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高速公路互通式立交单车道出口小客车速度分析0车辆运行速度的特征车道出口是车辆通过快速驾驶的唯一途径此外,它也是一个多起事故的地区驾驶员必须根据道路条件和环境实时调整行驶速度相对于固定的设计速度而言,反映道路实际交通运行情况的车辆运行速度受人-车-路-周围环境的影响更大近年来,国内外学者对车辆运行速度特征进行了大量的研究张智勇等目前国内外对车辆运行速度的研究多集中在高速公路主线及双车道公路上,而对高速公路匝道出口的研究相对较少,对运行速度的研究主要考虑匝道平曲线半径、曲率变化率、坡度、超高等,忽略了车辆在出口处的实际运行规律,还无法对立交出口处的车辆运行速度进行有效的预测与分析,而且现行《公路项目安全性评价规范》(JTG B05-2015)1数据收集和测试
1.1车辆运行特征分析出口本文以西安、广州和佛山三市高速公路立交出口为研究对象,主要研究渐变段长度、渐变段与减速段长度之比r对车辆运行特征的影响采集时主线设计速度为100km•h
1.2车辆运行状态测试仪器采用链式开普勒雷达测速仪(以下简称链式雷达),每50nls记录1次车辆运行状态,该仪器前部检测区域为以雷达为中心的扇形区域,为检测到出口处车辆并减少仪器对驾驶人的干扰,将仪器架设于硬路肩上距主线外侧车道外边缘广
2.5m处,出口上游控制距离L
1.3样本量最小值在样本量选择时,要对样本量进行控制,以保证观测精度达到要求及反映出口路段的实际情况,根据统计学原理,特征点断面所需最小车辆数可由式
(1)确定,即式中:n本文取置信度水平为
90.0%,K=
1.64,由式
(1)计算可得样本量最小值为35辆对每个立交出口的车辆速度数据进行正态性检验,只有车辆速度数据符合正态性,才具有统计特性,利用SPSS回归分析软件对特征点进行K-S正态性检验,结果详见表3由表3可得,检验Z值均大于
0.05,且渐进显著性水平双侧均大于
0.10,满足正态性分布要求2基于运营特性的出口段研究
2.1运行速度特性分析为了更好地研究车辆在匝道出口的运行状况,选取4座互通式立交单车道出口速度数据,从渐变段起点开始提取自由流状态下的小客车速度数据,每隔10m提取1次,并计算运行速度V从图2可以看出,出口匝道车辆运行速度存在相似规律,车辆从渐变段起点开始一直减速,其中图2a、b、c二次减速较图2d明显,对周围环境进一步分析发现,图2d处主线右侧植物较为茂盛,路侧安全净区宽度较小,导致车辆整体速度较低,减速过程主要通过发动机减速即可满足减速要求在渐变段,驾驶人主要完成换道行为,减速幅度较小,为5~8km・h
2.2试验数据的不足车辆加速度是驾驶人控速行为最根本的表现形式,传统的加速度测量方法是在车辆上直接安装加速度计等设备,该方法一方面对驾驶人的驾驶行为产生了干扰;另一方面直接安装加速度计等设备的试验车数量、型号有限,试验数据不具有较强的代表性,得出的试验结果存在较大的偏差鉴于此,本文突破传统的测量方法,使用CARSIM动力学仿真软件,建立与被观测车型一致的转向系统、悬架、轮胎、制动系统与道路等模型由图3可知,车辆在刚开始进入渐变段里程90~150m时,加速度波动较大,最大加速度可达
1.4m•s
2.3包含走廊出口分段组成的设备匝道出口是车辆变速、驶出高速公路的必经之路1渐变段L2减速段L3分流点运行速度模型以自由流状态下小客车为研究对象,利用链式雷达获取12条匝道出口处的小客车实时行驶数据,从渐变段起点开始,每隔10m提取1组速度,最终对每个记录点速度信息统计汇总、,经排序,以调查数据的第85%分位车速V1统计出口处车辆速度数据的平均值和标准偏差以立交出口编号2为例,统计计算68个有效样本的渐变段起点速度和分流点速度的平均值和标准偏差,然后分别计算另外7个出口处的车速平均值和标准偏差,见表42计算特征点处车辆运行速度由于链式雷达测得的速度单位为m・s3残差独立性检验以渐变段起点速度和渐变段长度为自变量,以分流点速度为因变量,建立回归模型,判定系数R4对因变量进行共线性诊断分析,共线性诊断为检查自变量间是否存在近似的线性关系本文采用“特征值”的方式,特征值主要用来刻画自变量的方差,在实际应用中,特征根太小将对回归系数产生很大的影响,因此本文主要以条件指数来度量共线性分析见表6表6中显示条件索引值K5对回归系数进行分析,结果见表7,由表7可知,分流点运行速度预测模型为回归参数的置信水平都小于
0.1,置信度达到90虬置信度为90%时常量B6残差诊断分析以立交出口编号2为例,进行残差诊断分析,部分数据分析结果见表8由表8可知,最大残差不超过10km•h7自变量参数之间线性关系检验按照式2求得的速度预测值,转化为均值为
0、方差为1的标准正态分布预测值,各点分布无规律,但均匀分布在纵坐标为0的直线上下,说明分流点运行速度V综上可知,分流点处运行速度预测模型为式2,通过所有检验,即建立了自由流状态下小客车在分流点处运行速度预测模型以分流点预测运行速度V4车号初始速度预测值建立模型之后,需对两分段进行模型验证,检验该模型是否有异常及精度能否满足要求,采用相对误差的平均值来衡量式中△为相对误差值;姻A为相对误差平均值;y为预测值;V为样本实测值;y以立交出口9为例,按照车号从原始数据中提取车辆渐变段起点速度、分流点速度和小鼻点速度,由式
2、3分别计算得到分流点和小鼻点速度预测值,并按式4计算相对误差,结果如表9所示完成四立交出口相对误差计算后,按式5对相对误差求平均值,汇总匝道出口处各分段预测模型预测结果与实测运行速度观测值,结果见表10o由表10可知,该预测模型四出口车辆在分流点处速度的相对误差平均值分别为
5.075%、
5.314%、
4.365%和
6.452%;在小鼻点处速度相对误差平均值分别为
7.164%、
7.772%、
8.645%,
9.724%,预测模型的相对误差平均值均小于10%总体来看,以上得到的小客车预测模型精度满足要求5运行速度预测模型求解1本文通过对匝道出口处实测数据的分析研究,以渐变段起点速度、渐变段长度与渐变段长度与减速段长度之比r为自变量,建立了分流点运行速度预测模型与小鼻点运行速度模型,该模型相关系数较大,拟合数据好,通过4个立交出口进行模型验证,精度均小于10%,满足要求2在数据采集时出口处1003现行《安评规范》只介绍了主线的曲线路段、特殊纵坡路段、弯坡组合路段运行速度,缺少对立交出入口部分的研究本文对高速公路互通式立交单车道出口小客车运行速度预测进行了详实的介绍,可进一步补充《安评规范》中对运行速度的相关规定,为高速公路安全评价研究提供理论支撑4本文研究成果可为互通式立交单车道出口逐级减速与渐变段长与减速段长之比r的合理取值提供了理论依据5由于该模型是基于自由流状态下的小客车实测数据建立的,对于自由流状态下的大车型,后续可采用与本文相似方法进行运行速度预测模型计算在其他等级公路出口应用此模型时,需结合实际情况进行参数标定,同时本文仅对高速公路出口的运行速度进行了分析及预测研究,还应开展对高速公路入口及城市立交出入口运行速度分析和预测的研究工作。