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高速公路限速策略优化方法与评价模型

杨雅钧 张驰 唐翔 亓鑫 赵一静

杨雅钧, 张驰, 唐翔, 亓鑫, 赵一静. 高速公路限速策略优化方法与评价模型[J]. 交通信息与安全, 2022, 40(6): 33-44. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2022.06.004
引用本文: 杨雅钧, 张驰, 唐翔, 亓鑫, 赵一静. 高速公路限速策略优化方法与评价模型[J]. 交通信息与安全, 2022, 40(6): 33-44. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2022.06.004
YANG Yajun, ZHANG Chi, TANG Xiang, QI Xin, ZHAO Yijing. An Optimization Method and Evaluation Model for Designing Speed Control Zones of Freeway[J]. Journal of Transport Information and Safety, 2022, 40(6): 33-44. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2022.06.004
Citation: YANG Yajun, ZHANG Chi, TANG Xiang, QI Xin, ZHAO Yijing. An Optimization Method and Evaluation Model for Designing Speed Control Zones of Freeway[J]. Journal of Transport Information and Safety, 2022, 40(6): 33-44. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2022.06.004

高速公路限速策略优化方法与评价模型

doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2022.06.004
基金项目: 

国家重点研发计划项目 2020YFC1512005

四川省交通运输科技项目 2022-ZL-04

四川省交通运输厅项目 2019-ZL-12

四川省科技计划项目 2022YFG0048

详细信息
    作者简介:

    杨雅钧(1998—), 硕士研究生.研究方向: 交通安全与道路仿真.E-mail: 2020221324@chd.edu.cn

    通讯作者:

    张驰(1981—), 博士, 教授.研究方向: 交通安全与道路仿真.E-mail: zhangchi@chd.edu.cn

  • 中图分类号: U412

An Optimization Method and Evaluation Model for Designing Speed Control Zones of Freeway

  • 摘要: 为解决限制速度值确定不合理、限速方式不适用以及限速区间长度设置不恰当等问题, 对驾驶人行驶体验以及限速管理可信度的负面影响, 优化了高速公路限速区间最小长度、限制速度值、限速区间划分的确定方法, 进而提出了以安全车速与通行效率为依据的高速公路限速区间优化与评价模型。依据驾驶人视认距离、限速标志设置前置距离和驾驶人心理稳定距离, 标定计算模型中的限速区间最小长度。以行驶速度是否易发生突变为标准, 采用不定长法将不同路段划分为6种组合类型, 建立基于不同组合路段的限速预测模型。采用有序聚类分析法中基于划分和层次的分析方法, 以满足限速区间最小长度和交通延误最小2个方面为目标进行优化限速区间的划分。同时, 选取交通冲突率作为表征交通安全的指标, 选取交通延误时间作为表征交通效率的指标, 建立评价指标模型; 最后通过对比分析优化前后的指标来验证限速区间优化方法的有效性。以某山区高速公路为对象应用VISSIM开展限速优化仿真实验, 结果表明: 优化后安全评价模型参数值比原方案降低了约29.49%, 效率评价模型参数值比原方案提高了约21.90%, 优化后的高速公路整体安全性以及通行效率均得到提高。所提出的高速公路限速区间确定方法以速度突变为基准, 结合路段的属性及指标特点, 能够优化限速区间长度的制定和区间的划分。

     

  • 图  1  限速区间组成示意图

    Figure  1.  Schematic diagram of the composition of the speed limit section

    图  2  驾驶人视角偏移图

    Figure  2.  Driver's angle deviation figure

    图  3  定长法的缺陷

    Figure  3.  Defects of fixed length method

    图  4  限速路段划分示意图

    Figure  4.  Schematic diagram of speed limit road segmentation

    图  5  限速路段划分优化方法流程图

    Figure  5.  Flow chart of optimization method for speed limit road segmentation

    图  6  VISSIM模拟仿真

    Figure  6.  The VISSIM simulation

    图  7  原限速方案

    Figure  7.  Original speed limit scheme

    图  8  优化后方案

    Figure  8.  Optimized scheme

    表  1  不同限制速度下标志视认距离

    Table  1.   Sign recognition distance at different speed limits

    限制速度V/(km/h) 汉字高度/cm 视认距离/m
    ≥ 120 60 171.90
    ≥ 100~120 50 143.25
    ≥ 80~100 40 114.60
    ≥ 60~80 30 85.95
    ≥ 40~60 20 57.30
    <40 10 28.65
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    表  2  警告标志前置距离一般值

    Table  2.   The general value of the front distance of the warning sign  单位: m

    当前区段限制速度/(km/h) 前1个区段限制速度/(km/h)
    40 50 60 70 80 90 100 110 120
    0 * * 30 50 80 110 130 170 200
    10 * * * 40 60 90 120 160 190
    20 * * * 30 55 80 115 150 185
    30 * * * * 50 70 110 140 180
    40 * * * 40 60 100 130 170
    50 * 30 40 90 120 160
    60 * * * 70 110 140
    70 * * 60 90 130
    80 * 40 70 110
    90 * 50 90
    100 * 60
    110 40
    附注:*不提供具体建议值,视当地具体条件确定。
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    表  3  限速区间最小长度

