（交通运输规划与管理专业论文）高速公路出口匝道上游段逐级限速控制研究.pdf

r e s e a r c c o n t r 0 1 f o r b y t a n gh a n - j i e s u l d s u p e r v i s e d b y p r o f l uj i a n s c h o o lo ft r a n s p o r t a t i o n s o u t h e a s tu n i v e r s i t y j a n u a r y2 0 10 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我 一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：型坠丝日期： 2 0 0 f 二z 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印 件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质 论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括 以电子信息形式刊登) 论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布( 包括以电 子信息形式刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名：渺师签名：j 垫墨兰翻期： 2 0 l o f 22 摘要 摘要 论文题名：高速公路出口匝道上游段逐级限速控制研究 研究生姓名：唐汉杰 导师姓名：陆键 学校名称：东南大学 高速公路主线限制车速与出口匝道限制车速之间差距很大，保证车辆从高速公路主 线合理减速至符合匝道限速要求，对于车辆在匝道内安全行驶有重大意义。论文旨在通 过在出口匝道上游段进行逐级限速控制，即对主线外侧车道提前进行限速，以达到使车 辆以符合匝道限速要求的车速驶离高速公路。 对调查出口匝道区域的交通流数据进行统计分析发现，目前驾驶员在临近出口匝道 的主线外侧车道上的减速度符合安全要求，但当出口匝道鼻端限速为4 0 k m h 时，车速 不能满足匝道限速要求，因此确定研究对象为匝道鼻端限速为4 0 k i n 的出口匝道，并根 据出口匝道减速度分布规律随减速车道长度的不同，将出口匝道分为减速车道长度大于 2 0 0 m 与小于2 0 0 m 两类。 对实测车速的分析，发现外侧车道的运行车速与不随主线限速值变化，各调查点车 速均在1 0 0 k m h 左右。通过统计分析发现外侧车道运行车速与饱和度关系较强，建立了 二者之间的关系模型，以达到预测新建高速公路外侧车道运行车速的目的。在国外已有 研究成果的支持下，分析了限速标志的有效性，在仿真软件的帮助下建立了限速标志有 效性模型。 论文以现有的减速分布规律为依据，从鼻端限速标志限速值反推合理的外侧车道运 行值，通过限速标志有效性模型进行修正，并结合工程经验，推荐外侧车道提前限速值； 从驾驶员对信息的反应机理，计算了安全的限速标志前置距离。 最终，论文对不同高速公路主线车道数与减速车道长度的出口匝道提出了逐级限速 控制方案。 关键词：出口匝道，逐级限速，减速度，限速标志有效性 a b s t r a c t a b s t r a c t t i t l e ：r e s e a r c ho ns u c c e s s i v e s t a g es p e e dl i m i tc o n t r o la tu p s t r e a mo ff r e e w a yo f f - r a m p b y ：t a n gh a n - j i e s u p e r v i s e db y ：l uj i a n u n i v e r s i t y ：s o u t h e a s tu n i v e r s i t y t h e r ei sag r e a td i f f e r e n c eb e t w e e nf r e e w a ym a i n l i n es p e e dl i m i ta n d o f f - r a m ps p e e dl i m i t ，i n o r d e rt oe n s u r es a f e t yd r i v i n go nr a m p ，i ti