（道路与铁道工程专业论文）基于运行速度的山区高速公路合理限速方法研究.pdf

摘要 随着我国高速公路建设快速发展，山区高速公路的里程也正快速增长，在给山区交 通带来便利的同时，交通事故也在不断地增加。引起公路交通事故的因素很多，其中速 度是一个不容忽视的重要因素。超速行驶是引起道路交通事故的主要原因之一。因此合 理确定山区高速公路的限速标准，可充分利用高速公路资源，有效减少违规超速行为， 提高山区高速公路交通的安全水平和服务水准。但公路限速标准的确定，是一项复杂的 技术工作，目前还没有统一的标准和方法。本文通过对国内外速度限制相关研究深入分 析的基础上，提出了基于运行速度的山区高速公路合理限速方法研究。 本文通过分析各种速度的概念和相关关系，结合国内外有关高速公路限速的研究成 果，论证了运行速度作为山区高速公路限速主要依据的合理性。根据驾驶员对限速标志 的视认性和心理反应特性，考虑车辆最小稳定行驶时间等因素，提出了限速路段最小长 度标准值。以山区高速公路沿线运行速度图为主要依据，提出了限速路段划分和限速值 确定的方法；提出了隧道、长大纵坡等特殊路段以及雾区等特殊气候条件的限速方法。 调查、总结了国内外的速度控制措施，分析了这些措施在高速公路上控速的有效性和适 用性。上述研究成果对建立我国山区高速公路公路的限速标准和限速方法具有重要的参 考价值。 关键词：山区高速公路，运行速度，限速方法，限速长度，限速值，特殊路段 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fc h i n a se x p r e s s w a yc o n s t r u c t i o n ，t h em i l e so fm o u n t a i n h i g h w a y i sa l s or a p i d l yi n c r e a s i n g e x p r e s s w a yb r i n gc o n v e n i e c et ot r a f f i co fm o u n t a i n ，a tt h e s a m et i m e ，t h en u m b e ro ft r a f f i ca c c i d e n t sa r ea l s oc o n s t a n t l yi n c r e a s i n g i nan u m b e ro f f a c t o r sc a u s i n ga c c i d e n t ，s p e e di so n et h a ti si m p o r t a n ta n dc a nn o tb ei g n o r e d d r i v i n g s p e e d i n gi st h em a i nc a u s eo fc a u s i n g t r a f f i ca c c i d e n t s t h es p e e d - l i m i ts t a n d a r d so fm o u n t a i n h i g h w a yc o u l db ed e t e r m i n e dr a t i o n a l l y , t h eh i g h w a y r e s o u r c e sc a nb eu s e df u l l ya n ds p e e d i n g v i o l a t i o n sc a nb er e d u c e de f f e c t i v e l y ，a n dt h et r a f f i cs a f e t yl e v e la n ds t a n d a r do fs e r v i c eo f m o u n t a i nh i g h w a yc a nr a i s e d h o w e v e r ，s e t t i n gs p e e d l i m i ts t a n d a r d so fh i g h w a yi sa c o m p l e xt e c h n i c a ls u b j e c t ，c u r r e n t l yt h e r ei sn ou n i f o r ms t a n d a r d sa n dm e t h o d sb yw h i c h s p e e dl i m i tc a nd e t e r m i n e d o n t h eb a s i so fi n - d e p t ha n a l y s i so ns t u d i e so fs p e e dl i m i t sa t h o m ea n da b r o a d ，t h ep a p e rm a k er e s e a r c ho nt h em e t h o do fs p e e d l i m i tb a s e du p o n o p e r a t e s p e e do fe x p r e s s w a y t h es p e e