專利名稱：一種高速公路出口匝道逐級(jí)限速值的確定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高速公路出口匝道逐級(jí)限速值的確定方法，屬于高速公路交通運(yùn)
營(yíng)管理領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
高速公路出口匝道上游段逐級(jí)限速是指在出口匝道范圍內(nèi)對(duì)車輛進(jìn)行兩級(jí)限速控制。其中，主線外側(cè)提前限速為第一級(jí)，匝道鼻端限速為第二級(jí)。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，車輛在僅有匝道鼻端單級(jí)限速的條件下，行駛速度不易降下，車輛駛?cè)氤隹谠训浪俣冗^快，容易造成交通事故。因此，通過對(duì)主線外側(cè)車道的提前限速控制，保證車輛以符合出口匝道限速要求的車速駛?cè)氤隹谠训?。目前，根?jù)我國(guó)的公路工程設(shè)計(jì)有關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，公路設(shè)置限速的唯一依據(jù)是設(shè)計(jì)速度，全國(guó)高速公路均以設(shè)計(jì)速度作為限速標(biāo)志的取值依據(jù)。但國(guó)內(nèi)外專家普遍認(rèn)為依據(jù)設(shè)計(jì)速度進(jìn)行限速過于保守。近年來，國(guó)內(nèi)關(guān)于限速的研究較多，主要可以分為以下兩類(I)針對(duì)駕駛員研究的限速控制這一類的研究主要從駕駛員的反應(yīng)速度、行為特征進(jìn)行研究。較具有代表性的論
著有羅良鑫等從駕駛員的信息傳輸速率入手，推導(dǎo)了符合人體工學(xué)的限速計(jì)算公式， 為道路交通系統(tǒng)合理限制速度的設(shè)置提供了新的思路。張開冉等對(duì)駕駛員在有速度限制的道路上行車時(shí)其速度選擇問題進(jìn)行了研究，得出了具有一定意義的統(tǒng)計(jì)學(xué)結(jié)論。裴劍濤等以反應(yīng)時(shí)間、動(dòng)作時(shí)間和制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間為指標(biāo)對(duì)駕駛員的年齡和車速進(jìn)行了分析，得出了車速是影響駕駛員反應(yīng)的顯著因素的結(jié)論。(2)考慮交通環(huán)境研究的限速控制這一類的研究主要通對(duì)道路環(huán)境的進(jìn)行多因素分析進(jìn)行研究。較具有代表性的論著有吳京梅提出的理論需要綜合考慮道路事故數(shù)量的減少率、道路車輛分類及其所占比例、駕駛員違規(guī)的比例、實(shí)施的可能性、強(qiáng)制執(zhí)行的費(fèi)用等因素來對(duì)V85限速進(jìn)行修正。孫會(huì)元、孫黎等在探討新建公路限制車速與行車安全視距值之間關(guān)系的基礎(chǔ)上， 對(duì)新建公路限制車速采用的行車安全視距值與影響因素進(jìn)行量化，提供了新建公路限速選用的行車安全視距范圍。國(guó)外對(duì)于限速控制的研究方向主要有兩個(gè)(I)運(yùn)行速度統(tǒng)計(jì)分析在國(guó)外的相關(guān)規(guī)范中，限速值的確定主要是依據(jù)觀測(cè)運(yùn)行速度的85%位車速V85。 這個(gè)結(jié)果是美國(guó)研究人員經(jīng)過觀測(cè)統(tǒng)計(jì)后得出的。他們發(fā)現(xiàn)絕大部分的車速(70%以上) 分布在平均車速的附近10英里/小時(shí)(16km/h)的范圍內(nèi)，其上限值與V85近似相等，為了