si m p o r t a n tt om a k ev e h i c l e sr e a s o n a b l yd e c e l e r a t e t or a m ps p e e dl i m i t t h i sr e s e a r c hp r o p o s eas u c c e s s i v e s t a g es p e e dl i m i tc o n t r o lm e t h o do n f r e e w a yo f f - r a m pu p s t r e a m , n a m e l y , s e tas p e e dl i m i tt om a i n l i n eo u t s i d el a n ei na d v a n c e ，s o t h a tv e h i c l e sc o u l dd r i v ea w a yf r o mf r e e w a yw i t hs p e e d c o r r e s p o n d i n gt or a m ps p e e dl i m i t f i r s t l y , f i e l ds u r v e ya to f f - r a m pa r e ai sc a r r i e do u tt od b t a i nt r a f f i cs t r e a mc h a r a c t e r s t h r o u g h a n a l y z i n gt h e s ef i e l dd a t a ，t h ed e c e l e r a t i o no fm a i n l i n eo u t s i d el a n en e a ro f f - r a m ps a t i s f y s a f e t yd e m a n d b u tw h e nt h es p e e dl i m i ta tn o s ep o i n t i s4 0 k m h , s p e e dc a nn o ts a t i s f y , s o o f f - r a m pw i t hs p e e dl i m i t4 0 k m hi st a k e nf o rr e s e a r c ho b j e c t d e c e l e r a t i o nl a n ei sc l a s s e d i n t ot w ol a b e l s ，l a r g e ra n dl e s st h a n2 0 0 m , a sd e c e l e r a t i o nd i s t r i b u t i n gr u l ev a r i e sb yl e n g t ho f d e c e l e r a t i o nl a n e a c c o r d i n g t of i e l dd a t a , o p e r a t i o ns p e e do fo u t s i d el a n ed o e sn o tv a r yw i t hm a i n l i n es p e e d l i m i t ；s p e e do f e a c hs u r v e yp o i n ti sa r o u n dlo o k m h v a l i d i t yo fs p e e dl i m i ts i g ni sa n a l y z e d o nt h eb a s i so fs i m i l a rr e s e a r c hr e s u l t sa b r o a d ，a n dw i t ht h eh e l po fs i m u l a t i o ns o f t w a r e ，s p e e d l i m i ts i g nv a l i d i t ym o d e li ss e tu p b a s e do nt h ep r e s e n td e c e l e r a t i o nd i s t r i b u t i n gr u l e ，r a t i o n a lo p e r a t i o ns p e e do no u t s i d el a n ei s b a c k - c a l c u l a t e df r o ms p e e dl