（交通运输规划与管理专业论文）普通公路车速分布特性研究.pdf

f o rt h ea c a d e m i cd e g r e eo fm a s t e ro f e n g i n e e r i n g b y d 触y u e s u p e r v i s e db y p r o f l uj i a n t r a n s p o r t a t i o nc o l l e g e 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：她日期：壶近：! ：n 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：邀导师签 l o 1 0 ) 摘要 摘要 车速是描述车流运动的一个基本参数，是度量车辆运行情况的一项主要指标。车速不仅决定于 一些确定因素，也受随机因素影响，可以看作是一种随机现象。为了全面、深入了解随机现象，必 须从分布特性角度分析。普通公路在我国公路网中的地位举足轻重，但缺乏对其车速分布特性的系 统研究。掌握普通公路车速分布特性是许多后续研究的基础。 首先在分析普通公路车速影响因素的基础上，确定了研究内容，制定了调查方案，利用 m e t o r c o u n t s 6 0 0 气压管式车辆分型统计系统采集了车速、流量等大量基础数据 然后分别应用一般统计学方法和l o g i s t i c 回归方法深入分析了车速分布特性与影响因素的关系 一方面，从一般统计学的角度将车速分布特性概括为车速分布特征参数和车速分布形式两部分，不 仅定性分析了各因素对分布特征参数和分布形式的影响，而且建立了各分布特征参数与影响因素的 多元线性回归模型：结果表明，分布特征参数的变化主要与道路饱和度、车道位置、车型的变化相 关，分布形式的变化主要与车辆行驶自由度相关；最后探讨了回归结果在确定道路限速值方面的应 用价值。另一方面，将车速分为低速、常速、高速三个连续区间，形成一个离散型变量，建立了该 变量与影响因素的l o g i s t i c 回归模型，从发生概率的角度分析车辆选择何种车速区间的倾向；结果 表明，倾向于低速、高速的首要决定因素分别是车道位置和道路饱和度；最后探讨了该模型在选取 限速设施方面的应用价值。 关键词：普通公路；车速；分布特性；多元线性回归；l o g i s t i c 回归 a b s t r a c t s p e e d i sab a s i cp a r a m e t e rt od e s c r i b et r a f f i cm o v e m e n ta n da nm a i ni n d i c a t o ro fv e h i c l eo p e r a t i o n i t c a nb ev i e w e da sar a n d o mp h e n o m e n o n , w h i c hi sn o to n l yd e t e r m i n e db yan u m b e ro fd e t e r m i n i n gf a c t o r s ， b u ta l s oa f f e c t e db yr a n d o mf a c t o r s f o rac o m p r e h e n s i v e ，m - d e p t hu n d e r s t a n d i n go fr a n d o mp h e n o m e n a , i t m u s tb ea n a l y z e di np e r s p e c t i v eo fd i s t r i b u t i o nc h a r a c t e n s t i c s o r d i n a 巧h i g h w a yi si 功l , o r t a n ti nh i g h w a y n e t w o r k , b u ts y s t e m a t i cs t u d yo fi t ss p e e dd i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c si sl a c k o r a s p i n gt h es p e e d d i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c so f o r d i n a r yh i g h w a ya r et h eb a s i sf o ran u m b e ro f f o l l o w - u ps t u d y f i r s t l y , b a s e do naa n