多車道高速公路不同車道運(yùn)行速度的特點(diǎn)

吳明先，曹駿駒，林宣財(cái)，張江洪，王 松

(1. 中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司, 陜西 西安 710075；2. 江蘇省交通工程建設(shè)局, 江蘇 南京 210001)

0 引言

高速公路的交通管理方式影響道路交通的運(yùn)行特性，目前，我國大部分高速公路均已實(shí)施車道限制的管理方式，規(guī)定小型車行駛在內(nèi)側(cè)車道，大型車行駛在外側(cè)車道。在車道限制管理方式下，道路交通運(yùn)行形成新的交通流特點(diǎn)，由于客貨車的限制，各車道不同車型混行的現(xiàn)象有所改善，尤其是在最內(nèi)側(cè)車道，僅有小型車行駛，故車型間的相互干擾減小，車輛的運(yùn)行速度明顯提升。隨著運(yùn)行速度的提高，對(duì)道路幾何設(shè)計(jì)相關(guān)指標(biāo)的要求更高，尤其是與運(yùn)行速度相關(guān)的指標(biāo)，如停車視距、加減速車道長度等指標(biāo)。設(shè)計(jì)時(shí)該類指標(biāo)的運(yùn)用若不能根據(jù)多車道高速公路運(yùn)行速度的特點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整，將造成安全隱患。因此，作為幾何設(shè)計(jì)的重要基礎(chǔ)參數(shù)之一，需研究高速公路不同車道的運(yùn)行速度特點(diǎn)和分布規(guī)律。

國外研究者們針對(duì)道路運(yùn)行速度的研究多集中于運(yùn)行速度的預(yù)測。Praticò 等人[1]提出一種考慮幾何線形特點(diǎn)及各線形要素長度的運(yùn)行速度預(yù)測模型；Gibreel 等人[2]將道路平面圓曲線和縱斷面豎曲線綜合考慮，建立三維運(yùn)行速度預(yù)測模型，并基于實(shí)測數(shù)據(jù)證明了三維預(yù)測模型比二維模型更符合實(shí)際交通運(yùn)行狀況；Zuriaga 等人[3]則采用全球定位系統(tǒng)收集處理速度數(shù)據(jù)，通過校準(zhǔn)得到了更加精確的運(yùn)行速度預(yù)測模型；Montella 等人[4]使用高保真動(dòng)態(tài)駕駛模擬器進(jìn)行了連續(xù)速度剖面的試驗(yàn)研究，基于平滑的速度剖面，建立了預(yù)測曲線和切線運(yùn)行速度、運(yùn)行速度剖面所需的減速率和加速率以及曲線恒速運(yùn)行起始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)的模型；Hashim等人[5]基于實(shí)測數(shù)據(jù)建立了雙車道公路水平曲線和切線的運(yùn)行速度剖面模型，研究水平曲線前后加減速率的變化特性和與速度之間關(guān)系。Fitzpatrick[6]提出當(dāng)路段運(yùn)行速度高于道路設(shè)計(jì)速度時(shí)，應(yīng)采用運(yùn)行速度分布曲線的第85分位速度進(jìn)行道路限速。Panagiotis 等[7]研究表明除道路幾何條件外，駕駛?cè)艘蛩赝瑯訒?huì)對(duì)車輛運(yùn)行速度產(chǎn)生影響。Park等人[8]綜合考慮了運(yùn)行速度、道路特征和碰撞特點(diǎn)，結(jié)合路徑分析方法和相關(guān)變量，研究了城市道路運(yùn)行速度與交通事故之間的聯(lián)系。