i m i ta tn o s ep o i n t a m e n d e db ys p e e dl i m i ts i g nv a l i d i t ym o d e l ， c o m b i n gw i t hp r o j e c te x p e r i e n c e ，o u t s i d el a n es p e e dl i m i tv a l u ei sp r o p o s e d a c c o r d i n gt o d r i v e r s r e a c t i o nm e c h a n i s mt os i g ni n f o r m a t i o n , t h es p e e dl i m i ts i g np r e p o s e dd i s t a n c ei s c a l c u l a t e d a tl a s t ，s u c c e s s i v e s t a g es p e e dl i m i tc o n t r o ls c h e m e sa r ep u tf o r w a r df o ro f f - r a m p sw i t h d i f f e r e n tl a n en u m b e ro nm a i n l i n ea n dd i f f e r e n tl e n g t ho fd e c e l e r a t i o nl a n e k e y w o r d s ：f r e e w a yo f f - r a m p ，s u c c e s s i v e s t a g es p e e dl i m i tc o n t r o l ，d e c e l e r a t i o ns p e e d ， v a l i d i t yo fs p e e d l i m i ts i g n 目录 摘要 目录 i 目录 第1 章绪论 l 1 1 研究背景及意义一l 1 2 国内外研究现状2 j 2 j 卣0 移研凭z 刃赏2 j 2 2 唇访万f 疙琚赀3 j 2 ， 谚览刃赀分析4 1 3 研究内容与方法5 j 3 壤题身国氟j j 3 2 脱磋萝扮j j 3 3 励黝客5 j 3 4 研疙藐衣路线：6 第2 章交通数据采集与处理。 2 1 出口匝道类型确定8 2 2 研究区域l l 2 3 数据调查1 2 2 3 j ；暂l l 劝芬一j 2 2 3 2 ；矛i 室；嗪j 2 2 3 3 兹台霉幼理方缮1 5 2 4 数据处理结果1 5 2 4 1 调查点几何参数数据与艰速控翩数值1s 2 4 2 霓透量敷落j 6 2 4 3 翅缓裂约晕：1 7 第3 章出口匝道上游段交通流特征分析1 9 3 1 驾驶员行为特征理论分析1 9 3 2 交通组成、车型分布分析2 0 3 2 j 力、瘦彰乒遭筝型绉膀2 j 3 2 2 各种车銎的内孙侯! l 车道分布。2 2 3 2 3 宾狗结2 3 3 3 断面速度分布规律分析2 4 3 3 j 鳜秘：宠绣愀孽分布耱斧2 4 3 3 。2 颧面速度随减速车道长度分布规律，2 7 3 3 3 i 线车道数对断面车速影响分析2 8 3 3 4 备事型捌布龆第一2 9 3 4 减速度分布规律分析3 0 3 4 1 钎厨缓甸藏运劈辔矛，箩3 0 ，4 2 减速发爱之全丝3 j 3 4 3 洌速度後烫涩：拓第3 j 3 4 4 藏逋害遭驾爱另无矽多分笏3 2 i i i 目录 3 5 小结3 2 第4 章运行车速影响因素 4 1 研究方法确定3 4 4 2 影响因素初步选取3 4 4 2 1 璐线z 何参兹3 5 4 2 2 霓西旋参辫3 6 4 3 影响因素数学分析3 6 4 3 j 存参裁荬嬲线据茹 4 3 2 擞学分笏3 7 4 4 仿真分析3 9 4 4 1 笏莫崭斧落择猡 一4 2 勿算崭弹参数灰启4 0 4 4 3 劈箕方案钙 4 4 4 劳真耄翰哥分析筘 4 5 模型建立4 7 4 5 1 横型灰詹彳7 4 5 2 摸垄橙粒4 7 4 6 叫、结4 8 第5 章高速公路限速标志有效性分析 5 1 模型原型5 0 5 2 模型标定5 1 5 2 1 缎：方案雳劳及兹诌熘5 1 5 2 2 禊垄僖惝缌直绣纪5 2 5 2 3 参嚣拣彦与猃猃5 2 5 3 刀、结。