    Table  3.   Speed limit section minimum length

    限制速度/(km/h) 驾驶人心理稳定距离/m 限速区间最小长度/m
    60 666.67 800
    70 777.78 900
    80 888.89 1 100
    90 1 800 2 000
    100 2 000 2 200
    110 4 400 4 600
    120 4 800 5 000
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    表  4  隧道路段运行速度预测模型

    Table  4.   Prediction model of running speed of tunnel section

    车型 特征点 计算模型
    小型车 隧道洞口 v1 = 0.99vin - 11.07
    隧道内 v2 = 0.81vin + 8.22
    驶出隧道洞口后100 m v3 = 0.74vin + 16.43
    大型车 隧道洞口 v1 = 0.98vin - 6.56
    隧道内 v2 = 0.85vin + 3.89
    驶出隧道洞口后100 m v3 = 0.45vin + 42.61
    附注:vin为距离入隧道洞口200 m衔接路段单元的速度(km/h);除短隧道(隧道长度≤ 500 m)外,其他隧道均按照上述模型计算。
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    表  5  分析指标选取

    Table  5.   Analysis index selection

    分析指标 选取结果 备注
    安全指标 交通事故率 剔除 获取较难,成因复杂
    交通冲突率 保留
    速度离散性 保留
    车头间距与车头时距 剔除 适用于跟驰状态交通流
    效率指标 交通延误 保留
    行驶时间 剔除 较难表征通行效率的高低
    通行能力 剔除 影响因素较多
    饱和度 剔除 受限速影响程度有限
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    表  6  设计指标参数

    Table  6.   Design index parameters

    指标 参数 备注
    设计标准 双向4车道
    设计速度/(km/h) 80
    路线长度/km 123
    最小平曲线半径/m 420 规范中圆曲线最小半径一般值400 m
    最大纵坡/% 4 纵坡大于3%共8处,较为集中
    连续长下坡平均坡度/% 2.8,2.6 存在2处连续长下坡,共计16 km
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    表  7  限速统计表(部分)

    Table  7.   Speed limit statistics table (part)

    限速起点桩号 限速终点桩号 区间长度/km 限速标志/(km/h)
    K341+950 K343+120 1.17 120
    K343+120 K344+250 1.13 100
    K344+250 K345+100 1.85 80
    K345+100 K352+800 6.7 120
    K352+800 K353+940 1.14 80
    K353+940 K354+900 0.96 60
    K354+900 K356+500 1.6 120
    K356+500 K357+780 1.28 100
    K357+780 K358+200 0.44 80
    K358+200 K368+000 9.8 120
    K368+000 K369+170 1.17 60
    K459+280 K460+900 1.62 100
    K460+900 K461+920 1.02 80
    K461+920 K464+000 2.08 120
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    表  8  优化后的限速区间

    Table  8.   Optimized speed limit section

    限速起点桩号 限速终点桩号 区间长度/km 限制速度/(km/h) 备注
    K341+500 K349+200 7.7 120
    K349+200 K356+880 7.68 100 短隧道、立交
    K356+880 K369+400 12.52 120
    K369+400 K373+300 3.9 100 立交、弯坡路段
    K373+300 K377+500 4.2 80 弯坡路段、中隧道
    K377+500 K381+750 6.25 90 短隧道、立交
    K381+750 K391+800 9.05 80 连续小半径曲线接连续下坡
    K391+800 K400+400 8.6 100 立交、短隧道、纵坡路段
    K400+400 K435+600 35.2 120
    K435+600 K441+800 6.2 100 短隧道、纵坡路段
    K441+800 K452+000 10.2 80 中隧道、连续下坡
    K452+000 K458+000 6.0 100 中隧道、短隧道
    K458+000 K464+000 6.0 120
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    表  9  仿真车辆参数

    Table  9.   Simulation vehicle parameters

    类型 总长/m 总宽/m 轴距/m 期望速度/(km/h) 最大减速度/(m/s2) 最大加速度/(m/s2)
    小客车 6 1.8 3.8 80~120 6 2
    大货车 12 2.5 6.5 80 5.5 1
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    表  10  实测小时交通量统计

    Table  10.   Measured hourly traffic volume statistics  单位: 辆/h

    桩号 大货车 小客车 总计
    K355+600 26 126 152
    K393+500 32 98 130
    K410+350 24 192 216
    K420+350 24 24 54
    K423+850 14 62 76
    K448+400 24 196 220
    K459+900 16 218 234
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    表  11  限速方案对比

    Table  11.   Speed limit plan comparison

    方案 行程时间/s 交通延误/s 平均速度/(km/h) 相对速度差/(km/h) 交通冲突数/起
    换道冲突数 追尾冲突数
    原限速方案 4 680.5 18.9 93.3 0.242 20 84
    优化后限速方案 4 631.5 16.4 97.3 0.195 21 70
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  • 收稿日期:  2022-04-23
  • 网络出版日期:  2023-03-27

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