國內(nèi)研究者們對(duì)道路運(yùn)行速度的研究主要通過大量實(shí)測數(shù)據(jù)分析車輛運(yùn)行速度的分布規(guī)律。裴玉龍等[9]基于大量實(shí)測數(shù)據(jù)對(duì)平直路段、曲線路段及縱坡路段85%位車速V85進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，提出不同路段V85與曲線半徑、坡度的關(guān)系式；周宏敏等[10]在進(jìn)行速度數(shù)據(jù)采集時(shí)，將車型納入統(tǒng)計(jì)變量，分析了不同線形組合情況下車輛運(yùn)行速度的分布特點(diǎn)，并通過統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)證明斷面運(yùn)行速度符合正態(tài)分布；閻瑩等[11]基于實(shí)測數(shù)據(jù)對(duì)高速公路斷面運(yùn)行車速分布特征展開研究，并提出由車速的累計(jì)分布求解特征指標(biāo)的運(yùn)行速度求解方法；王曉華等[12]分析了平曲線起中訖三個(gè)斷面的速度特征，建立了與曲線半徑、長度和運(yùn)行速度相關(guān)的回歸模型；楊文臣等[13]通過分析車頭時(shí)距與車速的關(guān)系，界定自由流狀態(tài)的車頭時(shí)距，建立了小型車與大型車的運(yùn)行速度預(yù)測模型；陳銘等[14]通過實(shí)地調(diào)查建立了關(guān)于多元線性回歸模型，研究了道路與環(huán)境特征對(duì)運(yùn)行速度的影響；李長城等[15]分析各國道路限速方式，提出以運(yùn)行速度第85分位值作為基準(zhǔn)值，并根據(jù)交通狀態(tài)對(duì)基準(zhǔn)值修正；付曉宇[16]調(diào)查了彎坡組合路段小型車的運(yùn)行速度，分析了平、縱、橫線形組合對(duì)運(yùn)行速度的影響。張馳等[17]在分析高速公路互通式立交單車道出口小客車運(yùn)行速度實(shí)測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,得出車輛在出口處的運(yùn)行規(guī)律。

盡管國內(nèi)外研究者對(duì)高速公路的運(yùn)行速度展開了廣泛的研究，但隨著我國多車道高速公路的建成與交通管理方式的改進(jìn)，不同車型、不同車道的運(yùn)行速度呈現(xiàn)明顯差異，以往的研究并未充分考慮這些特點(diǎn)，無論是設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)指標(biāo)的取值還是安全性評(píng)價(jià)都需要考慮不同車道運(yùn)行速度的特點(diǎn)，采取合適的指標(biāo)，保障高速公路的運(yùn)行安全。本文基于多車道高速車道管理方式，采用實(shí)測并分析高速公路不同車道車輛運(yùn)行速度數(shù)據(jù)的方法，對(duì)不同車型、不同車道的運(yùn)行速度展開研究，分析現(xiàn)行按車型的車道管理措施下車道限速遵從度，研究限速措施的合理性。此外，尋找不同車道的運(yùn)行速度分布特點(diǎn)和規(guī)律，提出不同車道運(yùn)行速度推薦值，為相關(guān)幾何指標(biāo)的應(yīng)用和檢驗(yàn)提供參考。

1 多車道高速公路車道管理方式調(diào)查

多車道高速公路不同車型混合行駛時(shí)，由于車型外觀尺寸與動(dòng)力性能的差異及變道行為的存在，增加了車輛間的干擾，存在較高的交通事故風(fēng)險(xiǎn)，且道路通行效率和服務(wù)水平低下。根據(jù)車型不同實(shí)施必要的車道管理，能夠減少車輛間的干擾，提高道路通行能力、降低交通事故的發(fā)生。早期建設(shè)的單向雙車道高速公路采用內(nèi)側(cè)超車，外側(cè)混合行駛的管理方式，目前已不適用于多車道高速公路?，F(xiàn)有多車道高速公路的車道管理方式大致按4個(gè)方面進(jìn)行劃分：行駛速度、車型大小、客貨管理以及出口順序。根據(jù)車道數(shù)不同，車道管理方式有所差異，具體如下：

(1)雙向6車道

與雙向4車道相比，由于雙向6車道增加了車道數(shù)，提高了車輛行駛的自由度，采用按車型分車道限速的管理方式，第1車道為小客車專行道，第2車道和第3車道為混行車道，客車和貨車共同行駛。(圖1為示意圖，在實(shí)施時(shí)跟實(shí)際情況調(diào)整)。

圖1 雙向六車道高速公路管理方式示意圖

(2)雙向八車道

與雙向六車道相比，車輛行駛自由度更高。雙向八車道高速公路的管理方式為第1車道為小客車專用車道，第2車道為大小客車行駛車道，第3車道和第4車道均為客貨混行車道，車輛行駛自由度更高。