5 3 第6 章逐级限速控制方法 6 1 逐级限速控制方法应用对象5 4 6 2 逐级限速控制的目的与原则5 4 6 3 限速值确定5 4 6 3 j 逐级服运旋裁功启舛 6 3 2 解迸缮琚定方珐” 6 3 3 出臼匝道区域减速度确定js 6 6 3 4 主缝哲觯：遘 6 3 5 鹰透蘑矛第5 6 6 4 限速标志设置位置5 8 6 4 1 驾致死办云应祝窖j 粥 6 4 2 绣定危俭存j 9 6 4 3 膈迸粝，赢彭量蹬薄卯 6 5 限速方式及标志设置形式6 1 6 6 逐级限速控制方案6 1 6 7 卅、结。6 2 第7 章结语 i ；3 7 1 研究结论6 3 i v 7 2 论文主要创新点6 4 7 3 展望“ 致谢6 6 参考文献6 7 作者简介7 4 v 一f l 第1 章绪论 1 1 研究背景及意义 第1 章绪论 高速公路是公路网的重要组成部分，在公路运输系统中占有举足轻重的地位。从1 9 8 8 年，沪嘉高速公路建成通车是我国高速公路零的突破，经过2 1 年的快速建设与发展，至2 0 0 8 年全国高速公路通车总里程达6 0 3 万公里，通车里程居世界第二位，全国高速公路网“7 9 1 8 ” 的雏形也在逐渐形成当中。 在高速公路迅速发展的今天，高速公路行车安全越来越引人注目。高速公路是全线控制 出入的全封闭式交通环境，出口匝道是为高速公路上的车辆提供与其他道路联系的唯一途 径，因此出口匝道在高速公路上的重要性十分显著。在与高速公路相邻的主线车道上集中了 车辆的变换车道行为与减速行为，这导致了换车道车辆与直行车辆、减速车辆与正常车速行 驶车辆之间的冲突【l 】。 美国南佛罗里达大学对发生在出口匝道鼻端上游1 5 0 0 英尺，下游1 0 0 0 英尺范围内的车 辆碰撞事故进行了统计，调查范围涵盖佛罗里达州4 2 4 处出口匝道，统计时间周期为三年( 从 2 0 0 4 年至2 0 0 6 年) 。统计表明，三年时间内有记录的事故为1 3 9 7 0 起，其中仅财产损失事故 7 7 5 0 起、人员受伤事故6 3 0 3 起、人员死亡事故1 1 7 起，平均每个调查点的事故率为1 0 9 8 起年【2 1 。由此可见，出口匝道附近的交通安全问题已经值得国内专家引起重视。 高速公路出口匝道附近交通流相对于主线交通流存在以下三个特点：( 1 ) 速度差大。 在出口匝道附近区域，主线设计车速与匝道设计车速的巨大差异，造成了减速车道上的车 辆与相邻主线车道车辆速度的极大差异；( 2 ) 驾驶员驾驶行为复杂。进入减速车道的驾驶 员需要进行寻找插入空隙、减速、变换车道等复杂驾驶行为；( 3 ) 交通环境复杂。主线车 辆的速度受到驶入出口匝道车辆影响降低后，出口匝道区域主线的交通流密度增大，同车 道前后车辆、邻近车道车辆之间的车辆相互影响犬3 1 。其中如何解决将驶离高速公路车辆 在主线上与匝道上速度差大，保证车辆合理、安全地在从高速向低速变化是本文要解决的 问题。 2 0 0 4 年在中国出版的由世界卫生组织编制的世界预防道路交通伤害报告【4 】将速度作 为影响碰撞发生的第一危险因素。可见合理的限速控制对安全有很大的积极作用。 目前，国内外学者、专家对高速公路主线和出入口匝道的限速进行的研究均是从单一速 度值的限速来进行考虑。通常工程中的限速方法是在出口匝道上游区域采用高速公路主 东南大学硕士学位论文 线的限速控制值，在出口匝道端部采用出口匝道半径最小处的设计速度值作为限速控制 值，因此车辆的运行车速在“主线一出口匝道上游段一出口匝道“这三段连续的路段上 的速度梯度值较大。连续路段间速度梯度值与事故严重程度的关系已得到证明，速度梯 度越大，事故严重性越大嘲。 从驾驶员行为角度考虑，驾驶员车辆从主线经减速车道驶入出口匝道的驾驶行为和速度 分布规律，且驾驶员个体行为之间的差异较大，不利于行车安全。因此，为保障车辆安全、 舒适地进入出口匝道，如何通过限速手段，使车辆在主线限速控制值与匝道限速控制值的巨 大数值差距上逐渐过渡具有重要的研究意义和实用价值。 1 2 国内外研究现状 出口匝道上游段的逐级限速控制研究与主线的限速控制值紧密相关，本文的研究也 将从主线的限速控制值入手，进而研究合理的出口匝道上游段逐级限速控制方式，以确 保车辆在“主线一出口匝道上游段一出口匝道”这三段路段上速度平稳过渡。 1 2 1 国外研究现状 国外对于限速控制的研究方向主要有两个： 1 、运行速度统计分析 在国外的相关规范中，限速值的确定主要是依据观测运行速度的y s s 。这个结果是美国研 究人员经过观测统计，绝大部分的车速( 7 0 9 6 以上) 分布在平均车速的附近1 0 英里小时 ( 1 6 9 m h ) 的范围内，其上限值与k s 近似相等，为了控制车速的离散性，将作为限速标 准5 1 。