道路限速区段划分方法的研究

□白家豪

一、限速区段相关概述

(一)限速区的概念。现在国内最常见的限速方式是全线统一限速，但由于受道路条件、路面的使用情况、交通安全情况、路测环境条件、是否有特殊路段、驾驶人情况、气候或天气情况以及资金等条件的影响，不可能采取统一的限速。因此需要根据具体路段的实际情况建立相应的限速区，使得要求规范的限速值与驾驶员预期的相一致，并通过相应交通调查，及时更新限速区的设置。

(二)当前限速区段存在的问题。目前，我国限速区路段存在以下问题：一是各个限速区的划分没有充分考虑到当地道路条件、路面的使用情况、交通安全情况、路测环境条件、是否有特殊路段、驾驶人情况、气候或天气情况等，因地制宜。二是限速区内的限速值大多以一线工作人员的主观经验指定，没有很好地参考当地事故发生情况进行改进。三是在道路的几何线形、事故等方面的数据资料还不够充分。四是相邻限速区路段之间的速度变化率大，因此不可能在限速区之间平滑过渡。

(三)限速区的划分标准。目前国内绝大多数车辆的主表盘以20、40、60、80为刻度并指示数字，10、30、50为辅助刻度，不指示数字。因此，驾驶员在驾驶过程中难以准确读取和控制车速，通常在限速区以10km/h的速度增减车速。

同时根据《指南》的评价标准可得：如果相邻限速区间的限速差在10km/h以内时，表明相邻两个限速区路段之间的车速变化率较低，协调性较好，行车很安全；如果相邻限速区路段之间的限速差在10～15km/h，表明相邻限速区路段的车速变化率较低，协调性好，行车安全；但如果相邻限速区路段的限速差在20km/h以上，则说明相邻限速区路段的速度变化率较大，协调性差，危险驾驶，容易造成交通事故。因此，要根据具体的道路条件、路面的使用情况、交通安全情况、路测环境条件、是否有特殊路段、驾驶人情况、气候或天气情况以及资金等合理地进行路面限速区段的划分。

(四)限速区的划分原则。限速区路段的划分，须按照以下原则进行：一是限速区内的限速值不得超过道路法定最高限速值。二是限速区内限速信息必须保证车辆在各个限速区路段之间的平滑过渡，防止出现车速突变现象，最终导致交通事故。三是限速区的限速值应明确标识，在驾驶过程中让司机清晰可见。四是限速区内的车速限制不应频繁更改，容易使驾驶员产生疲劳感，加剧了潜在的危险性。

(五)限速区段的划分。依据道路交通的几何线形、车辆的运行速度等并通过卫星电图初步进行初始限速区的一般划分，对于那些特殊路段、事故多发地点进行限速区段的局部划分。

此外，通过对影响限速区划分的各种因素进行梳理总结，基于物权理论，熵权的限速值物元TOPSIS决策对各种影响因素进行权重分析和标准化处理，得到各限速区最佳限速值，然后对相近限速值的限速区路段进行合并，得到最佳的道路限速区段的划分方案。

基于有序聚类的方法，进行个限速区域得优化组合，为确保所有的限速区均符合最小长度要求，最后通过检验限速区段间的速度变化率来检验运行速度的协调性。

(六)影响道路限速区段划分的各种因素。对道路限速区段划分方法研究，首先要考虑影响限速区划分的各种影响因素，文章通过归纳总结国内外参考文献里的各个因素进行分析。

1.道路的几何线形及路面的使用性能。主要指道路的几何线形，路侧条件对限速区段的影响，尤其在一些特殊路段：平交口，隧道，长下坡等易引发交通事故的地方，要单独划分限速区，确保相邻限速区之间车速的平稳过渡。

2.易发生事故的路段。相邻限速区路段之间速度变化率较大，引起的交通事故数量较多。如：连接小半径圆曲线路段的长直线、长下坡路段、穿村镇路段、平交路口路段和立交出口路段的长直线、长隧道路段、视距不足路段等，需要进行限速区的局部划分。

3.周边气候条件的影响。由于雨雪、大雾等不利条件的影响，驾驶员在驾驶过程中的视距以及路面的附着系数会随之变化，因此遇到经常发生此类特殊天气，为保证行车安全，应当建立适当的限速区并单独分析，以减少一些特殊天气信息条件下的事故发生。

4.驾驶员运行速度与期望速度。道路条件以及交通通行情况影响着驾驶员的运行速度，有时可能存在驾驶员的期望速度比设计速度高有的比设计速度低。因此，应合理划分限速区，使驾驶员的道路速度与预期速度一致。

