基于运行速度的高速公路线形适应性评价

第２８卷第３期　２０１４年９月　湖北汽车工业学院学报　

Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｈｕｂｅｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｖｏ１．２８　Ｎｏ．３　

Ｓｅｐ．２０１４　

ｄｏｉ：１０．３９６９￣．ｉｓｓｎ．１００８—５４８３．２０１４．０３．００３　基于运行速度的高速公路线形适应性评价　

张邢磊　，付保明　（１．东北林业大学交通学院，黑龙江哈尔滨１５００４０；２．东南大学交通学院，江苏南京２１００１８）　

摘要：道路线形的适应性是汽车安全行驶的重要保证，通过指出现有线形的适应性的不足，提出新的线形适应　性综合评价体系，并用此评价体系对鹤大高速公路复宁段高速公路线形适应性进行评价，同时采用主成分分析　的方法，确定各单项指标的权重值，指出道路线形适应性差的路段，从而为高速公路线形适应性提供了一种更加　全面、严格的评价方法。　关键词：运行速度；高速公路；线形适应性　中图分类号：Ｕ４９１　文献标志码：Ａ　文章编号：１００８—５４８３（２０１４）０３—００１６—０５　

Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　Ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　Ｈｉｇｈｗａｙ　Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ　Ａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙ　Ｑｕａｌｉｔｙ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　Ｓｐｅｅｄ　

Ｚｈａｎｇ　Ｘｉｎｇｌｅｉ　，Ｆｕ　Ｂａｏｍｉｎｇ　（１．Ｔｒａｆｆｉｃ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｎｏｒｔｈｅａｓｔ　Ｆｏｒｅｓｔｒｙ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ　１５００４０，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｔｒａｆｆｉｃ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｓｏｕｔｈｅａｓｔ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ　２１００１８，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｒｏａｄ　ａｌｉｇｎｍｅｎｔ　ａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙ　ｉｓ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｇｕａｒａｎｔｅｅ　ｆｏｒ　ｓａｆｅ　ｄｒｉｖｉｎｇ．Ａ　ｎｅｗ　ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ａｌｉｇｎｍｅｎｔ　ａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙ　ｗａｓ　ｐｕｔ　ｆｏｒｗａｒｄ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ａｌｉｇｎｍｅｎｔ　ａｄａｐｔｉｖｅ　ｐｒｏｂ－　ｌｅｍｓ．Ｔｈｅ　ａｌｉｇｎｍｅｎｔ　ａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ｆｒｏｍ　ＮｉｎｇＡｎ　ｔｏ　ＦｕＸｉｎｇ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｈｅｇａｎｇ—Ｄａｌｉａｎ　Ｈｉｇｈｗａｙ　ｗａｓ　ｅｖａｌｕａｔｅｄ．Ｔｈｅ　ｗｅｉｇｈｔ　ｏｆ　ｅａｃｈ　ｓｉｎｇｌｅ　ｉｎｄｅｘ　ｖａｌｕｅ　ｗａｓ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｐｒｉｎｃｉｐａｌ　ｃｏｍｐｏ—　ｎｅｎｔ　ａｎａｌｙｓｉｓ，ｔｈｅ　ｈｉｇｈｗａｙ　ｓｅｃｔｉｏｎｓ　ｗｉｔｈ　ｌｏｗ　ａｌｉｇｎｍｅｎｔ　ａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙ　ｗｅｒｅ　ｐｏｉｎｔｅｄ　ｏｕｔ．Ｉｔ　ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ａ　ＣＯＢ－　ｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ　ａｎｄ　ｒｉｇｏｒｏｕｓ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　ｈｉｇｈｗａｙ　ａｌｉｇｎｍｅｎｔ　ａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　ｓｐｅｅｄ；ｈｉｇｈｗａｙ；ａｌｉｇｎｍｅｎｔ　ａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙ　

线形是公路的骨架，它贯穿于整个公路的规　划、设计、施工以及运营。良好的线形不仅能提高　汽车行驶的安全性、舒适性、经济性，还可提高公　路的运行速度，以及道路交通量。线形设计的合　理与否取决于各指标选取的合理性。我国高速公　路通车里程近年来迅速增长，已经位于世界第一，　交通安全等问题日益突出。交通事故是多种因素　共同作用的结果，而公路线形是影响公路运营安　全的主要因素，因此对高速公路线形质量进行评　价就显得尤为重要。结合黑龙江省鹤大高速，本　文中分析运行车辆速度变化与线形指标的运用状　况，为线形设计适应性评判提供依据，特别是为公　路交通事故多发地段，即黑点路段线形适应性评　价提供理论指导。　