(3)雙向十車道

隨著交通量的逐漸增加，目前我國多處道路改建成或擬建成雙向十車道(圖3)。綜合國內(nèi)雙向十車道高速公路的特點(diǎn)，其車道劃分為最內(nèi)側(cè)兩車道為小客車專用車道，禁止大型車輛行駛，大型車輛可以在其他車道行駛。

圖3 雙向十車道高速公路管理方式示意圖

綜上所述，我國目前實(shí)行的車道管理方式為根據(jù)交通量以及車型將行車道從左到右依次劃分為小客車、中型車、大型車專用車道，以此來限制不同類型車輛在各個(gè)車道上的通行權(quán)。道路不進(jìn)行管制時(shí)，行駛自由度高，駕駛?cè)丝梢宰杂勺兊纴磉x擇較為空閑的車道。理論上無限制的管理方式會(huì)使各車道中的交通量趨于一致，但由于客車與貨車在車輛尺寸與車輛性能方面存在較大的差異，導(dǎo)致車輛混行的管理方式會(huì)對(duì)通行效率與交通安全帶來負(fù)面影響。一方面客車與貨車速差較大，客車的行駛速度受到混行貨車的限制，無法發(fā)揮自身高速行駛的優(yōu)勢。另一方面客車機(jī)動(dòng)性高，為了超越速度較低的貨車進(jìn)行頻繁換道；而貨車重量大，加減速性能差，緊急制動(dòng)時(shí)減速距離長，容易與客車發(fā)生碰撞。因此，多車道高速公路有必要采取上述車道管理方式，以車型為標(biāo)準(zhǔn)劃分交通流結(jié)構(gòu)，規(guī)范交通流秩序，提高通行效率。通過將行駛速度較低的貨車限制在外側(cè)車道，而車速較高的客車行駛在內(nèi)側(cè)車道，以此減少車道內(nèi)的速差沖突次數(shù)，降低車輛加減速操作頻率，保證車輛行駛的暢通，提高了不同車型車輛的運(yùn)行速度。

2 多車道高速公路運(yùn)行速度數(shù)據(jù)采集

2.1 數(shù)據(jù)采集目的

行車速度是道路規(guī)劃設(shè)計(jì)中的重要控制指標(biāo)。設(shè)計(jì)速度是道路幾何設(shè)計(jì)的基本依據(jù)，而車輛運(yùn)行速度則體現(xiàn)了車輛在實(shí)際路況條件下行駛情況。現(xiàn)階段，有學(xué)者研究時(shí)直接采用設(shè)計(jì)速度的85%作為車輛的運(yùn)行速度。例如我國《規(guī)范》[18]在計(jì)算小客車停車視距時(shí)，認(rèn)為車輛在干燥路面上行駛速度高于潮濕路面，因此選取的運(yùn)行速度為設(shè)計(jì)速度的85%。但有研究指出，路面的干濕狀態(tài)不是影響車輛行駛速度的主要因素[19]。此外，在研究設(shè)計(jì)指標(biāo)時(shí)直接采用折減的速度，有可能導(dǎo)致大多數(shù)車輛無法滿足安全要求，造成較大隱患。因此，在計(jì)算小客車停車視距時(shí)運(yùn)行速度選取值等于設(shè)計(jì)速度的85%有待進(jìn)一步驗(yàn)證，需要對(duì)多車道高速公路實(shí)際運(yùn)行速度進(jìn)行調(diào)查。

如今新建和改建的高速公路車道數(shù)不斷增加，多車道實(shí)施的車道管理方式不盡相同，根據(jù)車型進(jìn)行分車道限速將使各車道的車速分布存在差異。為了研究多車道高速公路不同車道車輛行駛速度特征，本文將結(jié)合實(shí)測數(shù)據(jù)對(duì)多車道高速公路的車輛速度特性進(jìn)行分析，研究現(xiàn)行車道限速的遵從度及合理性，并為視距等指標(biāo)的計(jì)算提供參考。

2.2 數(shù)據(jù)采集

(1)數(shù)據(jù)采集地點(diǎn)