a l y s i so fm ei m p a c tf a c t o r so fs p e e do no r d i n a r yh i g h w a y , t h er e s e a r c hc o n t e n ti s d e t e r m i n e d , as u r v e yp r o g r a mi sd e v e l o p e d t h e nal a r g en u m b e ro fb a s i cd a t aa c o l l e c t e db yu s i n g m e t o r c o u n t 5 6 0 0 s e c o n d l y , t h eg e n e r a ls t a t i s t i c a lm e t h o d sa n dl o g i s t i cr e g r e s s i o nm e t h o d sw e r eu s e dt oa n a l y z et h e r e l a t i o n s h i pb o t w 圮l ls p e e dd i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c sa n di n f l u e n c i n gf a c t o r si n - d e p t h o nt h eo n eh a n d , f z o mt h ep e r s p e c t i v eo ft h eg e n e r a ls t a t i s t i c a l ，d i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c sw i l lb es u m m e du pa st h e p a r a m e t e r so ft h es p e e dd i s m b u t i o na n dt h ef o r mo ft h es p e e dd i s t r i b u t i o n n o to n l yt h ei n f l u e n c eo f v a r i o u sf a c t o r so nt h ed i s t r i b u t i o np a r a m e t e r sa n dt h ed i s t r i b u t i o nf o r m si sa n a l y z e d , a n dt h em u l t i p l el i n e a r r e g r e s s i o nm o d e l sa b o u td i s t r i b u t i o np a r a m e t e r sa n di n f l u e n c i n gf a c t o r sa r ce s t a b l i s h e d t h er e s u l t ss h o w t h a tt h ec h a n g e si nt h ed i s t r i b u t i o np a r a m e t e r sa r cm a i n l yr e l a t e dt or o a ds a t u r a t i o n , d r i v e w a yl o c a t i o na n d m o d e l ，t h ec h a n g e si nt h ed i s t r i b u t i o nf o r ma r em a i n l yr e l a t e dt od r i v i n gf r e e d o m t h ea p p l i c a t i o n so f r e g r e s s i o nr e s u l t si nd e t e r m i n i n gt h es p e e dl i m i t i n gv a l u ea r ea l s od i s c u s s e d o nt h eo t h e rt m n d , s p e e di s d i v i d e di n t ol o ws p e e d , c o n s t a n ts p e e d , h i g hs p e e d , f o r m i n gad i s c r e t ev a r i a b l e t h el o g i s t i cr e g r e s s i o n m o d e l sb e t w e e nt h i sv a r i a b l ea n do t h e rf a c t o r