dl i m i tb a s e do nt h eo p e r a t i n gs p e e di sp r o v e dr e a s o n a b l eb ya n a l y s i n go nt h e c o n c e p to ft h ed i f f e r e n ts p e e da n dt h ec o r r e l a t i o nb e t w e e ns p e e da n db yt h es t u d yo ns p e e d l i m i t so fe x p r e s s w a ya th o m ea n da b r o a d a c c o r d i n gt ot h es p e e dl i m i ts i g n s i n s t a l l e d ，r e c o g n i t i o no na n dp s y c h o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c so fd r i v e ro nt h ei n f o r m a t i o n ，t h e s t a b i l i t yo f v e h i c l eo p e r a t i o na n dr o a dc o n d i t i o n s ，t h es t a n d a r do fl e n g t ho fs p e e dl i m i ts e c t i o n i sd r a w e d ；a c c o r d i n gt ot h ec h a n g ea n dd e v i a t i o no fr u n n i n gs p e e da l o n gt h eh i g h w a y ，t h e p a p e rc o n d u c ts d u d yo nt h em e t h o do fz o n i n go fs p e e dl i m i ts e c t i o na n ds p e e dl i m i tv a l u e s a n dc h e c kr a t i o n a l i t yo fp e e dl i m i tv a l u e sb ya l i g n m e n tc o n d i t i o n ，c r o s ss e c t i o nc o n d i t i o n ， c o o r d i n a t i o nb e t w e e no p e r a t i n gs p e e da n dd e s i ns p e e da n dt r a f f i ca c c i d e n t s p e c i a ls e c t i o n s u c ha st u n n e l ，l o n gg r a d i e n ta n df o gd i s t r i c ta r es t u d y e d t h ep a p e ra l s oi n v e s t i g a t e da n ds u m m e d u pt h es p e e d - l i m i tm e s u r e sa th o m ea n da b r o a da n dt h e i re f f e c t i v e n e s sa n da p p l i c a b i l i t y t h e s er e s e a r c hr e s u l t si s a ni m p o r t a n tr e f e r e n c ev a l u et oe s t a b l i s hs p e e d l i m i ts t a n d a r d sa n dm e t h o d so fm o u n t a i nh i g h w a yi nc h i n a k e yw o r d ：m o u n t a i ne x p r e s s w a y , r u n n i n gs p e e d ，m e t h o d s o fs p e e d l i m i t ，l e n g t ho f s p e e d l i m i ts e c t i o n ，s p e e dl i m i tv a l u e s ，s p e c i a ls e c t i o n i l 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出 重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任 何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：寻穰冬，w 。易年矿月4n 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 导师签名： 孑小j ；| ：岙， 彩幻叶 力。