城市地下快速路匝道入口車輛運行特征分析

汪尚天　方守恩　張蘭芳　羅詩立

(同濟大學交通運輸工程學院　上海　201804)

城市地下快速路匝道入口車輛運行特征分析

汪尚天方守恩張蘭芳羅詩立

(同濟大學交通運輸工程學院上海201804)

摘要以實車駕駛數據為基礎，對比分析在地下、地上快速路上車輛行駛速度的差異性及變化特征；對車輛在地下快速路加速車道上的行駛距離進行分析研究。對比實測值與計算值，參照國內外加速車道長度取值，建議城市地下快速路主線限速60 km/h、匝道限速40 km/h的情況下，加速車道的長度不小于110 m。

關鍵詞地下快速路匝道入口車輛運行特征縱向加速度加速車道長度

近年來，我國居民汽車的保有量和出行量不斷增加，對城市交通提出了更高的要求。受城市用地的制約，向地下發展是未來城市交通發展的主要趨勢之一。上海、北京等大城市交通擁擠，交通工作者采取了大量措施向地下空間發展，如地鐵、地下車輛通道等。由此，地下快速路應運而生，如上海的外灘隧道、新建路隧道等。M. Kato[1]，A.Shimojo[2]以及T.Hirata[3]等人，基于駕駛模擬器對地下快速路環境下的駕駛行為進行了研究，但存在模擬器的有效性問題。并且不同的模擬器其所適用的場景范圍是不同的。目前的研究方法多為基于駕駛模擬器和問卷調查的研究，仍缺少采用實車駕駛的手段進行的更為真實的研究。

1試驗

試驗選擇10名駕齡在1年以上的駕駛員，每位輪流駕駛1 h。采用OES-II型非接觸式五輪儀，實測車輛運行速度，采用三軸加速度儀，實測車輛三軸加速度，用數碼攝像機拍攝駕駛員所處的道路交通環境。開發數據采集分析軟件，進行數據收集和同步。對匝道入口段進行路段和斷面劃分[4]，如圖1。

圖1　匝道入口路段劃分

沿車輛行駛的行進方向，依次取3個路段斷面，分別是車輛駛入匝道、車輛到達鼻端、車輛匯入主線時，所對應的道路斷面。

試驗路段選擇上海新建路隧道和人民路隧道，以及上海中環線。試驗是在自由行駛狀態下的駕駛行為，故避開早高峰和晚高峰。試驗需要獲取的數據有：車輛運行速度、縱向加速度，以及匯入主線的距離。

2試驗結果及分析

2.1　匝道入口段車輛運行速度特性對比分析

由地下、地上快速路在不同路段斷面的車速分布情況，繪制自由行駛狀態下的車速頻率分布曲線圖，見圖2，具體數值見表1。

圖2　不同路段斷面車輛行駛速度頻率分布曲線圖

路段斷面速度區間/(km·h-1)-5~55~1515~2525~3535~4545~5555~6565~7575~8585~9595~105105~115115~125地下快速路主線0002.36.913.31819.521.868.82.21.2地上快速路主線00026.215.730.625.4107.81.11.20車輛從地面駛入地下快速路匝道0024.11434.110.814300000車輛從地面駛入地上快速路匝道00514.321.82530.63.300000車輛到達地下快速路匝道鼻端003.5524.132.230.33.701.2000車輛到達地上快速路匝道鼻端003.522.33519.812.44.52.50000車輛匯入地下快速路主線00011.31717.227.52052000車輛匯入地上快速路主線0001.56.32030.333.27.21.5000

將地下、地上快速路，車輛行駛在各個路段斷面處的速度均值、第85百分位的行駛速度值作對比，見表2。結合圖2與表2，對地下、地上快速路作橫向對比。

在自由行駛下，地下、地上快速路的主線車速的均值分別在70，65 km/h附近，第85百分位車速分別在92.5，82.5 km/h。地下主線的速度比地上高出5~10 km/h。車輛從地面駛入匝道時，地下快速路的車速分布離散程度較大，主要在40 km/h附近波動。地上快速路的車速分布在50 km/h附近，離散程度較小。車輛到達地下、地上快速路匝道入口鼻端斷面時，車速分布在50，40 km/h附近。結合表2，在車輛到達匝道入口鼻端時，地下快速路比地上快速路的車速高5 km/h左右。車輛通過加速車道匯入地下、地上快速路主線時，車速分別分布在55，60 km/h附近。由表2可知，車輛在匯入主線時，地上快速路的車速要比地下快速路的車速高5 km/h左右。

表2　地下、地上快速路不同路段斷面的速度對比　km/h

2.2　匯入車輛在加速車道行駛距離的特性分析

2.2.1匯入車輛在加速車道行駛距離的分布特征

將加速車道的路段位置，以10 m為跨度進行路段劃分。由于車輛匯入主線行駛的最小距離為43.1 m，故計數從距離鼻端40 m起算。對地下快速路匝道入口合流路段，車輛經過加速車道加速后匯入主線的匯入點位置作統計分析，其匯入概率與累計概率見圖3。

a)　匯入概率　　　　　　　　　　　　　　　　　　　b)　累計概率

y=-0.007 4(x-35/10)3+

0.077 2(x-35/10)2-

0.034 7(x-35/10)-0.021 2

(1)