si se s t a b l i s h e d t h er e s u l t ss h o wt h a tt h ep r i m 哪f a c t o r w h i c hd e t e r m i n e ss l o ws p e e d , h i g hs p e e di sr e s p e c t i v e l yl a n el o c a t i o na n dp a t hs a t u r a t i o n t h ea p p l i c a t i o n s o ft h i sm o d e li nc h o o s i n gs p e e dl i m i t i n gd e v i c ea 他a l s od i s c u s s e d k e yw o r d s ：o r d i n a r yh i g h w a y ；s p e e do f v e h i c l e s ；d i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c s ；m u l t i p l el i n e a rr e g r e s s i o n ； l o g i s t i cr e g r e s s i o n 目录 目录 摘j 要i a b s t r a c t 1 i 目勇匙i 第一章绪论1 1 1 研究背景1 1 2 国内外研究现状1 1 2 1 国外研究现状1 1 2 2 国内研究现状j 2 1 2 3 国内外研究成果总结3 1 3 主要研究内容及技术路线4 1 4 本章小结5 第二章车速影响因素及调查方案设计6 2 1 车速影响因素简介6 2 2 调查方案设计7 2 2 1 观测仪器7 2 2 2 调查方法1 0 2 2 3 数据筛选1 1 2 3 本章小结1 1 第三章基于一般统计方法的车速分布特性分析1 2 3 1 车速分布特性一般统计方法。1 2 3 2 车速分布特征参数影响因素分析1 5 3 2 1 道路因素1 5 3 2 2 车辆因素2 2 3 2 3 交通流因素2 4 3 3 车速分布形式影响因素分析2 8 3 4 本章小结2 9 第四章车速分布特征参数的多元线性回归分析3 1 4 1 多元线性回归模型简介3 l 4 2 多元线性回归模型建立3 3 4 3 本章小结3 8 第五章基于l o g i s t i c 回归模型的车速分布特性分析一3 9 东南大学硬士学位论文 5 1l o g i s t i c 回归模型简介3 9 5 2l o g i s t i c 回归模型建立4 1 5 3 本章小结4 6 第六章研究结论与展望4 7 6 1 研究结论4 7 6 2 研究展望4 8 致谢5 0 参考文献o 5l 攻读硕士学位期间发表论文及参与科研情况。5 3 i v 第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 车速是描述车流运动的一个基本参数，是度量车辆运行情况的一项主要指标。车速可以用来分 析道路通行能力与服务水平、营运管理及经济效益等，也是进行公路交通规划与设计、交通管理、 交通控制时所需考虑的重要参数之一。此外，在进行交通事故分析时车速资料也是重要依据。综上 所述，全面了解和掌握各道路上车速情况是正确进行道路网规划、设计、运营、管理的前提【l 】车 速不仅受道路、车辆等一些可确定因素制约，也会受一些随机因素作用，因此可以将车速看作是服 从于某种概率分布的随机现象。为了体现随机因素的影响作用，需要从一组车速数据的分布特性角 度分析。 分布特性中的分布形式研究是许多统计学研究的前提，许多统计学的方法都是建立在特定的分 布形式基础之上，比如许多资料都要求满足正态分布这个前提条件才能够用一些统计学方法处理， 所以弄清随机变量的分布规律具有重要的意义。由统计学知识可知，在分布特性研究中，数据的概 括性度量是一种重要的统计方法，其中反映集中趋势的平均值、百分位值，反映离散程度的标准差 可以很好的对数据进行描述，从而挖掘数据中蕴涵事物内在的规律，并为后续研究提供理论基础。 国内对车速分布特性的研究主要集中于高速公路和城市快速路，关于普通公路车速分布特性的 研究较少。普通公路在我国公路网中的地位举足轻重，截止2 0 0 7 年底，我国等级公路里程达2 5 3 5 4 万公里，其中高速公路仅占2 1 3 【2 】因此，普通公路行车速度分布特性亟待进行系统研究。 本文依托“十一五国家科技支撑计划项目( 2 0 0 7 b 朋d 5 8 0 2 ) ”，通过对大量车速数据调查、统 计、分析，探讨典型普通公路车速的分布特性，确定道路、车辆、交通条件等因素影响下车速分布 特征参数值及分布形式的变化情况，充实我国车速理论研究的内容，为项目的后续研究奠定基础。 