所選高速公路單向車道數(shù)不應(yīng)小于2，且采集點(diǎn)應(yīng)選取在線形指標(biāo)良好的路段，宜于劃分車道位置。進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，盡量將測量儀器設(shè)置在隱蔽處，如跨線天橋或護(hù)欄外側(cè)，保證駕駛?cè)苏５鸟{駛心態(tài)，預(yù)防駕駛?cè)顺霈F(xiàn)減速行為，提高數(shù)據(jù)的真實(shí)性[20]。

本文最終選擇的采集對(duì)象為包茂高速、西安繞城高速以及連霍高速公路，并在兩處不同的測量點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，分別命名為測點(diǎn)1和測點(diǎn)2。

包茂高速兩個(gè)測點(diǎn)的斷面分別為雙向6車道及雙向8車道，設(shè)計(jì)速度120 km/h，其交通管理方式為：3車道最內(nèi)側(cè)專供小客車行駛，2、3車道為客貨混行道；4車道最內(nèi)側(cè)為小客車專用道，第2車道為大小客車專用道，3、4車道為客貨混行道。西安繞城高速為雙向5車道高速公路，設(shè)計(jì)速度120 km/h，其交通管理方式為最內(nèi)側(cè)專供小客車行駛，2、3車道供客貨車行駛。連霍高速斷面為雙向8車道，設(shè)計(jì)速度120 km/h，其交通管理方式為：最內(nèi)側(cè)車道為小客車專用道，第2車道為大小客車專用道，3、4車道為客貨混行道。

(2)數(shù)據(jù)采集設(shè)備

數(shù)據(jù)采集主要采用的測量設(shè)備為鏈?zhǔn)嚼走_(dá)測速儀和測速槍。雷達(dá)測速儀利用電波反射原理追蹤并記錄車輛數(shù)據(jù)，測量車輛距雷達(dá)的位置、速度和長度。雷達(dá)放置的位置記為坐標(biāo)原點(diǎn)，并通過ID來標(biāo)定不同車輛，每隔50 ms實(shí)時(shí)反饋測量數(shù)據(jù)。其檢測范圍呈扇形，有效范圍400 m，設(shè)置定位角不超過±15°，保證測量質(zhì)量[21]。雷達(dá)采集數(shù)據(jù)情況如圖4所示。

圖4 雷達(dá)采集數(shù)據(jù)

雷達(dá)測速槍用來輔助驗(yàn)證鏈?zhǔn)嚼走_(dá)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，通過隨機(jī)抽取不同車道上的樣本數(shù)據(jù)與鏈?zhǔn)嚼走_(dá)采集的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，調(diào)整雷達(dá)假設(shè)角度，實(shí)時(shí)監(jiān)測雷達(dá)測量準(zhǔn)確度。

(3)最小樣本量

《交通調(diào)查與分析》提供了最小樣本量的計(jì)算方法(式(1))，數(shù)據(jù)精確度是決定樣本量的首要因素[22]。

(1)

式中,E為車速估計(jì)精確度，取1.6 km/h；S為樣本標(biāo)準(zhǔn)離差，取6.8；U為統(tǒng)計(jì)類型常數(shù)，第85分位車速取1.04；K為置信度系數(shù)，取值取決于置信度的選擇，如表1所示，因?qū)嶋H交通狀況的影響導(dǎo)致測量路段樣本量較少時(shí)，置信度可選取90%計(jì)算最小樣本量[23]。

表1 置信度系數(shù)

(4)數(shù)據(jù)采集流程

選定數(shù)據(jù)測量地點(diǎn)后，按要求架設(shè)鏈?zhǔn)嚼走_(dá)并與電腦連接，檢查雷達(dá)和測速槍能否正常采集數(shù)據(jù)。進(jìn)行正式測量前，開啟雷達(dá)進(jìn)行儀器調(diào)試，根據(jù)測速槍測量與雷達(dá)測量速度吻合度，調(diào)整雷達(dá)測量高度和測量角度。與此同時(shí)，檢查無人機(jī)拍攝時(shí)間與測量儀器時(shí)間是否吻合，調(diào)整后將無人機(jī)飛至測量路段上空。正式測量開始后，工作人員不定時(shí)抽取車輛使用測速槍測量通過速度，對(duì)比雷達(dá)測量數(shù)據(jù)保證儀器正常工作。

