高速公路运行速度预测、线形分析与评价系统
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2011年第12期 (总第214期)
黑龙江交通科技
HE LLONGJIANG dlAOTONG KEJ No.12,2011
(Sum No.214)
高速公路车辆运行速度的研究 程笑峰 (黑龙江省公路勘察设计院)
摘要:阐述了运行速度的研究背景,对运行速度的调查方法进行了描述,对《公路项目安全性评价》中介绍 的运行速度计算方法进行了详细的解释,并对大齐高等级公路的运行速度预测和实测结果进行分析,说明道 路在运营管理中存在的不足。 关键词:运行速度;地点速度;区间速度 中图分类号:U492 文献标识码:C 文章编号:1008—3383(2011)12—0129—02
1引 言 长期以来,我国公路管理部门和交通对“限制速度”的 认识和限制速度标志的设计位置不够统一。普遍的做法是 以设计速度作为确定该路段限制速度值的依据,这种限制速 度方式显然不是合适的,即没有针对性,也没有考虑经济性 和安全性。 设计速度和限制速度是具有不同含义的两个概念。设 计速度是指中等水平驾驶员,在路面干燥、平整和视距良好 的条件下,公路线形指标受限制路段所能提供的最大安全车 速。限制速度则是因为管理和安全的需要在某特定路段限 制车辆行驶的最高速度。另外翟j殳计速度和限制速度两者考 虑的因素不同。设计速度着眼于公路设计,受技术指标的制 约,考虑地形、地质、经济发展状况与技术水平等综合因素。 限制速度着眼于公路管理,为减少交通事故和减轻事故严重 程度,要求驾驶员在限定的行驶速度条件下行驶,以约束驾 驶员的行为,保障行车的安全性。 与设计速度和限制速度相关的另一个速度概念是运行 速度,运行速度是指公路上车辆的实际行驶速度,是绝大多 数(概率85%)具有一定驾驶技术、心情状态良好的驾驶员, 根据车辆、道路、交通和天气等状况,按照自己的习惯所实际 采用的不断变化的速度。它是驾驶员根据其希望的行车速 度和直觉不断调整的行车速度。在按等值车速设计的公路 沿线,驾驶员选用的速度往往也会随个人情况发生变化,因 此可能在部分路段出现运行速度和设计速度不协调的情况。 在不同的设计速度范围区间,也会出现运行速度普遍大于设 计速度的情况,在另一区间,可能运行速度小于设计速度。 在“非受限制地段”的运行速度往往会高于设计速度。设计 速度越低的公路,其行驶速度的差别越大。 因此,运行速度比传统的设计速度具有更明显的安全 性,更能反映驾驶员的驾驶期望,作为限速管理的依据较之 设计速度更科学合理。 2运行速度调查方法 运行速度统计分析的基础工作就是大量的实测数据调 查,在高等级公路上实测的运行速度数据更真实。运行速度 调查分为地点车速调查和区间车速调查。 2.1地点车速调查 车辆通过道路某一地点(道路某断面)时的车速,亦称 瞬时车速。是描述道路某一地点交通状况的重要参数,是研 究制定限制速度、设计车速的基础。地点车速调查的目的是 收稿日期:2011—08—23 掌握某地点车速分布规律及速度变化趋势;用于交通事故分 析;设置交通标志的依据;确定道路限制车速等。 在实施地点车速调查时应跟据调查的目的和要求做好 调查时间和调查地点的准备。调查时问应与调查目的相对 应的具有典型性和代表性的时段,不应选择交通有异常的日 期和时间。调查地点的选择:(1)为掌握车速缝补特征及变 化规律,应选择平坦顺直道路;(2)为确定限制速度、交通安 全分析或交通管理措施效果,应设在相应的道路或地点上。 地点车速调查的方法有人工测量法、雷达测速法、检测 器测速法和视频测速法等。人工测量法是采用秒表测速法, 即在调查地点,测量一小段距离£,观测员用秒表测定各种 类型车辆经过 两端的时间,记录员在记录表上记录距离、 车型及通过时间,经整理计算,得出各类车辆的地点车速。 雷达测速法是用测速雷达瞄准前方被测车辆,即能读出该车 辆的瞬时车速。雷达测速的基本原理是应用多普勒效应,当 雷达测速仪瞄准被测车辆时,发射出的雷达测速电波,遇车 辆后再从车辆反射回来,发射波与反射波的频率差与车辆行 驶的速度成正比,从而得到车辆的地点速度。