1 2 国内外研究现状 国内外对于车速分布特性的研究主要涉及两个方面：车速统计值和车速分布形式，其中车速统 计值主要指平均车速、百分位车速、车速标准差。 1 2 1 国外研究现状 车速统计值 8 5 位车速作为车速限制方法是迄今为止被广泛采用的方法。p a r k e r ( 1 9 8 5 年) 为了确认对车 速限制影响显著的因素，在美国及其地方政府交通管理部门展开调查，认为各影响因素根据影响的 显著程度大小排序依次为：8 5 位车速、交通事故、车速众数、路侧设施的种类及数量。p a r k e r 认 1 东南大学硕士学位论文 为上述四种因素是可以量化的，它们被部分州的交通管理部门作为调整车速限制的依据3 1 a g e n t 等人( 1 9 9 8 年) 认为8 5o a 位车速应作为车速限制的基础，同时，他还推荐对小型车和大型卡车分别 限速，并建议将限速标志作为交通控制设施的一种补充f 4 】。南佛罗里达大学的p a r k 与j a e h y u n ，以佛 罗里达州的主干路作为研究对象，选择了1 0 4 个低事故率、8 5 位车速与车速限制值接近且交通流 均匀的调查地点，收集的数据包括交通、道路几何线形以及路侧信息，建立了车速限制值与这些变 量的关系模型，该模型与仅仅将8 5 位车速作为车速限制值相比更为客观可行，同时消除了调整运 行车速时的人为主观因素【5 】。 h e l b i n g ( 1 9 9 6 年) 在其模型中引入了车速方差与平均车速及密度之间的关系，并用荷兰高速公 路交通流的实测数据对关系式进行了拟合同。v e n k a t a r a m a n 和f r e d ( 1 9 9 8 年) 建立了基于每一条车 道的车速及车速离散模型，认为车速及其离散性是受内、外因两个因素影响，内因包括相邻车道的 车速及离散性、车辆混合、车流量等，外因包括气候、道路几何条件、时间因素等( 7 1 车速离散性 在交通事故关系方面，c , - a r b e r 和g a d i r a j u ( 1 9 8 9 ) 研究了车速方差与交通事故率之间的关系，发现 路段车速方差越大，发生交通事故的概率越高【羽 车速分布形式 h a i g h t 和m o s h e r ( 1 9 6 2 年) 指出，对数正态分布是速度分布的适当形式而以l e o n g ( 1 9 6 8 年) 为代表的一些研究人员观测到道路上个体车辆的速度服从正态分布，他报告了澳大利亚3 1 个郊区测 站三年期间用雷达速度表测量畅行车流速度的结果，当把测量数据汇编时，发现车速分布是正态的， 标准差等于各自算术平均值的0 1 7 倍，来自不同测站的车速数据除以各自的算术平均值后具有统一 的正态分布形式1 9 1 。k a t t i f f d r a g h a v a e h a r i ( 1 9 8 6 年) 发现小汽车、重型商用车、轻型商用车、单脚滑行 车、摩托车地点车速服从正态分布，而自行车地点车速服从对数正态分布【1 0 1 k u m a r 和r a o ( 1 9 9 8 年) 发现地点车速服从正态分布，他们将8 5 位车速看作平均自由车速，调查统计知小汽车、公共 汽车、卡车平均自由车速分别为6 5 ，5 6 ，5 2 k m h t 】。p a r t h a 和s a t i s h 等人( 2 0 0 6 年) 发现，车速分布 曲线是双峰形式还是单峰形式由( 一) 与( 一圪) 的比值决定，通过对印度1 7 个双车道公路不同 断面地点车速的调查，得出当且仅当比值处于o 6 9 1 3 5 区间时，分布曲线为单峰形式【1 2 】 1 2 2 国内研究现状 车速统计值 裴玉龙，王炜( 2 0 0 4 年) 通过观测数据建议将高速公路小型车的1 5 , 位车速作为最低车速限制 的取值依据，并统计了不同断面的1 5 位车速与c c r s ( 圆曲线的曲率变化率) 的回归模型，分析 结果可以为建立高速公路车速限制标准提供依据【1 3 1 李娟，姬为宇，蔡加发( 2 0 0 7 年) 通过对山区高速公路行车速度进行分析，对8 5 位车速与 c c r s ( 圆曲线的曲率变化率) 进行回归分析，建立8 5 位车速与c c r s 的回归模型，对如何确定高 速公路直线段和曲线段的限速值给出建议【1 4 1 程国柱、裴玉龙( 2 0 0 8 年) 对高速公路不同线形条件 2 第一苹绪论 和交通条件下的分车道、分车型8 5 位车速特征进行了分析，建立了高速公路不同行驶方向的曲线 半径、转角及曲线长度与不同车型8 5 位车速的多元线性回归模型，给出了上坡路段需进行车速限 制的临界坡度；分别对高速道路交通量和交通组成与8 5 位车速的关系进行了研究，给出了自由流 条件下车速的分布范围，建立了大型车混入率与8 5 位车速的关系模型；对比分析了高速公路雨天 与晴天的车速，得出了小雨天气对8 5 位车速影响不大的结论【1 5 】。