基于单车速度差的高速公路设计一致性评价.pdf

收稿日期：文章编号：（）文献标识码：基于单车速度差的高速公路设计一致性评价刘甲元（新疆道达建设工程有限公司，新疆伊犁州 ）摘要：基于“运行速度差”传统计算方法存在的不足，提出以“单车速度差”作为设计一致性评价指标，从理论及实例分析的角度对比分析两个指标的优劣，确定以作为设计一致性评价指标具有一定的可行性；建立曲线段预测模型，从结果看，该模型可较好预测高速公路的“单车速度差”，并基于此提出设计一致性评价标准，为后续设计提供参考。关键词：单车速度差；设计一致性；预测模型；高速公路 运行速度差传统估计方法 运行速度差基本概念 辆车在自由流状态下通过前后两个断面总车速中的第 位车速值即为运行车速值，若以 （）和 （）表示，则运行速度差 （）（）即运行车速差，具体见图 。图 示意图 运行速度差的不足（）模型假设 计算时，假设连续路段上有相同的速度分布，而该种假设与现实不符。各路段因道路环境、驾驶员个体及车辆属性等的不同而有不同的速度分布。（）集计数据的“信息缺失”计算 时，假设各元素 适合应用到该交通流内的全部车辆。可见，集计模型的速度方差更小，说明集计过程容易导致“信息缺失”。（）“生态谬误”在通过 评价公路设计一致性时，一般是通过集计数据联结 、道路及交通等要素，以此构建运行速度的预测模型。但以此所建立预测模型会有“生态谬误”的问题，不利于设计者和管理者判定危险因素，存在较大安全隐患。单车速度差 单车速度差基本概念针对 计算时存在的不足，基于现有研究方法，及 提出新参数 。即单车 位速度差，即 驾驶员不超过的速度变化差值。不同于，其可以具体描述为：两个断面上，辆车的速度差值在速度差值累计频率分布曲线上的第 位值。其图例如图 所示。单车速度差与运行速度差的比较（）计算比较比较分析 与 的关系，以确定哪个值与真实值更接近。假定连续路段上车辆有各自独立的速度，则 为：（）第 期（总第 期）华东公路 （）年 月 日 （）式中 及 代表路段 及路段 第 位速度；表示标准正态分布第 位置；及 表示路段 及路段 平均速度；及 表示路段 及路段 准差。因 表示底 位单车速度差，因此其计算公式为：（）（）（）（，槡）式中 （，）表示协方差，该值可有效反应连续元素线形关系相关性；若 和 连续，则（，）（）从定义上看，相关系数的性质为：（，）因此，可得：（，）若 （，），则（）（，槡）（）；若 （，），则（）（，槡）（）。则任何情况下上述方程都是可以成立的。图 图例从上述分析看，计算所得速度差总是大于等于 的计算结果。因此，从理论上看，若以传统计算方法所得到的 评价设计一致性，则所得结果往往偏低，不利于设计值做出判断。因此，建议以 作为设计一致性的评价指标。（）实例比较统计实地观测数据，绘制 与 的散点图，探讨两者间的关系，所得结果见图 。图 与 与的散点图从图中可以看出，的数值大于 ，且 和 为两条近乎平行的直线。针对该结果，推测 和 有线形关系。为验证该推测，对 和 开展回归分析，可得出如表 及表 结果。表 回归系数显著性检验 表 拟合度及方程显著性检验表 （）曲线段单车速度差的预测模型现 预测模型共有 个，具体为：（）（）（华东公路 年第 期 ）式中 表示车辆在直线路段的运行速度；表示路肩宽；表示曲线转向；右转以 表示，左转以 表示；表示曲线起点前 位置的点至曲线中点纵坡度平均值；为支路参数，曲线存在支路时为，若无则为 。从模型看，单车速度差与较多因素有关，本文将针对单车速度差与各项因素的关系开展研究。随着平均坡度（）、半径（）、车辆在曲线段 位置运行速度 的增加，单车速度差也不断增大，而偏转角（）和单车速度差的联系不紧密。因此，为明确哪些变量对单车速度差的影响较大，需开展相关性分析。从结果看，单车速度差和 、的相关系数均大于 ，和 则小于 。因此，单车速度差和 、相关关系更显著。其原因可能在于调研地点的偏转角主要在 ，角度变化范围较小，驾驶员不易察觉。此外，从表中可以看出，、两两间相关系数较小，可排除变量多重共线形的情况。因此，在建立回归方程时，变量选择为 、。据此所建立如表 所示模型。按照拟合优度，可得单车速度差的最终预测模型为：显著性检验结果为：，（）显著性较好。此外，检验其自相关性和异方差性等可以发现，其不存在自相关性和异方差。因此，可得单车速度差预测方程：对比预测值及观测值，可得如图 所示。设计一致性评价标准综合上述分析研究，建议设计一致性评价标准为：时，级别为“好”，无需改变；时，级别为“一般”，应提出具体改善措施，针对拟建高速公路，则应适当调整相邻路段线形，以降低运行速度差值；时，级别为“差”，针对拟建高速公路，应重新设计平纵横断面各项指标。表 基础模型模型 图 预测值与观测值的比较 结语本文提出以“单车速度差”作为设计一致性评价指标，并建立预测模型，验证了以单车速度差作为设计一致性评价指标的可行性。参考文献 郭桂林 基于运行速度的公路设计方法及影响研究 中华建设，：年第 期刘甲元：基于单车速度差的高速公路设计一致性评价