这同时也与欧美各国均受s o l o m o n 的“事故与速度差的u 形曲线”的影响有关。1 9 6 4 年，s o l o m o n 通过对9 7 0 k m 路段上，与事故相关的1 0 0 0 0 名驾驶员调查发现，事故数与 ( 晦速一乃成u 形曲线关系旧，1 9 9 0 生gh a r k e y 、1 9 9 1 年f i l d e s 等人的研究也有同样的结论， 如图1 1 所示。在以平均速度个标准差速度范围内的车速行驶时，有较低事故率；平均速 度加上l o k m h 附近位置( 接近p 8 5 速度) ，事故率最低。在b t u c t d 中明确指出，限速应在自由 流车速1 0 k 锄 或+ 5 m p h 的范围内。英国、澳大利亚和加拿大的限速原则与美国相似， 在速度的基础上综合考虑道路条件、历史事故数据适当折减。这种限速控制方法的优点 是工程使用简单，符合统计学规律，它适合路段稳定车速的限速控制，但是在两种设计速度 2 第1 章绪论 差较大的交通设施衔接处，车速本身就在变化，此时采用单一的限速并不符合车速的实 际变化规律【7 1 。 o q 够喵o - 2 0麓6 0 尚警均率邂缝值，( i 隔一 图1 - 1 事故与速度关系曲线 2 综合交通因素分析 新西兰采用根据道路条件、周边环境、交通量等因素将道路分为若干安全等级，作 为限速依据，并且制定了详细的流程图，其限速值范围为2 0 k m h 到1 0 0 k m h ，高值为高 速公路限速控制值。这种限速方法综合地考虑了交通环境的各种因素，但没有将车速的 分布规律纳入流程之中。 澳大利亚道路研究委员会( a r r b ) 开发了道路安全应用软件x l i m i t e s ，该 软件包括复杂的决策支持方法，软件考虑了现有车速限制、土地利用、道路特征、历史 事故等影响因素来确定新的车速限制推荐值 9 1 。 1 2 2 国内研究现状 根据我国的公路工程设计有关规范和标准，公路设置限速的唯一依据是设计速度， 全国高速公路均以设计速度作为限速标志的取值依据。但国内外专家普遍认为依据设计 速度进行限速过于保守。 近年来，国内关于限速的研究较多，主要可以分为以下两类： l 、针对驾驶员研究的限速控制 这一类的研究主要从驾驶员的反应速度、行为特征进行研究。较具有代表性的论著 有： 罗良鑫等从驾驶员的信息传输速率入手，推导了符合人体工学的限速计算公式，为 道路交通系统合理限制速度的设置提供了新的思路【1 0 1 。 蛳 撇 缃 斡 始 i巷l，脊糍謦 东南大学硕士学位论文 张开冉等对驾驶员在有速度限制的道路上行车时其速度选择问题进行了研究，得出 了具有一定意义的统计学结论【l l 】。 裴剑涛等以反应时间、动作时间和制动反应时间为指标对驾驶员的年龄和车速进行 了分析，得出了车速是影响驾驶员反应的显著因素的结论【1 2 1 。 2 、考虑交通环境研究的限速控制 这一类的研究主要通对道路环境的进行多因素分析进行研究。较具有代表性的论著 有： 吴京梅提出的理论需要综合考虑道路事故数量的减少率、道路车辆分类及其所占比 例、驾驶员违规的比例、实施的可能性、强制执行的费用等因素来对k ，限速进行修正【1 3 1 。 孙会元、孙黎等在探讨新建公路限制车速与行车安全视距值之间关系的基础上，对新 建公路限制车速采用的行车安全视距值与影响因素进行量化，提供了新建公路限速选用 的行车安全视距范围。 这两类方法从不同的角度对高速公路合理限速控制方式进行研究，但是这两类方法 的研究区域均为高速公主线，未对出口匝道区域的减速度特征做出分析。 1 2 3 研究现状分析 根据上述国外研究现状的叙述发现，国外对限速控制的研究主要受s o l o m o n 的影响 是通过对现场实测数据统计分析，分析运行速度的分布规律，建立运行速度与事故率之 t ， 间的关系，寻找事故率最低区域的速度分布范围，并得出了以7 8 5 为基准点的限速范围。 综合考虑道路条件、道路周边用地、交通安全等方面的因素从而推荐合理的限速控制值 也是国外的一个限速研究发展方向。 在国内，限速研究主要从驾驶员和交通环境两个角度进行。从驾驶员角度对限速控 制的研究主要是从人体功能学出发，考虑了驾驶员对接受信息、分析信心和做出反应、 执行动作的过程，为限速控制的研究提供了新的方向。国内对于交通环境影响下的限速 控制主要是考虑线形、坡度和交通组成对7 8 5 限速控制值进行修正的研究，其中还包括了 进行限速控制标志设置的安全行车视距等方面的研究。