１　线形适应性评价分析　１．１公路线形设计基本要求　线形设计应根据公路等级及其功能正确运用　技术指标保持线形一致、均衡，确保行驶安全、舒　

收稿日期：２０１４—０８—２１　基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金项目（ＤＬ１３ＢＢ１８）　作者简介：张邢磊（１９８０一），女，山东章丘人，硕士，工程师，从事交通安全方面的研究。　第２８卷第３期　张邢磊，等：基于运行速度的高速公路线形适应性评价　一１７一　适，即设计的线形应能很好的适应车辆高效、安全、　舒适、连续地运行，也就是线形的适应性要好…。　１．２线性适应性评价方法　目前，就公路线形设计评价方法，国内外研究　方法主要有利用交通安全评价、利用公路透视图和　三维全景模型定性评价、利用可能速度评价、利用　“沿线最高可能车速图”评价、利用横向加速度变化　率评价、利用驾驶员工作量以及利用运行速度评价。　行驶在高速公路上的汽车首先体现给人们的　便是其运行速度，运行速度也是各线形指标综合作　用的结果。车辆在运行过程中速度保持一致，乘坐　舒适性就越好，车辆的运行就越安全。以运行速度　为基础，国内外对线形连续性、安全性、舒适性等指　标与速度的关系进行了分析，建立了一系列评价模　型，取得了不错的效果。　１．３现有评价方法不足　虽然线形适应性的评价方法众多，但我国规　范和标准中对高速公路线形的适应性的评价只是　定性的描述，无明确的定量指标，并且国内外往往　对单一的指标进行研究，缺乏统筹一体的评价研　究。例如车辆在运行过程中速度保持一致，乘坐　舒适性就越好，车辆的运行就越安全，可见三者密　切相关。单单注重某一指标，而忽视其他关联的　指标，往往不能全面综合地对线形进行改善，这样　就使得车辆行驶一致性和舒适性与线形的隐形安　全不能很好地协调，都可能导致线形改善的效果　不明显。　为避免现有定量评价方法的不足，本文中以运　行速度为基础，将连续性、舒适性、安全性这３个密　切关联的指标统一起来，建立一种基于运行速度的　线形适应性综合评价体系。　２线形适应性综合评价体系的建立　２．１单项评价指标的选择　线形适应性主要从连续性、舒适性、安全性３　个方面来考虑。运行速度　是指当交通处于自由　流状态，且天气良好时，在路段特征点上测定的第　８５个百分位上的车速　。本文中选取与运行速度　密切相关的各单项评价指标作为线形综合评价体　系的基础。　２．１．１连续性评价指标　线形连续性与道路的运行速度有密切的关　系。本文中采用的连续性评价指标为８５ＡＶ，即先　对相邻路段单个车辆分别计算车速差值，然后再取　第８５％位值。　当Ｊ８５ＡＶ　Ｊ小于１０ｋｍ．ｈ　时，运行速度协调　性好；当ｌ８５ＡＶＩ为ｌ０～２０　ｋｍ・ｈ　时，运行速度协　调性较好，条件允许时可以适当调整相邻路段的　技术指标，使ｌ８５ＡＶＩ不大于１０ｋｍ・ｈ～；当Ｉ８５ＡＶｌ　大于２０　ｋｍ・ｈ　时，运行速度协调性不良，相邻路　段需要重新调整平、纵面线形　。这种方法在很　大程度上消除了△　计算方法所存在的弊端。　２．１．２舒适性性评价指标　对于公路线形的舒适性评价，目前国内外常用　车辆行驶中作用于人体的加速度值来衡量，主要的　指标有横向加速度、轴向加速度和竖向加速度。其　中，横向和轴向加速度对舒适性的影响最大，评价　标准如表ｌ一２所示。　表１基于横向加速度的舒适性评价标准　】　

