基于车轴图谱的城市道路汽车运行特性分析

路 一,田 林,寇 越,孙 超

(1.威海海洋职业学院,山东 威海 264300;2.烟台大学 土木工程学院,山东 烟台 264005)

城市道路汽车运行特性直接影响城市道路交通通行能力。为保障城市道路交通安全,城市道路平面交叉口设置限速标志及监控设施,且大多数城市道路整个断面一般采用相同的限速值,限速标准及限速方法将影响汽车运行速度,从而影响城市道路通行能力和交通安全。对城市道路不同车道汽车运行速度及车头时距等指标分析和研究,提出针对城市道路不同行车道采取不同的限速标准,对保障交通安全及提高通行能力具有重大意义。

Fitzpatrick等[1]认为即使在设计速度低于运行车速的路段,85%位车速也是最为合适的车速限制值。Suliman等[2]通过对埃德蒙顿采集到600条城市道路的3.5亿个车辆速度样本进行分析,建立了混合效应logistic回归模型,得出道路环境、车辆特性及天气状况都会影响驾驶员对安全速度的感知。Lave等[3]研究发现:交通事故率随着车速离散性减小而降低,以减少速度离散性为基准设置限速,从而提高道路安全性。Panagiotis等[4]研究表明在某个特定限速值下,驾驶员的年龄、性别、婚姻状况、教育水平、工资水平等对运行速度存在影响。Joksch[5]通过统计大量的交通事故数据,研究交通事故造成的人员伤亡率和肇事车辆行车速度之间关系,得到了两者之间的关系式,人员伤亡率和行车速度之间呈现指数关系。陈铭等[6]通过调查上海市主干路的道路与环境特征,建立了运行速度多元线性回归模型,分析了各类道路与环境特征对运行速度的影响特性,研究表明道路与环境对主干路汽车运行速度有显著影响。李长城等[7]总结了当前国内外主要的限速方法,结合中国实际提出以V85速度作为一般路段初始限速值,根据运行状况对初始限速值进行动态修正。李娟等[8]分析了85%位车速与圆曲线的曲率变化率CCRs关系,建立85%位车速与CCRs的回归模型,并提出了高速公路直线段和曲线段限速值建议。张开冉等[9]对驾驶员自身车速的选择进行了研究,驾驶员的车速主要是以限制速度为依据,其超速范围在限速值附近。唐琤琤[10]在研究国外成果基础上,阐述了车速与安全的关系、限速与车速的关系。罗良鑫等[11]基于人机工程学,分析驾驶员信息处理过程,提出了道路限速设置方法。孙静怡等[12]通过分析快速路上的主线车速及进出口匝道车速特性,提出基于安全性主线车速的约束条件。田林等[13]通过采集高海拔地区公路汽车运行速度样本,提出了高海拔地区一级公路平曲线路段的限速值,为高海拔地区一级公路平曲线半径和限速值提供了参考。为研究城市道路汽车运行速度特征,本文在烟台市滨海东路进行运行速度样本采集试验,采用AxleLight RLU11 系列路侧交通数据采集系统采集试验路段内外两个车道的汽车运行速度、汽车车型、车头时距、汽车轴数、车轴图谱等实时数据,对数据进行处理和分析,研究城市道路不同行车道汽车运行特性,以期为城市道路不同车道限速及安全设施设置提供理论依据。

1 试验设计与数据处理

1.1 试验设计

为研究城市道路汽车运行速度特征,在烟台市滨海东路进行运行速度样本采集试验,采用AxleLight RLU11系列路侧交通数据采集系统采集试验路段内外两个车道的汽车运行速度、汽车车型、车头时距、汽车轴数、车轴图谱等实时数据。运行速度采集试验天气状况良好,试验路段交通状况和交通环境正常,试验路段线形为大半径圆曲线路段,采集的数据包括试验路段两个机动车行车道的汽车运行速度样本和车头时距样本,并剔除了非机动车道非机动车样本,采集的数据作为计算运行速度V85和车头时距T85的基础数据。汽车交通参数采集试验时间为上午11∶00-12∶00,采集样本部分试验数据如表1所示,车轴图谱如图1所示。

表1 试验数据汇总表

1.2 不同车道运行速度V85计算

利用SPSS统计软件对采集的运行速度样本数据进行统计处理[14-17],绘制了试验路段内外两个行车道的运行速度累积频率曲线,从而得到试验路段不同行车道的运行速度V85。

试验路段内行车道及外行车道运行速度累积频率曲线如图2所示,得内外行车道运行速度V85分别为67.63 km/h和65.50 km/h。

1.3 不同车道车头时距T85计算

利用SPSS统计软件对采集的车头时距样本数据进行统计处理,绘制了试验路段内外两个行车道的车头时距累积频率曲线,从而得到试验路段不同行车道的车头时距T85。

试验路段内行车道及外行车道车头时距累积频率曲线如图3所示,得内外行车道车头时距T85分别为26.30 s和11.98 s。

2 试验路段汽车运行特性分析

2.1 汽车运行轨迹位置分析

试验路段运行速度及车头时距采集试验车辆样本量为498个,试验路段内车道样本量为324,外车道样本量为174,由此可见车辆在内车道行驶的数量比外车道多,大多数驾驶员选择在内车道行驶。由运行轨迹及运行速度区间图4可得,外车道汽车运行轨迹集中于4～5 m(运行轨迹与路侧之间的距离),内侧行车道运行轨迹集中于7～8 m。汽车在内侧车道和外侧车道运行轨迹与行车道中心线范围吻合,说明驾驶员偏向选择在行车道中心线轨迹行驶。

2.2 汽车运行速度及车头时距分析

由车道车头时距与运行速度关系曲线图5可得,内侧车道运行速度集中区间为50～80 km/h,车头时距集中区间为0～15 s;外侧车道运行速度集中区间为40～70 km/h,车头时距集中区间为5～20 s。由内外车道运行速度累积频率曲线及车头时距累积频率曲线,可得内车道运行速度V85为67.63 km/h,外车道运行速度V85为65.50 km/h,外车道车辆运行由于受右侧非机动车道等干扰,导致外侧车道运行速度比内侧车道低,外侧车道车头时距比内侧车道大。通过分析可得城市道路内侧车道汽车运行速度较大,车头时距较小,通行能力较大;外侧车道由于受右侧非机动车道行车干扰,汽车运行速度小,车头时距较大,通行能力较小。

通过回归分析得到了车头时距T与运行速度V关系模型,内侧车道和外侧车道车头时距T与运行速度V关系模型分别如式(1)和式(2)所示。车头时距T与运行速度V相关性分析见表2。

表2 车头时距T与运行速度V相关性分析表

T=0.0038V2-0.2506V+8.7944

(1)

T=0.012V2-1.3845V+52.608

(2)

基于试验路段内外两条车道运行速度V85及车头时距T85不同,城市道路不同车道的限速值也应采取不同的限速标准。由于城市道路外侧车道V85比内侧车道V85小,城市道路进行限速时,内侧行车道限速值应比外侧车道限速值大。

3 结论

采用AxleLight RLU11系列路侧交通数据采集系统分车道采集试验路段汽车运行速度样本及车头时距等数据,计算得到不同车道运行速度V85及车头时距T85,通过分析显示,驾驶员大多数偏向选择在内侧车道运行,试验路段内侧车道运行速度V85比外侧车道运行速度V85大,内侧车道车头时距T85比外侧车道车头时距T85小。建立了内外行车道车头时距与汽车运行速度的关系模型,基于试验路段内外两条车道运行速度V85及车头时距T85不同,城市道路不同车道的限速值也应采取不同的限速标准。