检测器测速法 根据检测器的不同可以分为亚管式和感应线圈式两种,它是 在一条车道上以一定距离连续设置两个检测器,车辆通过前 后两检测器是,发出信号,并传送给记录仪,记录下车辆通过 前后两个检测器的时间,从而算得车速。视频检测法的原理 与人工测量法相同,只是其测量的距离在视频图像上虚拟完 成。 2.2区间车速调查 区间车速是指车辆在道路某一区段内行驶的平均速度, 它可以分为行程车速和行驶车速两种。行程车速是车辆行 驶在道路某一区间的距离与行程时间的比值,行程时间包括 行驶时间和中途受阻时的停车时间。行驶车速是车辆行驶 在道路某一区间的距离与行驶时间(即行程时间中扣除因 阻滞而产生的停车时间)的比值。行驶车速是衡量道路服 务水平、估算路段通行能力的主要参数,进行运行速度调查 分析的区间车速就是指行驶车速。 车辆在公路上行驶时,往往受到各种因素的影响,如道 路线形、横断面组成、行车道宽度、路面状况、车辆性能、交通 组成、交通流量、交通管理措施、交叉口交通状况及气候条件 等。这些因素对行驶车速的影响通常是结合在一起的,难于 分清各因素对车速的单独影响。 区间车速调查的方法有GPS测速法、五轮仪测速法、光
简析路线设计的选线原则一、公路路线设计可靠性及安全性(一)公路路线设计可靠性所谓公路道路规划的牢靠性即是从概率视点解析道路规划目标安全和失效可能性巨细。
安全的可能性表征强度(安全概率),为相应的故障可能侵入特征是有风险的(失败概率)。
未能削减交通肇事道路的速度,完善高速公路交通安全形势,国外研究机构实行了大量的讨论和改造,美国,澳大利亚,英国等国家的公路条件,速度,安全审计和安全考核方式有自己的特点。
因此,在沿道路形状解决方案规划思维的特点,模型的特点和元素,如飞行员的动作特点公共交通,引导科学合理的公路路面评价指标和方法已经变得非常必要和重要的。
(二)公路路线设计安全性中国从2007年开始,现有的道路安全评估的目标基本上采取了许多实地观察和高速公路在西部地区的查询,分析西部地区的出行条件,控制特性,交通事故数据和速度分布特征,建立公路速度一致性的协调,线性目标规划,控制作业负荷程度,如安全评价模型,以加强并根据公路安全评估目标提高运算速度,所有的定量分析评价系统,并实现所有的,客观的和有用的高速公路安全评估,以确保道路的规划和驾驶行为,控制需求的一致性毕竟反映了科学合理的方式和方法。
对于规划和运行速度显著不同的部分需要实现相关的技术协调目标检查。
采取相应的分析部分的速度,查看并检查相应的规范和标准的高速公路规划目标能够满足高速公路规划的要求。
如果没有满意的技术目标,路径规划的优化,或者通过合理的交通安全设施规划调整,提高了安全性策略,以提高公路规划处置。
(三)公路路线平、纵面线形组合设计平坦的垂直线性组合规划条件下,表面上是在开始的水平对齐和垂直对齐方式,得出的结论是动手能力的工作。
平纵线形规划的表面,使平,立行上是合理的安排,成为其拍马屁,美观,舒适的空间曲线,这样就可以让汽车可以安全,快捷,舒适,缓解其危险性。
隐含的合作单位,垂直对齐,可以进行各自的优势,以达到即使在不增加成本的使用效果也可以有利于车子保持均匀的速度改善的方式。
根据《公路路线设计规划》,我国公路的设计速度有哪些1运行速度概念运行速度又称行驶速度,是指在良好的气候条件和正常的交通条件下,一般驾驶员驾驶汽车沿某条道路行驶时实际采用的车速。
汽车在路段上行驶时的车速各异,不同的驾驶员驾驶相同的汽车运行时车速也不同,即使相同的驾驶员驾驶相同的汽车也会因驾驶员的心理状况、汽车的状况、道路的状况而车速不同,另外货车和小客车的运行速度也是不同的。
国外通过大量的实况速度调查,选用V85来表示路段上的汽车实际运行速度。
V85指的是在某路段上85 %分位车速,即85 %的车辆所能达到的最高车速。
国外一些国家在设计速度的基础上,也同样进行了适当的修改。
如:意大利:标准中对所设计公路,均给出一个设计速度区间,上限是安全速度,即单个车辆安全行驶的速度上限值。