可变限速研究是针对交通量处于不同 状态或遇到特殊事件时，在拥挤路段前采用不同的限速值进行控制，己达到保持道路行驶通 畅的目的。 以上所提到的国内外研究都是以高速公路主线为研究对象。目前，针对高速公路出口匝 4 第1 章绪论 道区域这个高速公路上交通信息最多、交通流向最复杂、速度离散性最显著的路段之一的限 速控制方案鲜有研究。基于此，本文旨在从高速公路出口匝道车辆运行特点、减速度分布特 征，研究提出一套针对有利于提高交通安全，考虑驾驶员驾驶特性的逐级限速控制方案。 1 3 研究内容与方法 1 3 1 课题来源 论文依托于国家自然科学基金项目高速公路出口匝道几何特征和控制方式对交通安全 和通行效率的影响研究( 5 0 7 7 8 0 4 0 ) 和西部交通科技建设项目高速公路出口匝道交通安 全保障技术研究( 2 0 0 8 3 1 8 0 0 0 0 8 ) 的开展，以交通安全为出发点，对出口匝道上游段逐级 的可行性和实施措施进行研究。 1 3 2 研究假设 本研究在两个假设下进行： 1 出口匝道鼻端限速合理。论文的研究主要是针对如何通过控制手段保证车辆从 主线过渡到出口匝道时，在合理地将速度降低到符合匝道限速要求的车速，因 此需要该假设作为研究的基础。 2 在研究区域内车辆已经完成了从内侧向外侧变换车道的过程。本文的研究重点 是速度控制，该假设是为了简化研究中驾驶员的行为选择。论文将在第三章中 对该假设进行分析。 1 3 3 研究内容 本文在对车辆运行特征进行调查和分析的基础上，进行出口匝道上游段的逐级限速 控制研究，通过驶离高速公路车辆的提前速度限制，保证车辆在主线速度与出口匝道鼻 端限速的合理过渡，具体的研究内容如下： 1 、研究区域确定 本文的研究主要针对出口匝道的存在对驶离高速公路车辆的影响进行。其影响主要 体现在交通流特性上，如交通量分布、速度分布、加减速行为与变换车道行为与主线存 在区别的区域。论文将对比国内外相关研究成果，并结合现场观测数据确定研究区域。 东南大学硕士学位论文 2 、交通流特性分析 通过现场交通流观测对交通流特性进行分析。出口匝道区域的交通流特性是论文的 研究基础，对交通流特性的研究将从车型分布特性、速度分布特性与减速度分布特性三 个方面展开。分析出口匝道区域各车道、各段的速度、减速度分布规律，对于合理的设 置限速标志的限制车速、位置起到决定性的作用。在理论计算、调查观测和数据仿真的 基础上进行统计分析，得出减速度分布规律，以减速度分布规律作为计算主线外侧车道 运行车速的依据。 3 、出口匝道区域外侧车道运行车速影响因素分析 通过理论分析与数据统计分析途径，对可能影响最外侧车道运行车速的因素逐一进 行分析，从中挑选出影响较显著的因素建立外侧车道运行车速预测模型，以达到对新建 高速公路外侧车道速度预测的目的。 4 、高速公路限速标志有效性研究 研究对高速公路自由流状态下，驾驶员在限速标志的影响下对速度的选择，建立限 速标志有效性模型，以此对计算所得的主线外侧车道运行速度进行修正，得出推荐的逐 级限速值。 5 、限速标志前置距离 分析驾驶员对限速控制标志的识别一反应过程，以驾驶员的反应机理为依据，计算 合理的限速标志前置距离。 6 、逐级限速控制方案确定 在以上五部分研究成果的基础上，制定高速公路出口匝道逐级限速方案，包括逐级 限速值、限速标志前置距与标志设置形式。 1 3 4 研究技术路线 论文拟采取以下研究步骤确保研究目标的顺利完成： 步骤l ：通过阅读文献确定研究目标。 步骤2 ：选择有代表性的调查点进行调查。 步骤3 ：研究区域确定。 步骤4 ：交通流特性分析。 6 第1 章绪论 步骤5 ：运行车速影响因素分析。 步骤6 ：限速标志有效性分析。 步骤7 ：逐级限速控制值研究。 步骤8 ：逐级限速标志前置距离研究。 步骤9 ：制定逐级限速方案。 前期工作7 文献检索 i 国内外研究概况l 数据分析 + j 主要研究内容 i 研究内容 交通流特性分析 l 交通量特性 l 速度分布规律减速度分布规律 运行车速影响因素分析 + 几何因素交通流因紊 + 建立运行车速预测模型 限速标志有效性研究 技术应用。 制定逐级限速方案 + l 限速控制值 fi 标志前置距离 i 标志设置形式 图1 2 研究技术路线 7 东南大学硕士学位论文 第2 章交通数据采集与处理 了解现有高速公路限速控制条件下出口匝道上游段交通安全状况是提出新的限速 控制方式首先需要解决的问题，本章将通过现场数据分析，掌握目前高速公路上游段交 通安全现状。 