易年月9 曰 。男年6 月年日 长安大学硕十学位论文 1 1 研究背景和意义 第一章绪论 随着我国经济的快速发展，高速公路实现了跨越式发展。1 9 8 9 年我国高速公路通车 里程仅为2 7 1 k m ，到1 9 9 9 年突破l 万公里，截至2 0 0 7 年底，全国高速公路总旱程已超 过5 3 9 万公里，居世界第二位。高速公路网有望在2 0 2 0 年建成，高速公路总里程预计 将达到8 5 万公里。我国用了短短十几年的时间走完了发达国家高速公路建设三、四十 年的发展历程。 我国高速公路建设的快速发展，在提供快速便捷交通的同时也带来了日益严重的公 路交通安全问题。特别是重大、特大事故时有发生，给国家、集体和个人都带来了巨大 的损失。根据统计资料，2 0 0 5 年我国高速公路每百公里发生交通事故1 3 4 3 起，同期所 有等级公路每百公里发生交通事故2 3 4 5 起；高速公路事故每百公里受伤6 1 7 2 人，同 期所有等级公路的平均事故受伤为2 4 4 7 人百公里；当年每百公里高速公路交通事故死 亡1 5 6 人，而所有等级的平均指标为5 1 人百公里。同期，西方发达国家高速公路的单 位里程交通事故死亡人数一般只有1 - - 3 百公里。因而，与高速公路高建设成本和完 善的交通设施相比，我国现阶段高速公路的安全运营状况不能令人满意，提高高速公路 安全质量已成为当务之急。国内外的研究表明：产生交通事故的三个最主要因素中，约 ( 8 0 , - - , 9 0 ) 的事故与人的因素有关，约3 0 的事故与道路条件因素直接或间接有关， 约1 0 的事故与车辆因素有关。高速公路任何一个交通事故的发生可能是几个因素共同 作用的结果，道路条件是产生交通事故的重要因素。 引起公路交通事故的因素很多，其中速度是一个不容忽视的重要因素。超速行驶是 引起道路交通事故的主要原因之一，研究如何将车辆行驶速度控制在安全行驶速度范围 内，减少超速行驶的交通违法行为，创造良好的道路交通运输环境具有十分重要的意义。 因此，世界各国的交通法规，都要对汽车的行驶速度加以限制，但什么是合理的限速， 怎么样进行合理的限速控制，一直是各国关注的研究问题。 社会经济的快速发展和高速公路网络的日益完善，越来越多性能优良的车辆行驶在 高速公路上，对驾驶的期望速度要求越来越高，特别是随着中华人民共和国道路交通 安全法的实施，以及各级交通管理部门对查处超速行驶执法力度的加大，驾车“超速” 所受的处罚加重，公众对高速公路“限速的问题越来越关注，要求充分利用高速公路 第一章绪论 资源，降低社会守法成本，合理确定限速标准的呼声r 益高涨。但公路限速值的确定， 是一项复杂的技术问题，简单地采用路线设计速度作为全路段的限速标准，或将设计速 度下调1 0 k m h - - - - 2 0 k m h 作为限速依据是不科学的，更不符合实际情况，造成了国内不 少地区出现了公路限速标志设计不被大多数驾驶员认可的不正常现象，不仅影响了运营 效率，也对执法管理带来了负面影响。 山区高速公路沿线地形、地质条件复杂，路线的平、纵、横面均受到限制，构造物 较多，迫切需要在建设期间对全线进行系统的安全性评价研究，为山区高速公路的使用 者提供安全保障和人性化的服务，提高山区高速公路交通的安全水平和服务水准。因此， 在运行速度预测、安全性评价的基础上，研究山区高速公路合理限速以及采取安全的对 策措施提高道路的安全性和通行能力，降低交通事故是急需解决的问题。 1 2 国内外限速研究现状 1 2 1 国外研究现状 国外对限速和运行速度方面做了很多研究。在大多数国家，限速通常是根据8 5 分 位运行速度设置的。 美国的h a r k e y ( 1 9 8 5 ) 尝试评价限速标准的一个研究指出7 0 的驾驶员在自由流的 情况下都不会遵守限速。f i t z p a t r i c k ( 2 0 0 3 ) 还发现8 5 位运行速度都高于限速，5 0 位运 行速度接近限速。一些数据在研究中清楚表明，大多数试验路段8 5 位运行速度都高于 限速。在w h i t t e n ( 1 9 9 6 ) 的一篇文章中也提到德克萨斯州跟其他国家一样，也是通过8 5 位运行速度设置限速的。t x d o t 工程师权威人士提出限速高于8 5 位运行速度最大 为5 m p h ，但是如果某一路段出现高于国家平均值的事故率，限速可能会被降低7 m p h 。 对于限速与运行速度的关系国外也有研究。美国p a r k e r ( 1 9 8 5 ) 发现所有的国家和当 地机关都很关注限速。在工程研究中如何设置限速时首要考虑的因素有：8 5 t h 位车速、 法定条例、交通事故、路侧条件、停车或行人活动、交通量和混合交通情况、设计速度、 公众态度，曲线路段上的安全速度，可见度限制、道路表面特征、路肩类型和宽度、交 叉口数量、已经存在的交通控制设施等。在设置合理的限速标准和步骤时，澳大利亚 f i l d e sa n dl e e ( 1 9 9 3 ) 和加拿大的k n o w l e se ta l ( 1 9 9 7 ) 与美国的做法都很相似。同时美国 的多个研究表明，提高或降低限速对运行速度的影响不大。