李英涛、程国柱、裴玉龙( 2 0 0 8 年) 对城市快速路不同线形条件和交通条件下的分时段、分车道与分车型的8 5 位车速特征进行了 分析，认为快速路平直段及曲线段不同时段、车道与车型的8 5 * , 位车速存在差异；同时，对城市快 速路交通量、交通组成与8 5 位车速的关系进行了研究；提出城市快速路可根据道路不同线形条件 分车道、分车型进行限速【阍。 在与车速离散性相关课题的研究领域，近年来也出现了一些颇有价值的研究成果，主要集中在 交通安全相关的研究领域，其中以裴玉龙、程国柱( 2 0 0 4 年) 研究最具代表性，对国内1 4 条高速 公路地点车速以及事故率的调查数据进行了分析，建立了车速标准差与亿车公里事故率之间的关系 模型，模型表明车速分布越离散，事故率越高【1 7 1 。 车速分布形式 蒋仁言( 1 9 9 7 年) 对一种可用双峰形状的概率密度函数进行研究，导出了该分布的数字特征， 确定其分布函数的计算可利用正态分布表来进行，并给出了这种双峰形状的概率密度函数应用于汽 车车速分布实例u 司。诸葛敬敏( 2 0 0 0 年) 对北京西三环快速路的车速分布进行了调查，发现当交通 流处于自由流状态时，速度分布接近于对数正态分布；随着流量的增大，地点车速的分布接近于正 态分布【埘。李晶、徐广勇等( 2 0 0 3 年) 对双车道自由流车速进行了分析研究，基于对东北地区的双 车道公路的大量调查的基础上，确定双车道自由流车速服从正态分布f 2 0 1 。钟连德、荣建等( 2 0 0 4 年) 分析了快速路车速的总体分布特性和不同流量下的车速特性，结果证明，车速的总体并不像有些文 献所描述的那样总服从正态分布或对数正态分布，低流量时车速服从正态分布，高流量时车速服从 偏正态分布1 1 】。阎莹、王晓飞等( 2 0 0 8 年) 对高速公路断面运行车速分布特征进行研究，利用p p 概率分布图和单样本k - s 检验方法确定：高速公路断面运行车速服从正态分布【2 1 1 。 1 2 3 国内外研究成果总结 早在2 0 世纪6 0 年代国外学者开始对行车速度分布特性开展研究，取得了一些研究成果，为本 论文的研究做了很好的铺垫，但是国内的道路等级、交通组成、车辆运行特性、驾驶员总体特征等 与国外存在很大差异 国内学者在分析行车速度分布特性方面，已有研究主要集中于高速公路或快速路行车速度分布 特性的研究。其中，有学者分线形、分车道、分车型、交通流状态分析了高速公路、快速路的8 5 位车速后，提出高速公路、快速路需要根据道路线形分车道、分车型限制最高速度。因此可以考虑 对普通公路的8 5 0 , d 直车速分线形、分车道、分车型研究，以此作为普通公路限速管理的依据。此外， 3 东南大学硕士学位论文 基于交通流中过低速度的车辆会对交通安全产生负面影响的研究成果，高速公路中常采用1 5 位车 速作为最低车速限制依据，普通公路的功能定位决定了它难以限制最低车速，但可以考虑对多车道 公路部分车道设置最低车速限制，从而达到分离快慢车流、消除安全隐患的目的，这就需要对15 位车速进一步深入研究。关于车速分布形式，国内研究只简单对道路断面整体的车速分布形式进行 了检验，主要结论是高速公路及快速路在高流量时服从正态分布，低流量时服从偏正态分布，并没 有分车型、分车道对车速分布形式研究，很难作为全面的基础理论为后续研究服务，此次研究拟分 交通流状态、分车型、分车道深入研究普通公路的车速分布形式。 基于此，本文拟对不同等级普通公路行车速度分布特性分车道、分车型、分交通流状态系统地 研究，主要研究内容将在下一部分详述。 1 3 主要研究内容及技术路线 本文的研究内容主要是基于普通公路车速调查，从一般统计方法、l o g i s t i c 回归模型两个角度分 析车速分布特性。具体内容如下： 第一章为绪论，对以往所作研究成果进行详细的资料收集及问题总结，对研究背景和国内外研 究现状进行客观分析，明确研究内容方法与技术路线，作为进一步研究的基础 第二章为车速影响因素介绍及调查方案设计，首先在总结已有成果中关于车速影响因素内容的 基础上确定此次研究所要考虑的影响因素，之后介绍调查方案的设计。 第三章为基于一般统计方法的车速分布特性分析，首先依据统计学知识将车速分布特性归结为 集中趋势参数、离散程度参数、车速分布形式三个表现形式，然后针对上一章所确定研究的影响因 素，分别从数值表现和作用机理上分析它们对车速分布特性的影响。 第四章为车速分布特征参数的多元线性回归分析，本部分在上一章对于车速分布特征参数与各 影响因素之间关系分析的基础上，建立各车速分布特征参数关于影响因素的回归模型，深入探索道 路因素、车型因素、交通流因素对车速分布特征参数的影响，并探讨了回归结果在确定道路限速值 方面的应用价值。 