次数反应驾驶员改变驾驶状态的频繁程度，加速度标准差则表示车速调整的幅度大小。

根据图7，对于驾驶员变速操作次数受到路段类型影响的显著性进行F检验。单因素方差分析P < 0.05，表明在95%置信水平上路段类型能显著影响驾驶员变速操作次数。同时发现不同路段类型对加速度标准差也有显著影响，并且显著水平P < 0.05。

路段长度相同时，驾驶员变速的次数依次是城镇段 > 适应段 > 公路段。在公路上驾驶员变速次数为18.32次，为3种路段中变速次数的最低值，可见在公路段上行车受到的干扰较少，车辆速度相对稳定;城镇段上变速次数为27.4次，为3种路段中的最高值，意味着城镇段路侧环境最复杂，路侧干扰更多;在适应段变速次数为24.35次，介于公路段与城镇段之间。

分析加速度的标准差，城镇段0.89 m/s2 > 适应段0.74 m/s2 > 公路段0.46 m/s2，原因是城镇段行车环境复杂，受到干扰时容易出现突然减速或争抢车道时突然加速使得加速度标准差较大;而公路的环境相对简单，在车速较高的正常驾驶情况下变速幅度也较小，所以加速度标准差也是最小;适应段的加速度标准差介于两者之间，并且与城镇段和公路段有明显的差别。可见驾驶员在干线公路上驾驶车辆穿越城镇时，行车速度有明显的渐进的变化，驾驶员需要一个逐渐适应的过程。

4 结论

1）干线公路穿越城镇时，路上车辆的行驶环境经历简单—复杂—简单的变化过程，此时驾驶员需要一定长度的路段来适应这种变化，以保证行车安全。

2）在交叉口、中央分隔带开口、曲线路段实际运行速度出现凹变化，速度从高位降至一定范围，在通过这些区域后速度又有大幅提升，所以这些路段的安全隐患较大。

3）公路段与城镇段之间的速度差是大于20 km/h的，适应段的设置使得相邻路段的速度差减小，保证了行驶的安全性。

4）相同长度路段上的变速次数依次是城镇段27.4次 > 适应段24.35次 > 公路段18.32次;加速度的标准差为城镇段0.89 m/s2 > 适应段0.74 m/s2 > 公路段0.46 m/s2。可见车辆行驶状态在公路与城镇之间路段有明显的渐进的过程，反应在驾驶员身上就是干线公路上行驶车辆驶入及驶出城镇时，需要一个逐渐的适应的过程。

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[责任编辑 杨 屹]