4控制車速的離散性，將V85作為限速標(biāo)準(zhǔn)。這同時(shí)也與歐美各國(guó)均受Solomon的“事故與速度差的U形曲線”的影響有關(guān)。1964年，Solomon通過對(duì)970km路段上，與事故相關(guān)的10000 名駕駛員調(diào)查發(fā)現(xiàn)，事故數(shù)與(F車速一成U形曲線關(guān)系，1990年Harkey、1991年Fildes 等人的研究也有同樣的結(jié)論。在以平均速度一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差速度范圍內(nèi)的車速行駛時(shí)，有較低事故率；平均速度加上10km/h附近位置(接近V85速度)，事故率最低。在MUCTD中明確指出，限速應(yīng)在自由流車速V85± 10km/h或V85±5mph的范圍內(nèi)。英國(guó)、澳大利亞和加拿大的限速原則與美國(guó)相似，在V85速度的基礎(chǔ)上綜合考慮道路條件、歷史事故數(shù)據(jù)適當(dāng)折減。這種限速控制方法的優(yōu)點(diǎn)是工程使用簡(jiǎn)單，符合統(tǒng)計(jì)學(xué)規(guī)律，它適合路段穩(wěn)定車速的限速控制， 但是在兩種設(shè)計(jì)速度差較大的交通設(shè)施銜接處，車速本身就在變化，此時(shí)采用單一的V85限速并不符合車速的實(shí)際變化規(guī)律。(2)綜合交通因素分析新西蘭采用根據(jù)道路條件、周邊環(huán)境、交通量等因素將道路分為若干安全等級(jí)作為限速依據(jù)，并且制定了詳細(xì)的流程圖，其限速值范圍為20km/h到100km/h，高值為高速公路限速控制值。這種限速方法綜合地考慮了交通環(huán)境的各種因素，但沒有將車速的分布規(guī)律納入流程之中。澳大利亞道路研究委員會(huì)(ARRB)開發(fā)了道路安全應(yīng)用軟件——XLIMITES,該軟件包括復(fù)雜的決策支持方法，軟件考慮了現(xiàn)有車速限制、土地利用、道路特征、歷史事故等影響因素來確定新的車速限制推薦值。從以上背景技術(shù)不難看出，國(guó)內(nèi)外采用不同角度對(duì)高速公路合理限速控制方式進(jìn)行研究，但是這兩類方法的研究區(qū)域均為高速公路主線，未對(duì)出口匝道區(qū)域的車輛速度與減速度特征做出分析。在工程實(shí)踐中，匝道以及主線的限速值的確定過程往往缺乏科學(xué)的依據(jù)，存在著安全隱患。本發(fā)明所提及的限速值確定方法原則是人性化設(shè)計(jì)。該方法研究是在符合駕駛員現(xiàn)有駕駛行為習(xí)慣的前提下進(jìn)行，以現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的減速度分布規(guī)律為指導(dǎo)，計(jì)算合理的逐級(jí)限速控制值。因此，本發(fā)明所述的方法為出口匝道逐級(jí)限速提供理論依據(jù)，降低交通安全隱患，提高行車安全性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種更為符合實(shí)際行駛狀況的高速公路出口匝道逐級(jí)限速值的確定方法。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是I)根據(jù)出口匝道鼻端處的匝道限速值Vgtl和減速車道中點(diǎn)至鼻端處車輛平均減速度&，計(jì)算減速車道中點(diǎn)斷面的合理速度Vt’，其計(jì)算公式為V；=3.6x^a0ld + (V^6f⑴d為含漸變段的減速車道長(zhǎng)度，m ；2)由減速車道中點(diǎn)斷面的合理速度Vt’以及漸變段起點(diǎn)至減速車道中點(diǎn)斷面處車輛平均減速度％2，計(jì)算漸變段起點(diǎn)處的合理速度Vt，其計(jì)算公式為
Vt =3.6x^a02d+ (v^6)2Q)合并⑴式與⑵式可得Vt=3'6x」(am + Ct02 )d + ( ^)2(3)3)以出口匝道漸變段起點(diǎn)的上游500米處為外側(cè)車道車輛進(jìn)入出口匝道區(qū)域的起點(diǎn)，由出口匝道漸變段起點(diǎn)處的合理速度Vt以及出口匝道漸變段起點(diǎn)上游段500米段 (L1)車輛平均減速度at，計(jì)算外側(cè)車道車輛進(jìn)入出口匝道區(qū)域的合理計(jì)算初速度Vt，其計(jì)算公式為Fr =3.6 X ^latLl + (^)2 =3.6x ^latLl + (am + a02 )d + (F^g)2(4)4)由外側(cè)車道車輛進(jìn)入出口匝道區(qū)域的合理計(jì)算初始速度Vt以及出口匝道上游外側(cè)車道車輛行駛速度Vtl,計(jì)算主線外側(cè)車道逐級(jí)限速計(jì)算值，其計(jì)算公式為