第五章为基于l o g i s t i c 的车速分布特性分析，将车速分为低速、常速、高速三个区间，借助于 l o g i s t i c 回归模型对车辆选择何种区间的主要影响因素进行了分析，同时得到模型回归系数，该模型 可用来计算特定情形下车辆选择各种车速区间的概率，并探讨了该模型在选取限速设施方面的应用 价值。 第六章为结论与展望，对本文研究所做的总结，并指出研究中的不足以及需要继续研究的方向。 论文研究的技术路线如图1 1 所示。 4 分布特性一般统计方法 各因素对车速分布特 征参数的影响 车速分布特征参数的多 元线性回归模型分析 1 4 本章小结 第一章绪论 各因素对车 速分布形式 的影响 图i - i 论文技术路线图 基于l o g i s t i c 回归模型的 车速分布特性分析 本章首先叙述了论文研究的背景和现实意义，然后全面地介绍了国内外车速分布特性相关课题 的研究成果和不足。明确了本文研究的主要内容，制定了研究技术路线，安排了文章的逻辑结构， 为论文研究工作的开展奠定了基础。 s l o g i s t i c 移型适用性 士 车速分布区间的 l o g i s t i c 回归模型建立 东南大学硕士学位论文 第二章车速影响因素及调查方案设计 2 1 车速影响因素简介 根据已有研究成果，车速的影响因素主要包括人、车、路和交通条件四方面【2 2 1 。 一、驾驶员对车速的影响 汽车行驶速度与驾驶员的技术水平、驾龄长短以及驾驶员的个性、性别、年龄和婚姻状况有关。 一般长途旅行的人比本地出行的人开得快，车上无乘客时比有乘客时开得快，青年、男性、单身驾 驶员要比中年、女性、已婚的驾驶员开得快。 二、道路条件对车速的影响 l 、车道数及车道位置对车速的影响 车道多于双向四车道时，平均车速车速与双向四车道相似，有分隔带的双向四车道要明显高于 双向两车道和三车道道路的平均车速，双向三车道上的平均车速略高于相类似的双车道道路。多车 道的道路上，各车道的车速由中间向两侧逐渐降低。 2 、平面线型对车速的影响 一般平曲线上车速比直线段上车速低，小半径平曲线上车速比大半径曲线上车速低。在设计车 速很低的弯道上，平均车速接近设计车速；在设计车速高的弯道上，平均车速低于设计车速并接近 于切线段上观测的平均车速。 3 、纵断面线型对车速的影响 道路纵断面线形对车速影响显著，下坡( 对于货车纵坡约为5 对于专用大客车和小汽车纵坡 约为3 时) 与平坡路段相比平均车速有所增加。当下坡的路段超过此值以及上坡时，各类汽车的车 速都要降低。重型货车上坡时，车速随坡长与坡度的增大急剧降低，直至降到等于爬坡车速，并以 此速度继续爬坡。 4 、视距对车速的影响 在无分隔带的街道上，当实际能保证的视距小于超车视距路段的百分比增加时，车速显著降低。 5 、侧向净空对车速的影响 在双车道道路上，侧向净空受到限制时，平均车速降低2 - 5 k m h ，城市街道上的地点车速，随单 位长度内障碍物数量的增加而降低，这些障碍物包括道路交叉1 ：3 、铁路平交e l 、行人过街道等。 6 、路面对车速的影响 路面由低级到高级时，车速逐渐增加，路况不良引起车速降低比视距不足引起车速的降低更为 严重。 6 第二章车速影响因素及调查方案设计 三、车型对车速的影响 车型对地点车速有显著影响，小汽车快于大客车，货车最慢，货车的平均车速按轻型车、中型 车、重型车的次序依次降低。 四、交通条件对车速的影响 l 、交通量对车速的影响 大量的调查已确切地表明，当其他条件相同且不超过临界密度时，交通量和平均速度为线性关 系。 2 、交通组成对车速的影响 当有多种车辆混合时，互相干扰使平均车速降低，当机动车与非机动车分开行驶或用分隔带分 开时，平均车速增高。在机动车流中重型车增加和拖挂车增加，则平均速度降低，小型车多则平均 车速提高。 3 、超车条件对车速的影响 在具有良好超车条件的情况下车速上升，当交通量增加使超车受到限制时，平均车速随运货汽 车的增加而迅速地下降。 4 、交通管理对车速的影响 严格的管理、良好的秩序能显著地提高车速。近年来，在部分道路上实行快慢分流、各行其道 之后车速显著提高。 2 2 调查方案设计 2 2 1 观测仪器 一、仪器简介 鉴于本文的研究需要单车信息，在综合对比多种数据采集设备性能特点及调查方案实施可行性 的基础上，选用澳大利亚m i c r o c o mp t y 公司的m e t r o c o u n t 5 6 0 0 车辆分型统计系统1 习( 下文简称 m c 5 6 0 0 ) 。 如图2 - 1 所示，一套完整的系统包括路旁单元、橡胶气压管、数据分析软件。 