加拿大也提出了类似的结论。 f i t z p a t r i c k ( 2 0 0 3 ) 提出的另一个预测运行速度的方法就是应用一系列有关限速的回 归方程。这个方程假设认为限速是确定运行速度仅有的因素。用于所有公路的一般模型 2 长安大学硕上学位论文 1 和用于各功能等级的模型2 如下： 模型i ：e v 8 5 = 7 6 7 5 + 0 9 8 宰p s l 模型2 ：e v 8 5 = 8 6 6 6 + 0 9 6 3 木p s l e v s 5 = 2 1 1 3 1 + 0 6 3 9 木p s l e v s 5 = 1 0 3 1 5 + 0 7 7 6 木p s l e v 8 5 = 3 6 4 5 3 + 0 517 木p s l 郊区城市干线 郊区城市连接道路 郊区城市的地方道路 乡村干线 式中：p s i 广- 限速值：e v s 5 8 5 位运行速度 1 9 9 5 在国家公路系统( n h s ) 包括联邦公路局、疾病预防和控制中心及交通调查 局等各种机构通力合作下，对各州速度限制的标准和方法进行了调查和改进研究。通过 t r b ( t r a n s p o r t a t i o nr e s e a r c hb o a r d ，以后简称t r b ) 的努力和其它机构的支持，特别报 告2 5 4 ( ( s p e e dm a n a g e m e n t ) ) 【1 】在1 9 9 8 年出版。主要目的是评述目前各种类型的公路上 设置和执行速度限制的实际情况。报告把设置速度限制的方法分为四类： ( 1 ) 通过立法机构设置的法定速度限制值是一个统一的速度限制值，即一般速度， 根据公路等级( 洲际公路、干线公路或是地方道路) 设置覆盖很广的领域( 如：市区、 城市或乡村) 。在确定法定速度限制值时，同时也考虑了设计速度、车辆的运行速度、 碰撞历史、强制执行经验等因素。设置法定速度限制值官方机构是国家联邦机构，也可 以通过当地政府法令设置。美国5 5 m p h 的国家最大速度限制值( n m s l ) 就是联邦级 法定速度值的一个例子，是在1 9 7 3 年为减少油耗而发起的。因为较低的速度限制只有 助于减少公路上的交通事故，国家最大速度限制值( n s l ) 一直沿用到1 9 9 5 年。1 9 9 5 年n m s l 废除，以各洲各自设置速度限制值的方式替代。 ( 2 ) 在成本效益方法的基础上，建立最优化速度限制的方法，这一方法涉及到社 会所期望的最优水平的问题。由于社会经济变化难以量化的原因，这一方法没有在实际 中得到应用。 ( 3 ) 美国根据第8 5 位速度通过工程研究的方法设置限速，然后根据交通事故、 道路路侧条件、道路几何线形和最大法定速度等情况进行调整。澳大利皿和加拿大的与 美国做法相似。速度分段是法定速度不适用的公路或城市道路的某一路段，且这些路 段的速度限制值是根据工程研究来设定的。速度分段的目的是为道路某给定路段设置一 个合理安全的速度限制值。美国交通工程师学会4 m 2 5 技术综合会议指出速度分段应在 3 第一章绪论 工程研究的基础上建立，且设置在第8 5 位速度加5 m p h 的附近，或取1 0 m p h 的倍数作 为速度上限值。第8 5 位速度位于法定速度限制值3 m p h 之内的路段不用考虑速度分 段。如果第8 5 位速度处于标明速度限制值3 m p h 之内，就不用改变已经存在的速度 限制值。单纯根据第8 5 位速度设置速度限制，对于主要功能为交通运输服务的高等级 公路是合适的。对于低等级公路，速度限制值的确定除考虑第8 5 位速度外，还应考虑 公路线形、交通量和路侧干扰等因素。 ( 4 ) 另一种方法是采用“x l i m i t s ”专家系统，模拟确定速度限制值。该系统由澳 大利亚公路调查局( a r r b ) 开发，软件综合了公路部门确定速度限制值的复杂过程， 主要考虑了已经设置速度限制值、运行速度、车道使用情况、出入控制、道路特征、交 通事故和其他相关因素。 参考t r b 中n c h r p 的5 0 4 号报告，表1 1 总结了一些国家对限制速度值的高低与 安全的关系【2 1 。表中指出无论何时降低限速值，交通事故数和事故严重程度都会减小。 相反，提高限速值，尤其是高速公路，通常交通事故数和事故严重程度都会增加。 在自由流的情况下驾驶员不遵守限速，而是按照期望速度行驶，因此要根据运行速 度和期望车速合理的设置限速，不过限速至少在以下两方面影响着安全：第一，限速起 到限制速度和减少事故可能性与严重程度的作用；第二，通过减小速度离差起到一个调 节作用，从而减少车辆冲突的可能性。研究表明仅靠限速标志是不能改变驾驶员的驾驶 行为的，而要通过恰当的法律强制措施彳能控制驾驶员的速度。 