本研究采集時(shí)間為10月至11月，均在每日10:00—17:00內(nèi)進(jìn)行，每個(gè)測量點(diǎn)最少測量1 h，測量時(shí)段選擇在主線無擁堵、無事故、交通流為自由流的時(shí)段進(jìn)行[24]。

3 多車道高速公路運(yùn)行速度分布

3.1 采集數(shù)據(jù)預(yù)處理

鏈?zhǔn)嚼走_(dá)采集的樣本包含時(shí)間和位置屬性，時(shí)間間隔為50 ms。當(dāng)車輛距離雷達(dá)較遠(yuǎn)時(shí)，返回的電波信號(hào)微弱，將產(chǎn)生測量誤差，表現(xiàn)出的結(jié)果為車輛軌跡在較遠(yuǎn)距離處偏離車道明顯，該距離可定義為雷達(dá)測量有效長度，超出該長度的數(shù)據(jù)需要剔除。借助鏈?zhǔn)嚼走_(dá)數(shù)據(jù)處理程序剔除錯(cuò)誤數(shù)據(jù)并形成交通流軌跡線。最終得到西安繞城高速測點(diǎn)2測量長度為125 m，包茂高速測點(diǎn)1測量長度為120 m，其余測點(diǎn)的測量長度均為200 m。每個(gè)路段最少選取70個(gè)車輛的連續(xù)測量數(shù)據(jù)，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。

將雷達(dá)測量的車輛位置數(shù)據(jù)用python進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，將駛離雷達(dá)架設(shè)斷面的方向作為X軸，以車輛在橫斷面的位置作為Y軸，將處理好的數(shù)據(jù)以散點(diǎn)圖的形式繪制在圖中(圖5)，并按散點(diǎn)分布特性和車道寬度進(jìn)行車道線的劃分。通過車輛軌跡劃分圖對(duì)所測路段提取不同車道的數(shù)據(jù)，有利于分析多車道高速公路不同車道的交通特性。

圖5 車輛軌跡劃分示意圖

3.2 運(yùn)行速度數(shù)據(jù)提取

根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)，將車輛位置屬性和速度屬性進(jìn)行匹配，并將其繪制成為軌跡-速度圖(圖6)。由于篇幅原因，本文僅展示西安繞城高速上測點(diǎn)1和測點(diǎn)2的軌跡-速度圖。

從圖6中車輛速度分布情況，可得出不同高速公路每條車道上的運(yùn)行速度范圍和車速穩(wěn)定情況。如圖6所示，兩個(gè)測點(diǎn)的速度變化情況相似，車速按車道分布穩(wěn)定，第1車道車速分布在70～120 km/h，第2車道車速分布在60～110 km/h，第3車道車速分布在50～80 km/h。因此，該組測量數(shù)據(jù)可以用來分析該該段繞城高速上不同車道車輛的運(yùn)行速度分布特征。包茂高速和連霍高速的采集數(shù)據(jù)分析趨勢與繞城高速相同。

圖6 分車道車輛行駛速度

3.3 運(yùn)行速度分布特征

根據(jù)上述分析，6處采集點(diǎn)的速度數(shù)據(jù)可以用來進(jìn)行運(yùn)行速度分布特征分析。在每個(gè)測點(diǎn)選取一確定斷面(固定X值)，提取此斷面中的速度數(shù)據(jù)，6處采集點(diǎn)最終樣本量如表2所示。

表2 不同測點(diǎn)斷面樣本量

使用Origin檢驗(yàn)調(diào)查的速度樣本是否服從正態(tài)分布，當(dāng)樣本的離散程度較好且符合大樣本條件時(shí)可進(jìn)行最小樣本量的計(jì)算。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行K-S正態(tài)分布檢驗(yàn)和行駛速度單樣本K-S檢驗(yàn)的結(jié)果如表3所示[17]。