7 东南大学硕士学位论文 图2 1 m c 5 6 0 0 系统构成 该系统可精确记录每个车轴的时间标，对道路交通状况进行定期或不定期的观测，然后利用系 统自带软件，为交通统计工作提供精确的交通量、车辆类型、地点车速、车头时距等交通流参数。 二、仪器工作原理 该系统应用a 、b 两个气压管传感器提供信号，预设气压管间距( 通常s = l 米) 当某汽车轴依 次压过气压管a 、b ，系统依次记录时间、岛，剐“一乙) 即得该轴的速度；如果连续几根轴的速 度近乎相等时，系统即可判断为同一辆车的多轴；相邻两轴通过同一气压管的时间差乘以速度即为 两轴轴距：轴的速度即为该车此时的速度，再结合轴数以及轴距判断车型。该系统工作原理如图2 2 所示。 图2 - 2m c 5 6 0 0 工作原理示意图 图2 - 3 至图2 5 依次是双向两车道、四车道、六车道道路m c 5 6 0 0 的安装方式，区别主要在于 气压管的布置方式及其与路旁单元的配合。m c 5 6 0 0 工作原理是依据气压管传感信号，为了尽量避 免两辆车同时接触气压管而给路旁单元传递混乱信号，尽量保证一段气压管、一台路旁单元只管一 条车道，对于每方向三车道公路，必须采用一段气压管交叉铺设方式。 8 第二章车速影响因素及调查方案设计 图2 - 3 双向两车道j 两台设备安装方式 图2 - 4 同向两车道两台设各安装方式 9 东南大学硕士学位论文 2 2 2 调查方法 一、统计间隔与样本量 图2 - 5 同向三车道两台设备安装方式 在以往国外的研究中，通常认为1 5 和5 分钟是分析交通流统计分析模型的统计间隔。历年的包 括最近的h c m 2 0 0 0 推荐的都是1 5 分钟间隔，于是此次研究采用1 5 分钟统计间隔【嘲。 由于此次分析中速度、流量等参数都是随机变量，为了保证这些参数能够有足够的精度，必需 保证一定的实测样本量。如果以实测速度作为必需保证精度的参数，理想条件下的最小观测样本量 可以按照下式计算1 ： 陬) 2 ( 2 1 ) 其中，n 为样本量；s 为样本标准差；k 为常数，当置信度等于9 5 时，壬孓1 9 6 ：e 为容许误 差。 当车速的精度要求为置信度9 5 ，误差为：2k m h ，标准差为1 0 k m h 时，根据式2 - 1 可计算样 本量不应小于4 8 ，如果以1 5 分钟作为一个观测区间，则累计观测时间不小于1 2 小时。 二、调查时间地点 因时间与精力所限，并考虑实验设备实际条件，本次研究仅重点选择考虑道路类型、车道位置、 车型、道路饱和度、大型车比例对车速分布特性的影响。 数据采集时间地点选择考虑以下因素： 数据采集路段应覆盖普通干线公路：一级、二级公路； 数据采集路段包含每个行车方向车道数为单车道、双车道、三车道的路段； 1 0 第二章车速影响因素及调查方案设计 所选路段要平坦顺直，离汇流和分流区有一定距离( 前后5 0 0 米范围内无出入口) ，无 信号控制，无持续性侧向干扰( 即无公交站台，无吸引人流的出入口) ； 每次数据采集时间应持续且不低于6 小时，包含交通量高峰时段和平峰时段。 依据以上标准，本文选取的数据采集时间地点见表2 - 1 ： 表2 - 1 数据样本采集时间地点一览表 限速值中央分隔形 路段名称公路等级车道数 平面线形数据采集时间 ( k m h ) 式 宁六公路一级68 0直线绿化带7 ：o o 1 4 ：o o 宁芜公路一级 4 6 0直线绿化带l l ：o o - 1 8 ：0 0 宁丹公路一级 46 0 直线绿化带1 0 ：o 仉1 8 ：o o 宁杭公路二级 26 0 直线双黄线 l l ：3 0 - 1 8 ：3 0 三、调查内容 调查内容包括：车型、通过调查断面时的地点车速、交通量、大型车比例以及调查断面所在路 段的道路条件 2 2 3 数据筛选 根据观察，m c 5 6 0 0 系统中气压管的铺设对部分车辆的车速存在影响，其中对于微型车的车速 影响最为明显，一些摩托车驾驶员甚至因为气压管的铺设而减速至停车，即无法使用此套设备对微 型车速进行真实观测。因此在后面的数据分析工作中时，不考虑微型车的车速( 为反映真实道路饱 和度。计算交通量时包含微型车数量) 。另外对小于等于l o k m h 的车速予以剔除，不予考虑。 2 3 本章小结 本章首先在已有研究基础上总结了普通公路上行驶车辆其车速的影响因素，确定了本文即将考 虑的影响因素。之后介绍了m e t r o c o u n t 5 6 0 0 车辆分型统计系统设备的组成及工作原理，论述了数据 采集时间地点选取原则以及数据筛选依据。 1 1 东南大学硕士学位论文 第三章基于一般统计方法的车速分布特性分析 3 1 车速分布特性一般统计方法 数据分布的特征一般可以从三个方面进行测度和描述，一是分布的集中趋势，即各数据向其中 心值靠拢或聚集的程度；二是分布的离散程度，即各数据远离其中心值的趋势，它反应了各变量值 之间的差异状况；三是分布的形状，集中趋势和离散程度是数据分布的两个重要特征，但要全面了 解数据分布的特点，还需要知道数据分布的形状是否对称、偏斜的程度，这些都可以通过数据分布 形式来描述嗍。 