表1 1 速度标志限制值降低对安全的影响 参考文献国家 限速值变化对安全的影响结果 n i l s s o n 瑞典l1 0k m h - 9 0k m h 死亡率减少2 1 ( 1 9 9 0 ) e n g e l 丹麦 6 0k m h - - 一5 0k m h 死亡率减少2 4 ( 1 9 9 0 )伤害事故率减少9 p e l t o l a 英国10 0k m h - - - 一，8 0k m h事故率减少1 4 ( 1 9 9 1 ) s l i o g e r i s 澳人利亚1 1 0l ( 1 n l l 1 0 0k m h 伤害事故率减少1 9 ( 1 9 9 2 ) f i n c he t a l 瑞士13 0k m h , - 、- , 12 0k m h 死亡率减少1 2 ( 1 9 9 4 ) s c h a r p i n g 德国6 0k m h - - 一5 0k m h事故率减少2 0 ( 1 9 9 4 ) p a r k e r 美固 降低( 8 - 3 2 ) k m h没有明显的变化 4 长安大学硕上学位论文 ( 1 9 9 7 ) n h t s a 美国8 9k m h r - 、- , 1 0 5k m h死亡率增j j l 2 1 ( 1 9 8 9 ) m c k n i g h t ，k l e i n a n d 美国 8 9k m l l 1 0 5k m h死亡率增力1 1 2 2 t i p p e r s ( 19 9 0 ) ， 死亡率增加1 5 g a r b e ra n dg r a h a m 美国8 9k m h , - 、- , l0 5k m h在1 2 个州中步e 亡率降 ( 1 9 9 0 ) 低或无影响 s t r e f fa n ds c h u l t z美国在高速公路上死亡和 ( 1 9 9 1 )( m i c h i g a n ) 8 9k m h , 、- , 1 0 5k m h 伤害率明显增加 s l i o g e r i s 澳大利亚 1 0 0k m h , 、- , 11 0k m h伤害事故率增，j f l 2 5 ( 1 9 9 2 ) n e w s t e a da n dm u l l a n 澳人利哑 ( 1 9 9 6 ) ( 维多利弧) 提高( 5 - - - 一2 0 ) k m h事故率增加8 1 2 2 国内研究现状 本世纪初，我国开始对运行速度进行研究，目前已取得了初步成果，并在一些高速 公路项目中得到应用，但没有系统研究过公路速度限制标准和限制方法。目前国内相关 研究主要有： 长安大学的杨少伟提出了可能速度的概念，并应用于限速标志的设置。作者在分析 现行限速方法弊端的基础上，提出应用可能速度方法获得公路大、中、小各型车上行和 下行的可能速度，作为限速依据，并对限速标志位置的设定给出了方法。赵一飞、潘兵 宏在“丽龙高速公路6 0 k m h 设计速度提速路段交通安全性评价与交通工程对策研究”和 “杭长高速公路安城至泗安段提速的交通安全性评价及保障措施研究”报告中以“分路 段、分方向、分车型”的预测运行速度为依据，同时考虑视距、超高、侧向安全净距、 连续上下坡路段、长大隧道路段、法定限制速度等因素，确定了不同路段和不同车型的 标志速度限速值。高建平、郭忠印从我国高等级公路管理现状出发，根据对我国高等级 公路车辆实际运行特征和运行车速的实地调查，对高等级公路车速限制的设定、发布及 实施进行了研究，提出了应根据公路、交通、气象、历史事故数据等条件动态确定限制 车速的概念，并就高等级公路车速管理的实施进行了探讨。王忠提出通过对设计车速和 道路平纵线形等条件之间关系束确定限速值，同时根据气候、道路条件及人为等因素， 对不同地区、不同路段限速值加以调整。孙会元、孙黎、韦干全等人通过对新建公路限 制车速与行车安全视距值之间的关系研究，对新建公路限制车速采用的行车安全视距值 与影响行车安全的因素加以视距值量化，着重研究了限制车速与选用安全视距值的关 系。根据对几条不同路线限速情况的调查研究，提供了新建公路限速选用的行车安全视距 5 第一章绪论 范围，可供道路工程设计及高等级公路管理人员参考。高星林、张钱松等人结合梅河高速 公路实体工程，通过现场测试与分析，提出应根据道路具体情况结合车辆运行速度分路段 分车型限速的方法。唐净净探讨了限速、车速与安全等的关系，事故数与车速没有显著 关系，而是与车速差有关，车速与事故的严重度密切相关；限速值的增加或降低对车速 的影响很小，高速公路限速值降低有利于减少严重伤亡事故。 虽然国内开展了一些基础性研究，也取得了一定成果，但与国外相比在基础理论和 工程技术上都存在一定差距，特别是研究成果缺乏系统性。由于国外的研究成果均是在 特定的环境和一定的技术、设备及社会基础上所获得的，对我国的实际情况不一定适应， 但研究思路及方法还是可以借鉴的。此外，目前全世界并无统一的标准和算法进行限制 车速的制定，而国内标准也没有规定或说明，如限速标志限速所对应一个区段应该有多 长、限速值的确定等一系列缺陷。因此，研究山区高速公路速度合理限制值，对提高高 速公路的安全性和通行能力，降低交通事故具有现实意义。 1 3 本文研究的主要内容和技术路线 本文的主要内容是通过分析影响运行速度的相关因素及运行速度作为限速依据的 优势条件，利用运行速度预测软件得出运行速度图，分析运行速度的变化情况，在此基 础上，结合驾驶员的视认性和心理反应特性，提出限速路段长度标准，进行限速路段的 划分及限速值的的确定，分析论证了一些常见限速措施的有效性。 