表3 行駛速度單樣本K-S檢驗(yàn)結(jié)果

檢驗(yàn)結(jié)果表明除連霍高速測點(diǎn)2以外，其余測點(diǎn)的數(shù)據(jù)均滿足95%置信度下的最小樣本量。將連霍高速測點(diǎn)2的置信水平取為90%，P值均大于0.1，即數(shù)值在0.1的水平下，數(shù)據(jù)顯著地來自正態(tài)分布總體。因此將不同測點(diǎn)的數(shù)據(jù)繪制為頻率分布直方圖，并擬合正態(tài)分布曲線，繪制累計(jì)頻率曲線，進(jìn)而對(duì)不同車道的車輛行駛速度V85進(jìn)行分析。

(1)包茂高速

包茂高速兩個(gè)測點(diǎn)的不同車道的車輛運(yùn)行速度分布圖如圖7、圖8所示。

圖7 包茂高速測點(diǎn)1斷面運(yùn)行速度分布圖

圖8 包茂高速測點(diǎn)2斷面運(yùn)行速度分布圖

從圖7、圖8可以看出，包茂高速各車道的實(shí)測車輛運(yùn)行速度分布特點(diǎn)為中間高兩邊低?？傮w上看，內(nèi)側(cè)車道的速度分布比外側(cè)車道更加接近正態(tài)分布，速度分布更加集中，可見外側(cè)車道車輛混行造車的速度差異對(duì)行駛速度穩(wěn)定性造成一定的影響。各車道的速度上限與下限均超過規(guī)定速度區(qū)間，且車道從內(nèi)到外，速度區(qū)間的上限與下限逐漸減小。第1車道的速度頻率峰值在110～120 km/h，低于車道最高限速；第2車道的速度頻率峰值在110～120 km/h，高于車道最高限速；第3車道的速度頻率峰值在80～90 km/h，低于車道最高限速；第4車道的速度頻率峰值在80～90 km/h，高于車道最高限速。

將包茂高速2個(gè)測點(diǎn)中不同車道的第85分為速度作為V85速度匯總至表4，總體上看包茂高速的V85由內(nèi)向外依次遞減。按車道分析：第1、2車道的V85速度接近或超過車道的最高限速值；第3車道的V85速度略低于最高限速；第4車道的V85速度大于車道的最高限速。按車道數(shù)分析：測點(diǎn)2(4車道)內(nèi)側(cè)第1、2車道的V85速度明顯高于測點(diǎn)1(3車道)，可見增加車道數(shù)對(duì)提高車輛運(yùn)行速度有一定的正面影響。

表4 包茂高速各車道車輛的V85(單位:km/h)

(2)西安繞城高速

西安繞城高速中測點(diǎn)1和測點(diǎn)2的不同車道的車輛運(yùn)行速度分布圖如下。

從圖9、圖10可以看出繞城高速兩個(gè)測點(diǎn)的第1、第3車道的車輛運(yùn)行速度分布更加接近于正態(tài)分布。第2車道中位速度區(qū)間頻率較低，相比其他兩條車道整體上速度分布均勻，表明該車道車速差異明顯，說明車輛混行使該車道的行駛速度并不穩(wěn)定。整體上，各車道的速度上下限同樣超過規(guī)定的速度區(qū)間，并且由內(nèi)向外逐漸減小。

圖9 繞城高速測點(diǎn)1斷面運(yùn)行速度分布圖

圖10 繞城高速測點(diǎn)2斷面運(yùn)行速度分布圖

將西安繞城高速2個(gè)測點(diǎn)中不同車道的第85分位速度作為V85速度匯總至表5，總體上看繞城高速不同車道的V85由內(nèi)向外依次遞減。按車道分析：第1車道的V85速度接近或低于車道的最高限速值；第2車道的V85速度超過最高限速；第3車道的V85速度處于最高和最低限速之間。此外，從表5中看出側(cè)點(diǎn)2的V85整體上低于測點(diǎn)1，根據(jù)軌跡—速度圖分析可知，測點(diǎn)1和測點(diǎn)2的第1、2車道的速度分布區(qū)間類似，但測點(diǎn)2的第1、2車道交通量要高于測點(diǎn)1，車輛行駛速度受到影響。

表5 繞城高速各車道V85(單位:km/h)