5.相关道路交通法规。限速标志及交通安全设施的设立应当清楚醒目，限速区段的划分不易频繁，应保障每个小限速区满足最小长度需求，保证驾驶员的驾驶舒适度以及相邻限速区段间运行速度的平顺衔接，以及其他道路交通法规定的内容。

二、限速区最佳限速值的确定及最佳道路限速区段划分方案的选择

本文引用Hwang等提出的TOPSIS决策分析方法，借助多属性决策相关问题的理想解和负理想解，对各个设计方案的研究需求进行排序。比较最佳限速区内限速划分方案的物元与理想解负理想解之间的距离，得到最优方案结果。最后将限速值相近的限速区合并，得到道路限速区段的最佳划分。

(一)构造初始限速值矩阵方案。对于各种限速值划分方案，初始指标矩阵如下：

式中：m=限速值划分方案的数量；

n=影响限速值的各种因素；

rmn=第m个限速划分方案中第n个影响因素指标的特征值。

(二)各影响因素的标准化处理。由于各个限速值影响因素指标的单位、属性、数量级等可能均有不同，各个影响因素需标准化处理，具体公式如下：

1.一般来说，成本型属性的影响因素指标越小越好，例如：事故的发生率、路面的通行时间等。

2.对于区间型属性的影响因素指标，例如：相邻限速区之间的速度变化率等。

3.对于偏离型属性的影响因素指标，影响因素指标偏离某个值越小越好，例如：驾驶员的预期速度、周围气候环境及路面使用情况等。

由此得到标准化处理后的矩阵：

(三)影响因素权重的计算。权重分析主要采用熵权理论，j指标的指标值分布越分散，对应指标的重要性越高；反之，j指标的指标值分布越集中，指标对结果的影响越小，重要性越低。

在(m,n)的评价问题中，定义第i个影响因素指标的熵权ωi为:

(四)决策矩阵的计算。将影响因素的标准化指标值与其对应的权重值相乘，得到决策矩阵：

(六)相对接近度计算。根据公式，各划分方案与正理想解的距离为：

各划分方案与负理想解的距离为：

由于Di是各划分方案到正理想解的距离与正负理想解之间存在距离的比，所以Di的值越小，划分方案越接近正理想解，越远离负理想解。

(七)选择最佳的限速值划分方案。将Di值进行排序，选择最小值，就是限速值划分的最佳方案。

(八)依据最佳限速值进行限速区段的划分。通过上述方法得到各个限速区路段最佳的限速值，然后具有相似限速值的路段合并，得到道路限速区段最佳划分方法。

三、通过有序聚类的方法进行优化组合

为使每个限速区的限速区长度均满足最小限速区段长度要求。运用有序聚类的方法，将各个限速区进行优化组合。通过数学方法定量找出相邻样本之间的亲属关系，进行合理比较并合并分类。具体分类步骤是：第一步，建立n各类，每个类只包含一个样本；第二步，计算n个样本之间的距离；第三步，将距离相近的两个类组合成一个新的类；第四步，计算新类和当前类之间的距离，如果类数为1，则继续下一步。否则回到第三步再次进行组合；第五步，确定类的数量并得到分类结果。

现在假设整条路段被分成n个路段，每个路段之间的距离为l1,l2,…,ln，对应限速区各路段的限速为v1,v2,…,vn

依此类推直至各个限速区段均满足最小限速区长度要求。

依此类推直至各个限速区段均满足最小限速区长度的要求。

依此类推，直到每个限速区路段满足最小限速区长度的要求。

四、基于驾驶舒适度对限速区段进行协调性检验

式中RV表示相邻限速区路段限速值的变化率，Vi表示当前该限速区的限速值，Vi-1表示上一个限速区的限速值。

表1

五、限速区段划分的意义

本文首先通过初始限速区以及卫星电图等进行大限速区段的划分，然后基于分析查验影响限速区内限速值各种影响因素，引用物元的概念，熵权的限速值物元TOPSIS决策方法，给限速区段划分存在的各种方案进行集中排序，通过比较与正负理想解之间的距离，得到最佳限速值的划分方案，并对相近的限速区进行合并，得出了最佳道路限速区段划分方法；同时，为了保证每个限速区长度满足最小长度要求，通过有序聚类的方法进行相邻限速区之间的优化组合；最后为保障驾驶员的驾驶舒适度与安全性，提供更加人性化的服务，通过相邻限速区车速协调性检验进行验证。

道路限速区段划分方法的研究，将有利于保障道路交通安全进行各限速区段的合并分立，优化组合。具体体现在以下几个方面：提高道路通行能力，减少交通事故，增强了驾驶员的驾驶舒适度，有利于降低与缓解交警部门的执法难度与强度问题，同时通过推广也将有助于形成一套较完整的限速区理论体系。