本文技术路线是广泛调查研究国内外有关速度限制标准现状，充分分析国内山区高 速公路速度限制存在的问题以及公路的实际情况出发，借鉴国内外的研究成果和工程经 验，以调查资料为基本依据，采用数理统计、理论分析相结合的研究方法，对运行速度、 速度限制值的关系以及它们与交通安全的关系进行研究，通过限制速度与运行速度的关 系，提出合理的速度限制方法，为我国公路建设、管理部门设置速度限制提供科学的依 据及指导。 6 长安大学硕士学位论文 第二章高速公路限速相关理论依据 2 1 相关速度的概念 2 1 1 设计速度 设计速度是一个理论上的技术指标，公路设计时，在保证交通安全的前提下，受地 形限制路段( 如小半径弯道、陡坡、视距受限等) 应遵循的相应最低技术指标的代表值。 设计速度是指在行汽车在行车条件良好、公路设计要素均起控制作用的情况下安全行驶 于给定路段时的允许速度。该速度主要用于公路设计，是公路线形设计中起决定性作用 的最重要参数之一。设计速度是道路设计时确定道路几何线形等基本要素的最主要技术 指标，其是充分考虑了道路所处区域地形、地质、地理和工程造价等具体因素而采用的 一个最低设计指标，其控制的只是一个设计路段中线形技术指标最不利的地方，能够确 保设计车辆以设计速度行驶时，舒适平稳的通过，而实际道路上绝大部分路段的线形条 件都高于该路段设计速度所代表的技术指标值。 2 1 2 运行速度 运行速度是一般条件下，凭据自己的驾驶条件( 主要指驾驶技术和车辆条件) 和心 理预期而采取的安全行车速度，它是表征道路交通流运行状况的一个技术指标。运行速 度表征了某一道路的实际交通运行情况，其与地形、公路线形条件、交通流量、交通组 成、驾驶群体素质、驾驶员期望速度、交通管理设施、交通安全设施、路侧环境等多重 因素相关。通常使用实际观测或预测的第8 5 位车速( 即通常所说的v 8 5 ) 作为运行速 度。我国交通管理部门常以此速度作为某些路段的限制速度。采用运行速度进行道路交 通速度管理能接近实际的车辆运行状态。 8 5 车速是在某路段所有车辆速度统计分布曲线中8 5 分位的行驶速度的一个表 征值，其表明在该路段行驶的所有车辆中，占8 5 的车辆的行驶速度在此速度值以下， 只有占1 5 的车辆的行驶速度高于此值。 运行速度的分布曲线属于正态分布曲线，而速度的累计频率曲线的突变点处于1 5 位车速和8 5 位车速附近，低于1 5 位车速的曲线变化比较缓慢，高于8 5 位车速的曲 线变化也比较缓慢，处于1 5 位车速和8 5 位车速之间的曲线比较陡，变化比较剧烈， 见图2 1 所示。实际中通常用第8 5 位百分点的车辆行驶速度v 8 5 作为车辆最高限速的取 7 第二章高速公路限速相关理论依据 值依据，即v 运行v 8 5 0 誉 、 瓣 鬈 ：b 镰 地点军递军速v k m ” 图2 1 地点车速累计频率曲线图 2 1 3 限制速度 法律规定的适用于公路路段最大( 或最小) 速度，并由限速标志发布的速度。中 华人民共和国交通安全法第六十七条规定，高速公路限速标志标明的最高时速不得超 过1 2 0 公里。中华人民共和国交通安全法实施条例第七十八条规定，高速公路应标 明车辆的行驶速度。最高车速不得超过1 2 0 k m h ，最低速度不得低于6 0k m h 。在高速 公路上行驶的小型载客汽车最高速度不得超过1 2 0k n g h ，其他机动车不得超过1 0 0 k m h 。 2 1 4 平均速度 平均速度包括时间平均速度和区间平均速度。时间平均速度是指在单位时间内通过 道路某断面各车辆地点速度的算术平均值，区间平均速度是指在某一特定瞬间行驶于道 路某一特定长度内全部车辆的速度分布平均值。 2 1 5 建议速度 设置建议速度的目的是为了引导驾驶员在潜在危险点如弯道、匝道、陡坡处根据建 议限速标志上标明数值自行选择安全车速，建议速度通常不具备法律效力，属非强制限 速。 2 1 6 期望速度 期望速度是指在行车辆在不受或基本不受其它车辆约束的条件下，驾驶员所希望达 到的最高“安全”车速。 粥舯街粥粥m o 长安大学硕士学位论文 2 1 7 速度差 速度差的概念一般有三种： ( 1 ) 相邻路段v 8 5 的差值，表征的是相邻路段的一致性和安全性，一般选取断面 速度为调查变量。 ( 2 ) 各个路段的v 8 5 与设计速度的差值，表征的是整体道路指标的均衡性。 ( 3 ) 指速度调查样本的均方差，一般用来表征某一断面速度分布的均匀性。速度 均匀性( 速度方差) 必须是在某种特定的服务水平下( 如交通量) 才具有意义。速度调 查样本的速度可为地点速度、行驶速度。 在进行速度管理工作中，比较常用的是前两个概念。重要的一点是，在设计阶段 的运行速度通常是指自由流状态下，即车速普遍较高的情况。因而设计阶段的速度差也 就是自由流状态下的速度差。运营阶段的安全评价会采用有一定交通量的速度分布，但 是当交通量达到一定数值以后，速度差就不具备表征线形一致性的功能，而是受交通量 的影响为主。本文中提到的速差是指在自由流状态下的速度差。 2 2 各种限速依据分析 设计车速、运行车速与限制车速的基本概念及其相互之间的关系，是设计合理限速 值的前提与根据。