2 1 出口匝道类型确定 论文中对出口匝道的研究针对的不是孤立的出口匝道，更不是出口匝道的具体线 型，而是研究由于出口匝道的存在对交通安全的影响，以及如何弱化其不利影响。出口 匝道对主线车辆的影响可如图2 - 1 所示分为三个区域，论文主要针对出口匝道上游段的 车速控制进行研究。 主线下游区 图2 - 1 出口匝道影响区域示意图 不同类型的出口匝道型式对出口匝道上游段的交通流的影响不同，相应的速度分 布、驾驶员行为特征也将存在一定的区别。因此，在分析研究区域之前，需要先进行出 口匝道类型分析。 国内现有的标准规范中【1 5 1 ，没有对出口匝道类型进行划分，只是从变速车道的设置 形式上简单分为：平行式变速车道和直接式变速车道。同时，参照西方国家常见的减速 车道形式【1 】，减速车道大体上可以分为平行式与直接式两大类，如图2 2 、图2 3 所示。 图2 - 2 设置平行式减速车道的出口匝道 第2 章交通流数据采集与处理 图2 3 设直接式减速车道的出口匝道 为掌握国内的出口匝道形式及其所占比例，课题组通过g o o g l ee a r t h ( 谷歌地球) 软件对北京、上海、江苏、浙江、湖南、广东、山西、四川、云南、重庆等地区的4 2 8 个出口匝道进行观察统计。对比各出口匝道间的差异，将影响我国高速公路出口匝道类 型划分的主要因素归纳为4 个，如表2 1 所示。最终，依照表中影响因素将我国目前的 出口匝道形式主要划分为4 类，如图2 - 4 所示。 表2 1 出口匝道类型划分主要影响因素 序号影响因素名称 l主线上下游车道数是否变化 2 减速车道的设置情况 3匝道车道划分 4 匝道是否存在分离现象 a ) a 型出口匝道 b ) b 型出1 ：3 匝道 c ) c 型出口匝道 9 东南大学硕士学位论文 d ) d 型出1 ：3 匝遭 图2 - 4 出口匝道分类示意图 a 型出口匝道：在临近出口匝道处，主线的最外侧车道被用作减速车道，主线上下 游车道数发生变化，和上游相比，下游减少了一个车道，匝道为单车道出口匝道。 b 型出口匝道：主线上下游无车道数变化，在匝道连接区进行了适当拓宽，以便设 置减速车道，匝道为双车道出口匝道。 c 型出口匝道：主线上下游无车道数变化，在匝道连接区进行了适当拓宽，以便设 置减速车道，匝道为单车道出口匝道。 d 型出口匝道：主线上下游车道数没有变化，在匝道连接区进行了适当拓宽，以便 设置减速车道，并在中游段出现匝道分离现象，由一个匝道分为2 个独立的匝道。 各类型出口匝道所占比例的统计结果如图2 5 所示。a 、b 、c 、d 四种出口匝道型 式占所有观测样本的9 3 5 ，其中c 型出口匝道占5 5 8 ，可以认为c 型出口匝道为我 国高速公路出口匝道的普遍型式。此结果与相关规范中所推荐的变速车道设置形式一 致。公路路线设计规范( j t j d 2 0 0 6 ) t s i 中推荐：变速车道为单车道时，减速车道宜 采用直接式，变速车道到为双车道时，加、减速车道均应采用直接式；只有当主线为左 偏并接近圆曲线最小半径的一般值时，其右方的减速车道应为平行式，且应缩短渐变段 ( 将缩短的长度补在平行段上) 。在所观测到的4 2 8 个出口匝道中，几乎没有出现在出 口匝道附近主线左偏且半径接近极限半径的情况。 6 0 o 5 0 0 4 0 o ， 3 0 o 2 0 脯 l o o 0 嘛 型b 型c 型 d 型其他 图2 - 5 各出口匝道类型数量统计图 l o 第2 章交通流数据采集与处理 综上所述，c 型出口匝道为我国目前最为普遍的出口匝道形式，其减速车道设置形 式亦为当前相关规范所推荐，具有普遍意义与代表意义。 因此，论文的研究主要针对c 型出口匝道( 即减速车道形式为直接式，出口匝道车 道数为单车道) 进行，为方便论文书写，在下文中将该类型出口匝道称为“直接式出口 匝道”。 2 2 研究区域 出口匝道影响区是指：由于出口匝道存在，一股交通流分成两股交通流，在出口匝 道上游受此分流现象影响的区域。根据本文的研究目的，所需调查的数据应是受到出口 匝道影响发生变化的交通流特性参数。因此，调查的区域需将出口匝道影响区域涵盖在 内。 目前，国内标准规范中未提到匝道影响区的概念。美国通行能力手册2 0 0 0 ) ) 中对 匝道影响区的界定为出口匝道上游4 5 0 m ，入口匝道下游4 5 0 m ；对高速公路基本路段的 界定为除出口匝道上游7 6 0 m ，下游1 5 0 m ；入口匝道上游1 5 0 m ，下游7 6 0 m t l 6 】。此界定 范围多次为国内外学者、专家在对高速公路、城市快速路分合流区域展开研究时借鉴。 