横向加速度／（ｍ・Ｓ　）　线形舒适性　ｌａ　Ｊ＜１．８　１．８≤ｌａｈｌ＜５．０　ｌａ　ｌ≥５．０　

优　良　差　表２基于轴向加速度的舒适性评价标准　汽车加速时　加速度／　线形　（ｒｎ　）　舒适性　汽车减速时　加速度／　线形　（ｍ・Ｓ　）　舒适性　

２．１．３安全性评价指标　对于公路线形安全』生的评价指标有很多，从运　行速度的角度出发，常用的指标有速度变差系数　Ｇ　、单位里程速度相对差值　，评价标准见表３￣４。　表３运行速度变差系数评价标准　

变差系数值／％　线形安全性　Ｇ　＜１５　１５≤Ｇ　＜２０　Ｇ　≥２０　

优　良　差　

表４单位里程速度相对差值评价标准　单位里程速度相对差值／（ｋｍ。。）　线形安全性　ｆ　ｆ＜０．２５　０．２５≤｝　Ｉ＜１．２　『　『≥１．２　

优　良　差　一ｌ８一　湖北汽车工业学院学报　２０１４年９月　２．２综合指标的确立　各个单项指标的侧重点不同，从不同的角度得　到线形的评价结果。由于线形适应性是连续性、舒　适性、安全性的综合体现，本文中引人一个综合的　评价指标——线形适应系数Ａ来表述各单项指标　的综合评价效应。适应系数与各单项指标的层次　如图１所示。　

线　性　适　应　系　数　Ａ　

图１适应系数与各单项指标的层次　在对各指标综合评价时，面临着不同评价指标　对应的数值单位不统一的问题。因此要对不同指　标数值进行去单位化处理。　由于每个指标分３个等级，本文中对评价指标　各等级进行赋值，具体的赋值如表５所示。这样就　使得每个评价指标被赋予了０～１之间的数值，消　除了数据计量单位不同的影响。　表５评价指标赋值表　评价等　优　良　差　级　代表数值　针对单一评价指标，计算得到各个划分路段的　值，通过公式变换得到相应的代表数值：　口　一口　卢　＝０＋　（６—０）　（１）　，　ｍａｘ，－，ｒａｉｎ　式中：　为转换后的代表数值；卢为转换前的计算　数值；卢…为卢对应等级的最大值；　…为卢对应　等级的最小值；ｎ，ｂ为同一评价等级转换后的赋值　区间的临界数值。　线形适应系数Ａ的计算公式为　Ａ＝Ａ。　＋Ａ　２卢２　＋Ａ　３卢　＋Ａ　卢　＋Ａ　５卢５　（２）　式中：Ａ，，Ａ　，Ａ　，Ａ　和Ａ　为评价指标权重值；　，　：　，　，卢　和卢　为去单位化处理后各评价　指标的值。　２．３单项评价指标权重标定　通常采用专家打分或者凭经验直接给出各单　项指标的权重，这种方法在一定程度上能够反映出　真实情况，但是往往带有一定的主观性，评价结果　可能失真。　由于各指标均是基于运行速度而得出的，各指　标之间具有一定的相关性。本文中在进行计算处　理时，采用主成分分析方法　，当特征值满足主成　分贡献率的时候，特征向量中的因子则表征了每个　指标对该综合指标的贡献程度，以此作为各指标的　权重值。　主成分分析方法的计算原理及步骤如下：　１）数据计算及标准化　根据速度调查数据，分别计算调查路段各个评　价指标的数值，根据评价指标个数，建立ｎ行５列　的数据矩阵：　Ｉｘ　一　。５］　ｉ　ｌ　ｌ…　（３）　式中：ｎ为调查对象个数；　为第ｉ路段在第．　个　指标上的数据值。　由于各指标的数据单位不同，需要进行标准化　处理，这里采用标准ｚ分数变换处理，变换公式为　

，＿　（ｉ＝１，２，…ｎ；　＝１，２，…５）（４）　ＵＪ　式中：　为标准化后的数据；　为原始数据；一Ｎｊ为　

变量　的均值；Ｓｊ为变量　的标准差。　经过标准化变换后的数据矩阵，每列数据的平　均值为０，方差为１。　２）求解指标数据的相关系数矩阵　相关系数矩阵的求解公式为