设计车速，据美国各州公路运输工作者协会( a a s h t o ) 的定义，是指 公路某一指定路段的设计特点在有利环境条件下所决定的最大安全行驶车速。自从本世 纪3 0 年代以来，设计速度就一直是公路设计的依据。如选择平、纵面设计参数，超高、 加宽等的设计等。而运行车速，指的是司机根据实际道路情况所自我选择的行驶车速； 限制车速，是从安全和运营速度的角度，限制公路某一路段的最高运营车速。自从3 0 年代以来，作为工程界的一贯做法，限速是通过定点单车自由流车速的实地观测并经统 计分析，取其8 5 分位车速作为限制车速的。当然，限制车速也需考虑其它因素，如该 路段安全记录，路侧安全设施或改善情况以及国家强制最高限速等等。据美国的一份民 意调查显示，3 6 的人认为可用设计车速作为限制车速，而有近一半的人认为对新建或 改建新开通的公路，应该先用设计车速作为限速值。而随着设施的使用，采实地观测地 点车速的8 5 分位作为修正限速值。 2 2 1 设计速度与运行速度 目前中国公路线形设计依然采用设计速度作为基本依据。如果只从几何要素考虑， 9 第二章高速公路限速相关理论依据 设计速度也就是一条公路受限路段所能安全行驶的最大速度。作为设计参数，它规定了 最低设计标准，是一个定值，一条公路的设计速度确定以后，与此相关的公路线形设 计指标也就确定了。 一条高速公路的受限路段一般很少，而大多数为非受限路段，其线形指标高于受限 路段，可以容许汽车以高于设计速度的车速行驶。从设计控制的角度， 在这些非受限 路段，公路的平、纵、横以及其他相关指标就没有依据来确定。导致各技术指标取值不 合理、相互组合不协调、高低指标之间无过渡等问题，很难实现公路线形的均衡性和连 续性，使行驶速度忽高忽低，产生速度突变，多数路段超速现象严重，这种超速和突 变极易发生交通事故。尽管公路几何设计指标均满足现行技术标准，但事故多发点和事 故率居高不下，对于山区高速公路上，因山区地形复杂的特点，相邻技术指标取值不协 调等原因，很容易发生事故，且事故严重度高。 路线平纵几何设计是公路设计的核心内容，目前以运行车速概念为基础的线形设计 方法在国外得到了较为广泛的运用。运行车速概念及设计方法由于在提高公路设计安全 性方面具有重大的现实意义，已经引起了我国交通主管部门和许多专家学者的关注。 从设计的角度出发，运行车速是指在理想的外部条件下，公路路段上第8 5 位的车 辆运行速度。其中理想的外部条件是指良好的天气条件，干净、潮湿的路面条件和自由 流状态的交通条件。运行车速设计方法是以运行车速作为设计车速进行线形设计的方 法，它的基本设计思路是：在初始平面线形和纵坡设计的基础上，通过“运行车速测算模 型”推算各路段运行车速并以“设计控制原则”为标准检验和修j 下线形的平纵设计，然 后根据路段线形和运行车速最终确定曲线超高加宽、视距等设计指标。这种设计方法具 有两点明显的相对优势，一是该方法根据实际车速确定设计指标，使设计要素值能够满 足车辆实际速度的要求，同时解决了设计要素之间的相容性问题；二是通过采用“设计 控制原则”，保证了在一个设计区段内行车速度的连续性和一致性。 2 2 2 设计速度与限速 据调查，大多数人认为当前高速公路及一级公路中采用设计车速作为限制车速的标 准是不当的，特别是在新开通的路段和车流量达不到运量期指标的路段，限制车速使用设 计车速时，认为过于保守的人更多。 美国统一交通控制手册( m u t c d ) 认为标志速度限制值应当是自由流情况下8 5 百分位运行速度，按1 0 k m h 或5 k m h 的整数倍取值，同时m u t c d 认为确定速度限制 1 0 长安大学硕十学位论文 值时，需要考虑最近1 2 个月的事故调查报告、路侧环境和设计速度着眼于公里的平、 纵、横几何设计，用此标准设计的公路，意味着“受限制路段”( 弯道、纵坡等) 所能 提供的最低舒适车速，并不表明超过设计速度行驶车辆是“不安全”的。 与设计速度相比，限制速度着眼于公路的使用与管理，为避免事故和减轻事故严重 度，希望使用合理的行驶速度，对驾驶行为进行约束，保障行车安全。设计速度是主观 确定的速度，驾驶员实际行车时不关心设计速度，只要条件允许就按期望速度行驶。运 行速度是驾驶员期望速度的反映，限制速度应基于运行速度和期望速度，结合事故分析 确定。 由定义可见，虽然设计车速和限制车速的起点不同：前者立脚点限于公路设计；后 者着限于公路的使用者。前者受设计标准制约，考虑近乎恶劣的条件下( 即考虑很大的 安全系数) 的行车安全；后者则假定使用者会合理地选择行驶车速，并从统计的观点加 以确定。但是两者又是互相联系的。设计车速是限制车速的基础；限制车速从一定程度 上可反映设计车速。 正是由于设计车速和限制车速的制定标准不同，许多司机都会发现在良好的天气、 路况等的条件下，即使运营车速超过设计车速，也不会感到驾驶不舒适或不安全。这也 就是为什么不能完全依靠设计车速来决定限制车速的原因。对新开通公路，限速可暂取 为设计车速；对老路限速值，则应依老路安全事故记录、特殊要求及实地测量结果确定。 2 2 3 运行速度与限速 合理地限制车速是确保公路安全、高效运营必不可少的措施，确定车速限制值的方 法有很多，在大多数国家，限速通常是根据运行速度以；而设置的。 