美国:在其最新版的《公路与城市道路几何设计指南》中指出:考虑到基于设计速度的路线设计方法已被大家所了解、掌握,对于设计速度大于100km/h的高速公路环境,仍采用设计速度方法,但对平曲线半径、最大纵坡与坡长限制、视距和加减速车道长度等一些关键性设计指标的选取,都在原设计速度后增加了对应的运行速度指标,要求按实际的运行速度进行调整修正。
我国仍采用设计车速进行设计,但要求对线形设计受地形条件或其他特殊情况限制的路段,采用运行速度进行检验。
2 影响运行速度的主要因素由于驾驶员、道路、汽车以及周围环境构成了一个封闭的道路交通系统。
因此,汽车的运行速度就会受到道路条件、汽车自身状况、驾驶员和路侧自然景观及周围环境等因素的影响。
而对于道路设计者来说道路条件对运行速度的影响是我们首先要考虑的问题。
道路线形是由直线和各种曲线连接而成,常用的曲线是缓和曲线(回旋线) 和圆曲线。
直线是以往公路设计中最主要的设计线形,尤其在地形地势平坦的地带采用更多。
但长直线会使驾驶员感到单调乏味和厌烦,有早点驶出直线区域的冲动,故驾驶员会一味地加速,造成行车速度过高,当在发现有障碍物(包括过路行人、车辆) 或小半径曲线的急转弯路段时,往往不能及时刹车制动而发生车祸;另外,直线不易适应复杂地形,也不易与周围自然景观很好地融合,不易保证道路线形的连续性,从而影响驾驶员的视觉和心理感受,造成判断上的误差,影响汽车的运行速度。
公路项目安全性评价规范2015版1总则1.0.1为规范公路项目安全性评价,制定本规范。
1.0.2本规范适用于实施公路项目安全性评价的高速公路、一级公路、二级公路和三级公路。
1.0.3本规范适用于公路项目的工程可行性研究阶段、初步设计阶段、施工图设计阶段、交工阶段和后评价。
1.0.4安全性评价代表车型应采用《公路工程技术标准》(JTGB01—2014)规定的设计车辆,并应考虑公路项目的实际交通组成情况。
1.0.5公路项目安全性评价除应符合本规范的规定外,尚应符合国家和行业现行有关标准的规定。
2术语2.0.1公路项目安全性评价highwaysafetyaudit从公路使用者的角度,按一定的评价程序,采用定性和定量的方法,对公路交通安全进行的全面、系统的分析与评价。
在公路交通行业也称为公路安全性评价、交通安全评价、行车安全评价,或简称为安全性评价、安全评价、安全评估。
2.0.2运行速度协调性consistencyofoperatingspeed评价线形设计一致性的指标,采川相邻路段运行速度差值,以及同一路段运行速度与设计速度差值进行评价。
2.0.3安全检查清单safetyauditchecklist根据事故预防原理、设计标准以及公路安全工程经验等编制的安全检查表。
3工程可行性研究阶段3.1一般规定3.1.1本阶段评价重点应为走廊带及工程方案对交通安全、社会和环境的影响。
3.1.2新建公路应针对同深度比选的走廊带方案进行评价。
3.1.3改扩建公路应分析既有公路交通安全特点,评价改扩建方案对交通安全的影响。
3.2评价方法3.2.1本阶段宜采用经验分析法或安全检查清单进行评价。
3.2.2改扩建公路对既冇公路进行交通安全特点分析时,应符合本规范第7.3节和第7.4节的有关规定。
3.3评价内容3.3.1工程方案评价应符合下列规定:1应根据地形条件、交通组成等,评价工程建设对交通安全的影响。
改扩建公路应评价改扩建后对交通安全的影响。
高速公路运行速度预测、线形分析与评价系统 一、软件的研发背景 1.线形设计一致性 线形设计一致性是指公路设计中的几何条件(即公路的实际特征)与驾驶员的期望驾驶速度相适应的特性。线形设计一致性可以保证公路全线的几何线形设计的整体协调性,公路设计一致性可以用来评价公路线形设计的安全性,是评价线形设计好坏的一个重要的指标。 从线形设计与车辆行驶速度的角度进行分析,线形设计上的任何突变,都将出现不连续的运行速度,造成驾驶员的不适应并使该位置所发生的交通事故具有聚集性。