(3)連霍高速

連霍高速兩個(gè)測點(diǎn)的不同車道的車輛運(yùn)行速度分布圖如下。

從圖11、圖12可以看出在連霍高速兩個(gè)測點(diǎn)的4個(gè)車道中，車道越靠近內(nèi)側(cè)其車速分布就越接近正態(tài)分布，同樣表明內(nèi)側(cè)車道的車輛速度分布相比外側(cè)混行車道更加集中。以上6處測點(diǎn)的車速分布情況均說明按車型進(jìn)行車道管理是保證高速車輛穩(wěn)定行駛的一種有效控制方式。

圖11 連霍高速測點(diǎn)1斷面運(yùn)行速度分布圖

圖12 連霍高速測點(diǎn)2斷面運(yùn)行速度分布圖

將連霍高速2個(gè)測點(diǎn)中不同車道的第85分位速度作為V85速度匯總至表6，總體上看連霍高速不同車道的V85由內(nèi)向外依次遞減。按車道分析：第1、2車道的V85速度接近或低于車道的最高限速值；第2車道的V85速度略微超過最高限速；第4車道的V85速度大于最高限速。

表6 連霍高速各車道V85(單位:km/h)

3.4 多車道高速公路運(yùn)行速度V85推薦值

將上述6個(gè)測點(diǎn)不同車道的運(yùn)行速度V85匯總至表7，從中可以看出3車道高速公路第1車道的運(yùn)行速度遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)速度的85%，接近車道限速120 km/h；第2車道的運(yùn)行速度雖然低于第一車道的運(yùn)行速度，但大于設(shè)計(jì)速度的85%，甚至超過車道限速100 km/h；第3車道的運(yùn)行速度均未超過設(shè)計(jì)速度的85%和道路限速100 km/h。對(duì)于4車道高速公路，第1、第2車道的運(yùn)行速度均大于設(shè)計(jì)速度的85%，在包茂測點(diǎn)2達(dá)到車道最高限速；第3車道連霍高速兩個(gè)測點(diǎn)的運(yùn)行速度超過了車道最高限速和設(shè)計(jì)速度的85%；第4車道的運(yùn)行速度大于車道的最高限速，但未超過設(shè)計(jì)速度的85%?？傮w上，運(yùn)行速度根據(jù)車道所在位置，由內(nèi)向外呈遞減趨勢，最內(nèi)側(cè)車道車輛行駛速度最高，最外側(cè)車輛行駛速度最低。

表7 6處測點(diǎn)各車道的V85(單位:km/h)

根據(jù)本次調(diào)查結(jié)果，無論是3車道高速公路還是4車道高速公路，第1、第2車道的運(yùn)行速度都均超過設(shè)計(jì)速度的85%，因此當(dāng)?shù)缆愤\(yùn)行速度作為控制參數(shù)進(jìn)行取值時(shí)，直接取設(shè)計(jì)速度的85%是不合適的，以此為基礎(chǔ)計(jì)算得到的設(shè)計(jì)指標(biāo)在實(shí)際應(yīng)用中存在一定的安全隱患。根據(jù)上文分析，3車道高速公路第1車道的運(yùn)行速度接近設(shè)計(jì)速度120 km/h；第2車道的運(yùn)行速度超過車道限速，速度在110 km/h左右；第3車道的運(yùn)行速度接近道路限速100 km/h。4車道高速公路的第1、第2車道運(yùn)行速度均能達(dá)到設(shè)計(jì)速度120 km/h；第3車道的同樣達(dá)到車道限速100 km/h；第4車道的運(yùn)行速度超過車道限速，速度在90 km/h左右。綜上所述，根據(jù)上述分析將多車道高速公路的V85歸納如表8所示(取為整5 km/h)。

表8 設(shè)計(jì)速度為120 km/h時(shí)的V85推薦值(單位:km/h)