式中：x為匯入點距離鼻端的距離；y為x所對應的累計概率。

2.2.2車輛匯入主線的速度與行駛距離的關系

如圖4所示，加速車道上以速度為40～50 km/h匯入主線的車輛，其行駛距離較短，主要在距離鼻端55～85 m區間上。以速度為60～70 km/h匯入主線的車輛，其行駛距離主要在距離鼻端75～95 m區間上。匯入主線的車速越高，其行駛距離越遠，所需的加速車道長度越長。匯入主線時車速低的車輛，行駛距離普遍較短，相比于到達鼻端時的平均車速(38.8 km/h)，其在加速車道上的加速效果不明顯。

圖4　加速車道上不同的匯入速度在

根據車輛匯入地下快速路主線的加速車道各路段區間的數據統計匯總，將各個分段路段的匯入車速繪制箱形圖，如圖5。

圖5　加速車道上各路段區間

地下快速路加速車道上的車輛，若以較低的速度匯入主線，在加速車道上行駛距離較短；若以相對較高的速度匯入主線，匯入點普遍分布于距離鼻端100 m以上的距離。地下快速路加速車道上距離鼻端100 m以內，就已經有85%以上的車輛匯入了主線，但尚未達到主線車速。加速車道上不同行駛距離的匯入車速均值擬合方程如下。

y =0.384(x-40)+44.984

(2)

式中：x為距離鼻端距離，y為x對應的平均車速。

3綜合分析

3.1　地下、地上入口段車輛運行速度差異分析

由2.1可知，地下快速路的主線車速要比地上快速路高5~10 km/h。這是由于地下快速路的曲線半徑指標一般選擇相對較好，在自由流下，車輛容易以高速通過；地下快速路的行車環境容易使駕駛員產生誤判，錯誤地高估當前的線形條件與道路狀況，低估自身的車速，造成超速。在自由行駛下，地下快速路主線的車速平均值為69.5 km/h，85%車速為92.6 km/h。而車輛的匯入車速均值為54.7 km/h，85%車速為72.6 km/h 。二者之間存在15~20 km/h的差值，而車輛間的速度差是引起追尾、側碰等交通事故的重要原因之一。綜上所述，建議地下快速路及其匝道限速：主線限速60 km/h，匝道限速40 km/h。

3.2　加速車道綜合分析

3.2.1車輛在加速車道上最大行駛距離

實測值。由式(1)可知，假設y0.85=0.85，解得x=87.3 m，即當85%的車輛都匯入主線時，距離鼻端的最大實測距離為87.3 m。由式(2)可知：y=69.5 km/h，解得x=103.8 m，即車輛在地下快速路加速車道上加速到與主線速度一致后才匯入主線，所行駛的距離為103.8 m。

計算值。經統計計算，車輛在加速車道上的縱向加速度平均值為：a縱向=0.44 m/s2

根據行駛距離的設計公式。

(3)

帶入試驗所得數據，解得S=100.8 m。

3.2.2加速車道基本長度對比分析

將國內外相關規范中加速車道的規范值、本文的實測值和計算值進行比較分析，見表3。

表3　加速車道長度規范值及本文實驗值和計算值匯總

由表3可知，基于地下快速路匝道入口自由流狀態、車輛自由行駛、不發生排隊等待等理想狀態下，建議地下快速路的加速車道基本長度為110 m。

4結語

地下快速路車輛運行特征：地下快速路的主線車速要比地上快速路高5~10 km/h；車輛在匯入主線時，地下快速路車速低于地上快速路車速約5 km/h；地下快速路主線車速比匯入車速大15~20km/h。

通過對城市地下快速路匝道入口段各個斷面車速的分析研究，提出了主線限速60 km/h與匝道限速40 km/h的地下快速路限速組合。并且提出在此限速組合下，地下快速路加速車道長度建議值不宜小于110 m。

參考文獻

[1]KATO M.An analysis on traffic accidents of highway[J].The Japanese Journal of Ergonomics，Japan，1980.

[2]SHIMOJO A，TAKAGI H，ONUMA H. A simulation study of driving performance in long tunnel[C].Vehicle Navigation and Information Systems Conference，Seattle， WA，1995.

[3]HIRATA T，YAI T. Traffic safety analysis in underground urban expressway using a driving simulator[J].Journal of the Eastern Asia Society for Transportation Studies，2003(5)：2592-2606.

[4]萬海峰,張云龍,郭忠印,等.多車道高速公路合流區端部車輛速度駕駛行為遠場觀測試驗研究[J].交通科技,2014(5):124-127.

Analysis of the Operating Characteristics of Vehicles at the

Entrance of an Urban Underground Expressway

WangShangtian,FangShouen,ZhangLanfang,LuoShili

(Department of Transportation Engineering, Tongji University, Shanghai 201804, China)

Abstract：Based on vehicle driving data, the paper analyzed and compared the differences and trend features of vehicle running speed on an urban expressway and underground expressway, analyzed and researched the driving distance when they were driven on the acceleration lane of an underground expressway. Comparing with the measured values and calculated values, reference to the length of the acceleration lane in domestic and foreign, when the speed limit is 60 km/h in the mainline and 40 km/h in the ramp, the suggested value of the acceleration lane length of underground expressway should not be less than 110 m.

Key words:underground expressway; ramp entrance; vehicle running characteristics; longitudinal acceleration; vehicle running speed; length of acceleration lane

收稿日期：2015-10-19

DOI 10.3963/j.issn.1671-7570.2015.06.048