0.903-/ (^-I)
-^^(5)
3.650式(I)至式(5)中Vg0-出口匝道鼻端限速值，km/h ；Vt ’ -減速車道中點(diǎn)斷面計(jì)算合理速度，km/h ；Vt-減速車道漸變段起點(diǎn)斷面外側(cè)車道計(jì)算合理速度，km/h ；Vt-外側(cè)車道車輛進(jìn)入出口匝道區(qū)域的合理計(jì)算初始速度，km/h ；V0-出口匝道上游外側(cè)車道車輛行駛速度，km/h ；Vg,-主線外側(cè)車道逐級(jí)限速計(jì)算值，km/h ；a01-減速車道中點(diǎn)至鼻端處車輛平均減速度，m/s2 ；a02-漸變段起點(diǎn)至減速車道中點(diǎn)處車輛平均減速度，m/s2 ；at-出口匝道漸變段起點(diǎn)上游段車輛平均減速度，m/s2 ；d-含漸變段的減速車道長(zhǎng)度，m ；L「出口匝道區(qū)域漸變段起點(diǎn)上游段長(zhǎng)度，L1 = 500m ；5)主線外側(cè)車道計(jì)算合理限速值Vg’按10向下取整，并以取整后的值為最終限速值Vg。公式(I)中出口匝道鼻端處的匝道限速值Vgtl為40km/h或60km/h。公式⑷中出口匝道漸變段起點(diǎn)上游500米段(L1)車輛平均減速度at取值為 0. 15m/s2 ;當(dāng)減速車道小于200m時(shí)，減速車道中點(diǎn)至鼻端處車輛平均減速度Btll取值為 0. 73m/s2，漸變段起點(diǎn)至減速車道中點(diǎn)處車輛平均減速度a(l2取值為I. 30m/s2 ;當(dāng)減速車道大于 200m 時(shí)，a01 取值為 I. 09m/s2，a02 取值為 0. 31m/s2。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有如下特點(diǎn)本發(fā)明首次系統(tǒng)提出高速公路出口匝道區(qū)域逐級(jí)限速值計(jì)算方法。本發(fā)明將出口匝道上游段分成三個(gè)區(qū)域，確定了各區(qū)域不同減速度值，更為符合駕駛?cè)诵袨樘卣鳎粡鸟{駛員角度出發(fā)，提出了一套符合駕駛行為習(xí)慣的高速公路出口匝道逐級(jí)限速值計(jì)算公式。本發(fā)明可確保高速公路出口匝道區(qū)域限速值確定的科學(xué)合理，避免了人為確定限速值所導(dǎo)致的主觀錯(cuò)誤。


圖I是逐級(jí)限速值的計(jì)算流程圖。圖2是出口匝道區(qū)域分段示意圖。圖3是高速出口匝道實(shí)例圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明采用的技術(shù)方案是I)根據(jù)出口匝道鼻端處的匝道限速值Vgtl和減速車道中點(diǎn)至鼻端處車輛平均減速度&，計(jì)算減速車道中點(diǎn)斷面的合理速度Vt’，其計(jì)算公式為V；=3.6x^a0ld + (V^6f⑴d為含漸變段的減速車道長(zhǎng)度，m ；2)由減速車道中點(diǎn)斷面的合理速度Vt’以及漸變段起點(diǎn)至減速車道中點(diǎn)斷面處車輛平均減速度％2，計(jì)算漸變段起點(diǎn)處的合理速度Vt，其計(jì)算公式為Vt =3.6x^a02d+ (v^6)2Q)合并⑴式與⑵式可得Vt =3.6x J(a01+a02)d + (V^6)2(3)3)以出口匝道漸變段起點(diǎn)的上游500米處為外側(cè)車道車輛進(jìn)入出口匝道區(qū)域的起點(diǎn)，由出口匝道漸變段起點(diǎn)處的合理速度Vt以及出口匝道漸變段起點(diǎn)上游段500米段 (L1)車輛平均減速度at，計(jì)算外側(cè)車道車輛進(jìn)入出口匝道區(qū)域的合理計(jì)算初速度Vt，其計(jì)算公式為Vt = 3.6 X ^atL1 + (~~)2 =3.6 x-J IatLl + (am + a02 )d +(4)4)由外側(cè)車道車輛進(jìn)入出口匝道區(qū)域的合理計(jì)算初始速度Vt以及出口匝道上游外側(cè)車道車輛行駛速度Vtl,計(jì)算主線外側(cè)車道逐級(jí)限速計(jì)算值，其計(jì)算公式為