本文亦以此为确定研究区域的依据。 本文的研究针对出口匝道上游进行。通过g o o g l ee a r t h 的观察发现，直接式出口匝 道的包含渐变段的减速车道长度基本为1 5 0 m - - , 2 5 0 m ，为确保调查范围涵盖出口匝道影 响区域，同时为方便在调查现场进行调查断面的定位，以渐变段起点上游5 0 0 m 处至出 口匝道分流鼻端为数据调查范围。该范围大概为出口匝道上游6 5 0 m - 7 5 0 m ，可以保证 涵盖出口匝道影响区域，而不至于调查数据受高速公路路段运行特征的影响，如图2 - 6 所示。 图2 - 6 研究区域示意图 l l 东南大学硕士学位论文 2 3 数据调查 根据上述内容，对现有高速公路限速控制方式下的出口匝道上游段安全性分析的基 础与关键在于数据测采集。同时，现状调研数据数据还可用于分析目前限速条件下直接 式出口匝道上游段的交通流特性，为科学地提出逐级限速控制方式提供理论依据。 2 3 1 调查内容 本文在研究过程中的调查内容主要包括：交通流参数、几何参数和高速公路控制管 理指标三个部分。 1 几何参数 几何参数主要包括：高速公路主线车道数、车道宽度，减速车道形式、减速车道宽 度及减速车道长度( 含渐变段) 。 2 交通流参数 交通流参数主要包括：出口匝道上游段主线地点车速，主线交通量、交通组成；出 口匝道减速车道上的交通量、交通组成，出口匝道鼻端处的地点车速。 3 控制管理指标 控制管理指标主要包括：高速公路主线限速值、出口匝道限速值。 2 3 2 调查方案 1 调查点选取 交通流特性与高速公路的平纵线形、交通量、驾驶员行为、控制方式等都有较大的 关系，论文的主要目的在与研究不同限速控制方式条件下速度的分布特性与安全性，因 此在选取调查点时需遵循以下原则： ( 1 ) 出口匝道附近高速公路线形缓直，平面曲线半径大于1 0 0 0 m ，无较大坡度起 伏，视距良好； ( 2 ) 路侧防护设施齐全，适合观测人员站立； ( 3 ) 交通流状况良好，没有拥挤现象发生。 根据以上三点原则，项目组选取了7 个出口匝道进行调查，选取结果如表2 2 所示。 1 2 第2 章交通流数据采集与处理 表2 2 数据采集调查点 调查点序号调查点 l 宁合高速合肥方向江浦出口匝道 2 宁合高速南京方向江涌出口匝道 3 宁合高速合肥方向汤泉出口匝道 4 宁杭高速杭州方向溧阳南出口匝道 5 宁杭高速南京方向溧阳南出口匝道 6沪宁高速上海方向丹阳出口匝道 7 绕城高速铁心桥出口匝道 2 观测车道 由于将要驶入出口匝道的主线车辆的减速行为主要是在最外侧车道上发生，所以速 度调查只观测外侧车道上的车辆。 3 车型划分 本文共将车型划分为四种，各种车型的规格与常见车种如表2 3 所示。 表2 。3 观测车型划分 规格 车型编号车辆类型常见车种 座位数载质量 小轿车、面包车、吉普车、越 l 小型车客车：1 9 座货车：2 t 野车、皮卡、中巴、小货车等 2 中型车客车： 1 9 座货车： 2 t 且7 t大巴、中型货车等 3 大型车货车： 7 t 且1 4 t大货车、平板车等 4 拖挂车货车： 1 4 t加长平板车、鞍式列车等 4 调查方法 ( 1 ) 几何参数调查方法 主线的车道数、减速车道形式通过调查人员现场观测获取，减速车道长度( 含渐变 段) 由于距离过长，在现场难以准确获取，主要通过g o o g l ee a r t h 软件测量获取，在 g o o g l ee a r t h 软件显示不清晰的出口匝道通过观测人员在现场通过护栏立柱的个数计算 获取。 ( 2 )地点车速调查方法 地点车速的调查方法根据断面所处位置的不同而有所差异。在物理鼻端对应的出口 匝道断面能够比较安全、方便地布设气压管，故采用m c 5 6 0 0 获取地点车速，因在断面 1 到断面5 不方便布设气压管，所以采用雷达枪获取地点车速。 ( 3 )交通量调查方法 将摄像机架设在出口匝道物理鼻端处，拍摄主线车道与减速车道上的车辆，根据摄 像机所拍摄的录像通过人工观测进行分车道、分车型的交通量统计。 东南大学硕士学位论文 5 调查仪器 在现场调查中所用到的测速仪器有：雷达测速枪( l m s a ib m h n d l ) 与澳大利亚 m i r c o r o mp 秒公司研发的m e 臼o c o t m t5 6 0 0 ( m c 5 6 0 0 ) 两种仪器；交通量观测仪器为手 持式摄像机( s o n yh m d c a m ) 。 a ) 雷达测速枪 c ) 摄像机 图2 7 调查仪