因此,连续的运行速度是路线设计一致性的最终表现,可以把路线的几何设计对道路安全的综合影响转化为车辆在路段上行驶过程中前后速度变化的大小,并以路段中运行速度的连续变化值来评价公路路线设计的优劣。 2.线形设计一致性评价的需要 从线形设计的角度,线形的不均衡和不连续,如某路段设计指标波动过大或平缓曲线中设置孤立的小半径曲线等,都有可能超出驾驶员的驾驶期望而形成交通事故的隐患,这是违反设计一致性的表现。从行驶车辆运行特性的角度进行分析,一个典型的特征就是在线形设计不连续的地方,会出现不连续的运行速度,因此运行速度的变化(简称运行速度差,用△V85表示)与设计一致性是紧密相关的,即可以用相邻路段的运行速度差来检查线形设计的一致性。目前国内外评价线形设计一致性的主要方法就是采用运行速度来评价的。 既然用相邻路段车辆的运行速度差来评价线形设计的一致性,首先就必须确定沿线的车辆运行速度,然后检查相邻路段的运行速度差。 我国《公路项目安全性评价指南》中采用的是路段实测回归模型。《指南》中以运行速度(指在特定路段上测定的第85%位车速V85)作为公路安全性评价的的一个主要指标。利用预测的运行车速对项目的路线、路侧、隧道、路线交叉和交通工程及沿线设施的运营安全性进行评价。 3.符合最新《公路工程基本建设项目设计文件编制办法》的需要 最新《公路工程基本建设项目设计文件编制办法》(2007年10月1日执行)中明确规定在关于初步设计文件中必须提交预测运行速度图和运行速度计算表。 4.基于运行速度的线形设计一致性评价标准 3.1 国外的设计一致性评价标准 国外对基于运行速度的公路线形一致性评价方法研究较早,而且取得了很多成果,各国针对各自的评价方法,提出了各自的评价标准和评价指标。 (1)美国 美国学者Leisch提出用速差作为评价标准,建议一个连续的公路线形设计评价指标为:①一条路线的小客车平均速度变化不应超过16km/h;②设计速度的变化量不应超过16km/h;③货车平均速度和小客车平均速度相差不应超过16km/h。 还有一些研究成果,用运行速度的速差量作为评价指标,认为相邻路段运行速度的速差小于或等于10km/h的设计一致性较好;在10km/h至20km/h之间的设计一致性一般;大于20km/h的设计一致性较差。 (2)瑞士 瑞士采用项目设计速度的速差作为评价标准,以其变化量作为评价指标。当设计速度大于等于75km/h时,相邻平曲线或平曲线与直线之间的项目设计速度速差应不大于20km/h;当设计速度大于等于75km/h时,项目设计速度速差应不大于10km/h。 (3)德国 德国设计指南规定任何给定路段的预测运行速度应不超过其设计速度20km/h;一条连续路段相邻线形要素之间的运行速度差允许最大值为10km/h。如果该特定路段不能达到限定要求,平面线形设计必须进行调整。 3.2 我国的线形一致性评价标准 《指南》中采用相邻路段运行速度的差值(△V85)来检查线形设计的一致性,规定相邻路段运行速度的差值小于10km/h时,一致性好;在10km/h~20km/h之间时一致性较好,条件允许时宜适当调整相邻路段的线形指标,使运行速度的差值小于10km/h;大于20km/h时一致性差,相邻路段需要调整平、纵面设计。同时规定,当同一路段的设计速度与运行速度的差值大于20km/h时,应对该路段的相关技术指标进行安全性验算。 二、软件采用的运行速度预测方法 1. 预测方法的选择 《指南》中提出了两种计算运行速度V85 的方法(方法1、方法2)。 方法1是根据对国内多条高速公路实际车辆运行状况进行大量观测的基础上,通过统计回归分析得到的高速公路路段运行速度预测模型。其适用的路线指标范围是平曲线半径R∈[120米,∞]∪纵坡I[0,6%]。方法2是修正后的澳大利亚运行速度计算方法。主要适用于小客车。其适用的路线指标范围是平曲线半径R∈[45米,∞],纵坡不限。 根据上述适用条件,软件采用方法1提供的运行速度预测模型为理论依据。 2. 软件划分分析路段 根据《指南》,依据曲线半径和纵坡坡度的大小将整条路线按平直路段、纵坡段、小半径平曲线段和弯坡组合段四种分析单元进行划分。 ① 平直路段: 指平面线形为直线或半径大于等于1000m的平曲线,且纵坡小于3%;或纵坡大于3%,但坡长小于等于300m的路段; ② 纵坡段: 指平面线形为直线或半径大于等于1000m的平曲线,且纵坡大于等于3%,坡长大于300m的路段; ③ 小半径平曲线段: 指平面线形为半径小于1000m的平曲线,且纵坡小于2%路段; ④ 弯坡组合路段: 指平面线形为半径小于1000m的平曲线,且纵坡大于等于2%的路段。 当直线段位于两小半径曲线段之间,且长度小于临界值200米时,则该直线视为短直线,车辆在此路段上的运行速度保持不变。 图 1 分析段落划分 3. 运行速度的测算 在任选一个方向进行第一次的运行速度测算时,首先要推算与设计路段衔接的相邻路段速度,作为本路段的初始运行速度,然后根据所划分的路段类型,按平直路段、纵坡段、小半径平曲线段和弯坡组合路段等分别进行运行速度的测算。 85V
0V
85V① 设计路段的初始运行速度 0V一般可通过调查点的现场观测或按表1估算各种设计速度对应的小客车和大货车的运行速度,作为设计路段的初始运行速度。 0V设计速度与初始运行速度的对应关系 表1 60 80 100 120 设计速度(km/h)
80 95 110 120 小客车
0V初始运行速度
55 65 75 75 大货车
② 平直路段 在平直路段上,小客车和大型车都有一个期望运行速度,见表2。 A.当直线的入口速度等于期望运行速度时,车辆在平直路段上保持期望运行速度匀速行驶,因此,直线段的出口运行速度等于期望运行速度; outVeVB.当直线的入口速度小于(或大于)期望运行速度时,车辆在平直路段上将加速(或减速)行驶,直线段的出口运行速度按式下计算。但当计算的运行速度大于等于(或小于)期望运行速度时,直线段的出口运行速度取期望运行速度。 outV
outV
SaVVout02092.25+= 式中:——直线段终点处的运行车速(km/h) out
V
0V ——直线段入口处的运行车速(km/h)
0a ——车辆的推荐加速度(减速度)(m/s2),根据表2取值。
S ——直线段车道(m),当S<200m时,取S=0计算。 平直路段上期望运行速度 表2 车型 小客车 大货车 120 75 期望车速Ve km/h
推荐加速度(m/s0a2) 0.15~0.50 0.20~0.25
推荐减速度(m/s0a2) -0.15~-0.50 -0.20~-0.25
③纵坡段 当纵坡坡度大于3%、坡长大于300m时,需要对运行速度进行修整。计算纵坡段上的运行速度时不考虑平面线形。小客车和下坡方向的大货车运行速度采用《指南》中的方法修整计算,上坡方向的大货车运行速度根据该段的坡度和坡长,采用运行速度纵坡模型(下式)计算坡段终点速度,计算采用的车型为《标准》中采用的车型。
0213100/21)2(212212212=−⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎟⎠⎞⎜⎝⎛++±+⎟⎟⎠⎞⎜⎜
⎝
⎛−
⎟⎟⎠⎞⎜⎜
⎝
⎛++PmVVKFifSVVgVV
gδ
式中: 1V——坡底运行速度,m/s;
2V——坡顶运行速度,m/s;
S——坡长,m; K——风阻系数,小客车取0.0025,大货车取0.0035; F——迎风面积,小客车取2.0,大货车取6.2; 2m2m
δ——惯性阻力系数,取0.01;
if、——摩擦阻力系数、纵坡坡度;
g——重力加速度,取9.8m/s2;
m——车辆总质量,小客车取1500kg,大货车取15000kg;
874.4102.0579.1−+=ViPP——
车辆的功率质量比,w/kg,按计算。
④小半径平曲线路段
小半径平曲线路段的运行速度,按表3中的运行速度预测模型计算曲线中点和曲线出口的运行速度。 小半径平曲线上速度预测模型 表3 曲线 车型 平曲线速度预测模型 连接形式
)ln(729.5834.0212.24nowinmiddleRVV++−=小客车
入口
直线-曲线 )ln(522.1963.0432.9nowinmiddleRVV++−=大货车