这三个方面分别反映了数据分布特征的不同侧面，要全面把握数据分布的特征，需要同时对这 三个方面情况进行描述和分析。 一、集中趋势参数 1 ) 平均车速：它是一定统计间隔内所有样本车速相加后除以样本的个数而得到的结果。从统计 思想上看，它是集中趋势的最主要测度值，平均车速是一组车速数据的重心所在。 其计算公式为： 1 ，2兰蔓生堡： 刀 意 ( 3 - 1 ) 其中，v f 为样本车速：n 为样本数； ，为平均车速。 2 ) 百分位车速：1 5 位车速和8 5 位车速。 在某路段某一统计间隔内，行驶的所有车辆中，只有1 5 的车辆行驶速度在某速度值以下，有 8 5 的车辆行驶速度高于此值，则该值为1 5 位车速：同理可知8 5 位车速。 高速公路的交通管理部门常以1 5 位车速和8 5 位车速作为某些路段的最低、最高车速限制依 据。参照高速公路，分析普通公路车速分布特性时，以1 5 位车速作为低位车速的代表值，以8 5 位车速作为高位车速的代表值。 二、离散程度参数 车速标准差：各变量值与其平均数离差平方的平均数，称为方差( v a r i a n c e ) ，方差的平方根称为 标准差( s t a n d a r dd e v i a t i o n ) 。车速标准差是对车速离散程度的测度值，它反映了每辆车的速度与其总 车速平均值相比平均相差的数值，因此它能准确地反映出道路上车速的离散程度。 对于未分组数据，其计算公式为： 第三章基于一般统计方法的车速分布特性分析 其中，v t 为样本车速；1 1 为样本数；y 为平均车速；s 为车速标准差。 三、车速分布形式 ( 3 - 2 ) 数据分布形式指的是通过样本数据估计它们近似服从哪种概率分布形式。大多数情况下车速都 是以类似于平均车速之类的统计值出现的，但如需建立道路交通流的仿真平台，就必需尽可能还原 道路上车流真实运行情况，包括赋予每辆车个体车速值，这时仅有车速统计值就不够了 由概率论知识的参数估计知识可知，对于一个连续型随机变量，如果掌握总体分布类型，可以 利用部分样本信息通过点估计或者区间估计方法估计总体分布的关键参数，从而得出总体的分布情 况并作为车速参数的输入值。例如如果已知车速服从正态分布，即可以通过采集一定数量的车速真 实值，再用样本均值和样本修正方差作为总体分布均值和方差的无偏估计量，将正态分布及其参数 作为车速输入值即可近似模拟出道路上车速真实情况。 为确定车速分布形式，先绘制车速分布柱状图。结果表明，车速的分布有中间较为集中，两边 较为分散的特点，因此，数据适用于有峰值的分布形式进行拟合。结合国内外已有研究成果，拟用 正态分布、l o g i s t i c 分布、对数正态分布、w e i b u u 分布以及g a m m a 分布对车速分布形式进行拟合 图3 1 至图3 5 为这5 种概率分布的密度函数形态图【1 3 】。 o 5 图3 - 1 正态分布s ( 5 ，盯2 ) 密度函数形态 图3 - 2l o g i s t i c 分布l o ，1 3 ) 密度函数形态 8 6 4 2 o n o o n 东南大学硕士学位论文 比 布具有 的数据 进 准确描 验等。 本 形式进 以指定 是不是 简单的 的p p 图3 3 对数正态分布密度函数形态 ll i 8 1 2 l - 6 1 4 i 1 2 o - e l o - 6o 8 o 6 乱 o 4 o 2 o 2 u 0 5i1 522 s3 o o ? 5i l ：521 5 ； 圈3 4w e i b u l l 分布密度函数形态 1 l ，2 口r i o 矗 1 o 8 o ，6 o 6 o n 4 o 2 o 2 口 ；3l 5 6 u 2s 图3 5g a m m a 分布密度函数形态 发现，正态分布和l o g i s t i c 分布具有对称性，而对数正态分布、w e i b u l l 分布和g a m m a 分 对称性，该不对称性能够更好地用来描述具有单边拖尾现象的数据，对具有偏态分布性质 有较强拟合性。 车速频率分布检验的方法有：在直方图上绘制各种频率分布曲线，比较哪种分布曲线更能 断面的车速特征；分布假设检验，采用p - p 概率图检验或单样本k - s 检验、z 2 拟合优度检 研究拟采用s p s s 软件的p p 概率图对各条车道不同车型的车速数据按上文提到的5 种分布 拟合检验。p p 概率图是用来检验变量分布的一种图形。它是以样本的累积概率为横轴， 论分布的理论累积概率为纵轴描出的散点图。对于一批车速数据，可以用p - p 概率图检验 定的分布，如果符合指定的