国内的一些研究表明，8 5 位车速处于事故率最低的车速范围，平均车速加上一倍 的车速标准差大约等于8 5 位车速，若车辆以高于平均车速二倍标准差的速度行驶，则 事故率将明显提高。在美国和欧洲一些国家也得出了一些相似的关于运行速度和限速之 间的关系，如图2 2 所示，提高或降低限速对运行速度的影响不大。尽管在有些调查点 最大的速度变化有3m i h ( 5v a n h ) ，但平均( 8 5 位) 运行速度的变化却不足1m i h ( 约 1 6 7k m h ) ，与那些没有变化的站点很相近。美国和其他国外研究表明【3 】，高速路上限速 的增加会导致运行速度的增加。，当限速从5 5m i h ( 8 9k m h ) 升到6 5m i h ( 1 0 51 ( r n h ) ， 平均速度的变化范围是1t o4m i h ( 1 7 6 。7 k i n h ) ，如表2 1 所示。 第二章高速公路限速相关理论依据 v 8 5 的变化量( m i h ) 图2 2限速值的改变量与v 。s 的关系 限速值变化量( m i h ) 表2 1 增加限速对运行速度的变化关系 调查人员 m i h k m h b r o w ne ta 1 ( 1 9 9 0 ) 2 4 3 9 f r e e d m a na n de s t e d i t z ( 19 9 0 ) 2 8 4 5 m a c ea n dh e c k a r d ( 1 9 9 1 ) 3 55 ，6 p f e f e r ，s t e n z e l ，a n dl e e ( 1 9 9 1 ) 4 56 8 p a r k e r ( 1 9 9 7 ) 0 2 2 3o 3 3 7 设置限速时直接把8 5 位车速作为限速值不一定都是合适的。例如，在混合交通、 交通量大的路段，速度离散大的道路上，如果把8 5 位车速作为限速，就会增加安全隐 患。 2 3限速依据的选择 综合以上限速依据的分析，可以看出，不能简单地套用设计速度来确定管理限速值。 如对具体线形和交通状况等不加深入分析和计算，简单采用设计速度作为标志限速值， 对于大部分路段必然导致实际行驶速度( 运行速度) 远高于标志限速值，特别是在等级 较高、线形指标较好的公路的大多数路段，大部分车辆实际行驶速度值与限制速度值之 差就更为明显。其突出反映就是大多数驾驶员依自身技术状况和其对路况的综合判断， 1 2 长安大学硕上学位论文 其心理期望速度值与过低的管理限速值严重偏差。从而使限速标志失去公信力，驾驶员 对其视而不见，达不到限速的最终目的。而从运行速度的在线形设计以及在交通安全 事故中的关系可以看出，运行速度作为限速依据明显比设计速度具有优势。根据上述运 行速度影响交通事故率的形态和规律，也肯定了运行速度用以安全分析并作为限速主要 依据的可行性。 我国交通管理部门常以运行速度作为某些路段限制车速的依据4 1 。在欧美等很多发 达国家也都是根据运行速度来管理速度的，所以本文采用以运行速度作为限速的主要依 据，在此基础上，提出确定限速值的方法。 本文采用根据公路项目安全性评价指南【5 】( 以下简称指南) 中的运行速度的计 算模型，但在路线划分标准上有所不同，根据路线平纵线形指标与预测车速的关系，速 度预测模型将路线划分为四种基本路段单元，即平直路段、纵坡路段、平曲线路段和弯 坡组合路段。指南中规定纵坡路段为坡度大于3 的路段( 不区分小客车与大货车) ， 通过计算发现若采用以上划分标准，所求得的大货车运行车速与实际情况差异较大，主 要原因是由于大货车在纵坡大于2 的情况下，为提升爬坡能力其行驶速度就开始缓慢 下降，若按指南规定，纵坡范围为2 - - 一3 的平直路段大货车为加速或匀速行驶状 态，这显然与实际情况不符。因此为使计算结果更切合实际，在划分路段时将小客车与 大货车区别对待，确定了如下的路段划分方式： 平直路段：半径大于等于1 0 0 0 米，小客车纵坡小于等于3 ，大货车小于2 o ； 纵坡路段：半径大于等于1 0 0 0 米，小客车纵坡大于3 ，大货车大于2 o ； 平曲线路段：半径小于1 0 0 0 米，小客车纵坡小于等于3 ，大货车2 o ； 弯坡路段：半径小于1 0 0 0 米，小客车纵坡大于3 ，大货车大于2 o 。 对于一些长大纵坡路段和隧道等构造物路段的特殊性，可将其单独划为一段进行分 析预测。 对于平直路段：采用指南附录b ( 1 ) 0 2 中关于直线段上的加速过程和稳 定运行速度的计算公式。 r = _ 一 v ，2 4 v ；+ 2 a 。s ( 2 1 ) 当运行速度小于指南规定的期望速度时，加速度取正值，直到运行速度达到期 望速度，车辆以期望车速均速行驶。平直路段加速度取值：小客车加速度0 1 5 - - 0 5 m s 2 ， 大货车加速度0 2 0 , - - - , 0 2 5 m s 2 ，考虑到本项目为高等级公路，平纵指标较好，加速度取 值均取高值。 第二章高速公路限速相关理论依据 纵坡路段：采用指南附录表b ( 1 ) 0 2 - 4 中进行相应修正。 平曲线路段：采用指南附录b (