此外，根據(jù)上述結(jié)果分析對(duì)車道限速的遵從度進(jìn)行驗(yàn)證。當(dāng)高速公路為單向3車道時(shí)，第1車道采用120 km/h的限速合適，大多數(shù)小客車以限速值附近的速度運(yùn)行，能夠保證車道通行效率；第2車道采用100 km/h的限速偏低，在本次調(diào)查中第2車道的車輛運(yùn)行速度在110 km/h左右，超過車道限速，表明在實(shí)際道路條件中限速100 km/h限制了車道的通行能力；第3道限速100 km/h合適，由于車輛混行的影響，大貨車行駛速度較低，大多數(shù)車輛以限速區(qū)間內(nèi)的速度行駛。對(duì)于4車道高速公路，第1、2車道采用120 km/h限速合適，大部分車輛以不超過120 km/h的速度運(yùn)行，限速120 km/h一方面根據(jù)線形條件保證了車輛的行駛安全，另一方面保證車道的通行效率；第3車道采用100 km/h限速偏低，雖然客貨運(yùn)行降低了該車道的車輛行駛速度，但在本次調(diào)查中，車輛運(yùn)行速度大多超過100 km/h；第4車道限速80 km/h偏低，除高速公路出入口之外，第4車道只有大貨車行駛，交通組成單一，大貨車動(dòng)力性能較好時(shí)，能以較高速度運(yùn)行，本次調(diào)查第4車道第85分位特征值均超過車道限速，但出于對(duì)大貨車減速性能的考慮，為保證道路行駛安全，可對(duì)該車道限速不做調(diào)整，甚至進(jìn)一步加強(qiáng)車道限速措施。

4 結(jié)論

隨著交通需求的增長，多車道高速公路的建設(shè)逐漸成為趨勢。然而車道數(shù)的增加使道路的交通流特性有別于傳統(tǒng)雙車道高速公路。為了分析多車道高速公路在車道管理方式下的運(yùn)行速度分布特性，本文首先對(duì)我國現(xiàn)階段多車道高速公路的交通管理方式進(jìn)行調(diào)查，隨后基于西安市6處多車道高速公路的實(shí)測數(shù)據(jù)，對(duì)不同車道的車輛運(yùn)行分布特性進(jìn)行分析，并給出120 km/h設(shè)計(jì)速度下的不同車道的運(yùn)行速度推薦值。研究結(jié)論如下：

(1)通過K-S正態(tài)分布檢驗(yàn)，實(shí)測的每條車道的車輛速度服從正態(tài)分布，并將實(shí)測速度數(shù)據(jù)累計(jì)分布曲線的第85分位速度作為車輛運(yùn)行速度V85。

(2)車道由內(nèi)而外，其運(yùn)行速度由內(nèi)向外遞減。第1、第2車道的運(yùn)行速度都均超過設(shè)計(jì)速度的85%，第1車道的運(yùn)行速度甚至超過道路設(shè)計(jì)速度。所有車道的運(yùn)行速度均能達(dá)到或超過自身車道限速。

(3)調(diào)查結(jié)果表明分車型的車道管理方式是保證高速車輛穩(wěn)定行駛的有效措施；增加車道數(shù)對(duì)提高內(nèi)側(cè)車道的運(yùn)行速度具有正面影響；外側(cè)車道車輛混行導(dǎo)致行駛速度并不穩(wěn)定。此外，基于本次調(diào)查結(jié)果，當(dāng)設(shè)計(jì)速度為120 km/h時(shí)，3車道高速公路第2車道與4車道高速公路第3車道限速偏低，該結(jié)論可供車道限速措施參考。

(4)基于實(shí)測數(shù)據(jù)分析，提出多車道高速公路不同車道合理的運(yùn)行速度建議值，為相關(guān)幾何指標(biāo)的計(jì)算提供依據(jù)。

(5)本文實(shí)測數(shù)據(jù)僅調(diào)查了西安周邊交通情況，下一步研究將擴(kuò)大調(diào)查范圍，并將道路的交通量狀況納入分析條件。此外，不同設(shè)計(jì)速度下的高速公路由于線形指標(biāo)存在差異，對(duì)于車輛的運(yùn)行速度也存在一定的影響，在接下來的研究中，研究重點(diǎn)將包括不同設(shè)計(jì)速度高速公路運(yùn)行速度對(duì)比分析，進(jìn)一步研究多車道高速公路的運(yùn)行速度特點(diǎn)。