0.903-/ (^-I)
-^^(5)
3.650式(I)至式(5)中Vg0-出口匝道鼻端限速值，km/h ；Vt ’ -減速車道中點(diǎn)斷面計(jì)算合理速度，km/h ；Vt-減速車道漸變段起點(diǎn)斷面外側(cè)車道計(jì)算合理速度，km/h ；Vt-外側(cè)車道車輛進(jìn)入出口匝道區(qū)域的合理計(jì)算初始速度，km/h ；V0-出口匝道上游外側(cè)車道車輛行駛速度，km/h ；Vg,-主線外側(cè)車道逐級(jí)限速計(jì)算值，km/h ；
a01-減速車道中點(diǎn)至鼻端處車輛平均減速度，m/s2 ；a02-漸變段起點(diǎn)至減速車道中點(diǎn)處車輛平均減速度，m/s2 ；at-出口匝道漸變段起點(diǎn)上游段車輛平均減速度，m/s2 ；d-含漸變段的減速車道長(zhǎng)度，m ；L「出口匝道區(qū)域漸變段起點(diǎn)上游段長(zhǎng)度，L1 = 500m ；5)主線外側(cè)車道計(jì)算合理限速值Vg’按10向下取整，并以取整后的值為最終限速值Vg。公式(I)中出口匝道鼻端處的匝道限速值Vgtl為40km/h或60km/h。公式⑷中出口匝道漸變段起點(diǎn)上游500米段(L1)車輛平均減速度at取值為 0. 15m/s2 ;當(dāng)減速車道小于200m時(shí)，減速車道中點(diǎn)至鼻端處車輛平均減速度Btll取值為 0. 73m/s2，漸變段起點(diǎn)至減速車道中點(diǎn)處車輛平均減速度a(l2取值為I. 30m/s2 ;當(dāng)減速車道大于 200m 時(shí)，a01 取值為 I. 09m/s2，a02 取值為 0. 31m/s2。本發(fā)明的目的是提供一種高速公路出口匝道逐級(jí)限速值的確定方法，典型的高速公路出口匝道示意圖如圖2所示，出口匝道區(qū)域被分成Lp L2, L3三段，其中，L1是指漸變段起點(diǎn)上游段長(zhǎng)度，本發(fā)明中取值為500米；L2、L3共同組成含漸變段的減速車道長(zhǎng)度，L2與L3 交界處為減速車道中點(diǎn)處。通過對(duì)各個(gè)斷面速度差變化趨勢(shì)的研究發(fā)現(xiàn)，圖2中L1段車輛速度變化平緩，可以假設(shè)該區(qū)域內(nèi)車輛做勻減速運(yùn)動(dòng)；而在減速車道上，L2與L3段車輛速度差異較大，需分別研究，但在每一段上車輛仍然視為做勻減速運(yùn)動(dòng)。車輛到達(dá)L3段末尾，即匝道鼻端處，車速已降至匝道限速值進(jìn)入匝道行駛。具體實(shí)施方案如圖3所示，應(yīng)用逐級(jí)限速值計(jì)算方法來確定最終限速值。高速主線為雙向6車道，主線限速值為120km/h，出口匝道為單向兩車道，匝道限速值為40km/h，即 Vg0 = 40km/h ;含漸變段的減速車道長(zhǎng)度為170米，即d = 170米。L3段平均減速度&(11取值為0. 73m/s2, L2段平均減速度Btl2取值為I. 3m/s2, L1段平均減速度at取值為0. 15m/s2 ;該出口上游段外側(cè)車道車輛行駛平均車速為98km/h，即V。= 98km/h。由以上數(shù)據(jù)可計(jì)算出該出口匝道逐級(jí)限速計(jì)算值，其步驟如下I)計(jì)算減速車道中點(diǎn)斷面的合理速度。根據(jù)Vgtl = 40km/h, d = 170m與aQ1 =
0.73m/s2，利用公式(I)得減速車道中點(diǎn)斷面的合理速度Vt’ V; =3.6x‘。1d + (Vg°/6)2 = 3.6 x ^0.73 x 170+ (4^6)2 = 56.6km/h2)計(jì)算漸變段起點(diǎn)處的合理速度。根據(jù)V = 56. 6km/h, d = 170m與屮2 = I. 3m/s2,利用公式⑵得漸變段起點(diǎn)處的合理速度Vt Fi =3.6 X Ja02d + ( ^)2 =3.6x^1.3x170 + (56-^ g)2 =77.9km/h3)計(jì)算外側(cè)車道車輛進(jìn)入出口阻道區(qū)域的合理計(jì)算初速度。根據(jù)Vt = 77. 9km/h, d = 170m, L1 = 500m與at = 0. 15m/s2，利用公式(4)得外側(cè)車道車輛進(jìn)入出口匝道區(qū)域的合理計(jì)算初速度Vt Vt = 3.6 X ^latLl+(v^ 6)2 = 3.6 x ^2x0.15 x 500 + (77-^ g)2 = 89.5km/h4)計(jì)算主線外側(cè)車道逐級(jí)限速計(jì)算值。根據(jù)Vt = 89. 5km/h以及V。= 98km/h，利用公式(5)得主線外側(cè)車道逐級(jí)限速計(jì)算值Vs
權(quán)利要求
1.一種高速公路出口匝道逐級(jí)限速值的確定方法，其特征在于，包括如下步驟1)根據(jù)出口匝道鼻端處的匝道限速值Vgtl和減速車道中點(diǎn)至鼻端處車輛平均減速度 ，計(jì)算減速車道中點(diǎn)斷面的合理速度Vt’，其計(jì)算公式為
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高速公路出口匝道逐級(jí)限速值的確定方法，其特征在于所述公式(I)中出口匝道鼻端處的匝道限速值Vgtl為40km/h或60km/h ；
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高速公路出口匝道逐級(jí)限速值的確定方法，其特征在于所述公式(4)中出口匝道漸變段起點(diǎn)上游500米段(L1)車輛平均減速度at取值為 0. 15m/s2 ;當(dāng)減速車道小于200m時(shí)，減速車道中點(diǎn)至鼻端處車輛平均減速度Btll取值為 0. 73m/s2，漸變段起點(diǎn)至減速車道中點(diǎn)處車輛平均減速度a(l2取值為I. 30m/s2 ;當(dāng)減速車道大于 200m 時(shí)，a01 取值為 I. 09m/s2，a02 取值為 0. 31m/s2。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高速公路出口匝道逐級(jí)限速值的確定方法，屬于高速公路交通運(yùn)營(yíng)管理領(lǐng)域。本發(fā)明通過對(duì)出口匝道上游段運(yùn)行車速與減速度的研究，將出口匝道速度特征值分為匝道鼻端處、漸變段起點(diǎn)處與出口匝道上游段合理外側(cè)主線處共三個(gè)地點(diǎn)車速。由匝道鼻端限速值推出漸變段起點(diǎn)處運(yùn)行速度，繼而推出合理主線外側(cè)車道車速，再結(jié)合調(diào)查或預(yù)測(cè)的主線車輛行駛車速得出限速值計(jì)算模型并給出相應(yīng)的計(jì)算公式，最后根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)確定最終逐級(jí)限速值。本發(fā)明結(jié)合實(shí)例對(duì)該方法進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明，該方法具有計(jì)算簡(jiǎn)便、精度高、符合工程實(shí)際應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)，有效地解決了現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于高速公路交通運(yùn)營(yíng)管理中。
文檔編號(hào)G08G1/052GK102542811SQ20111040392
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月8日
發(fā)明者張聰, 李紅偉, 盛飛, 陸鍵, 馬永鋒 申請(qǐng)人:東南大學(xué)