信號交叉口進出口段限速標志對運行效率的影響研究

程 飛 郭唐儀 白 泉

1. 北京易華錄信息技術股份有限公司，北京 100043

2. 南京理工大學，自動化學院，南京 210094

0 引 言

2003年，《世界預防道路交通傷害報告》將超速列為事故發生的首要影響因素[1]。Solomon曲線表明，事故與車速的關系呈 U型，當車速接近或稍大于平均車速時事故率最低[2]。Harkey、Fildes等人也得出了類似的結論[3]，如圖1所示。由圖1可見，車速與平均速度的差值越大，發生事故的可能性也就越大。同時，Solomon建立了4車道高速公路不同斷面事故率I與車速變化ΔV關系模型：

圖1 事故率與速度偏差間關系曲線(Solomon曲線)Fig.1 Relationship between crash rate and speed deviation(Solomon curve)

根據式（1）和圖1知，速度與速度均值之間的差值越大，事故率越高。因此，有必要對行車速度進行有效管控，其中限速標志是各國普遍采用的方式。限速標志是道路交通標志中禁令標志的一種，它表明從該標志開始到解除限制速度標志的路段，機動車行駛的速度不能超過標志所示的數值，否則將會導致不安全的駕駛行為。實踐證明，科學合理地進行限速，可在一定程度上降低事故率[4]。

1 國內外限速實踐經驗

國外主要有四種限速值確定方法或依據[5]。

第一個依據是法定限速，即通過行政政策手段來平衡運輸效率、安全和其他由車輛運行所帶來的成本之間關系。1973年，為應對能源危機，美國國會將法定限速提高至50 m/h（約90 km/h）。

第二種方法是最優限速法。通過機動車在不同環境和交通條件下不同公路運行狀況繪制模型變化曲線，而最優速度則是這個曲線的最低點。該方法通過建立機動車運行、旅行時間、事故次數、事故嚴重程度 4類定量化的因素與速度之間的關系模型來確定限速值，屬于優化模型法。

第三種方法是工程實踐法，即采用運行速度法或者85%位速度作為限速值。通過調研，獲取一定樣本的不同車型的速度值，確定統計學意義上的 85%位值，以該值作為初始限速值，然后，根據道路線形、交通組成、歷史事故等，對初始限速進行調整確定最終限速值。

第四種方法是澳大利亞公路研究局提出的軟件計算限速法，該方法綜合考慮了道路交通特征及專家經驗。

美國主要依據MUTCD (Manual on uniform traffic control devices)規定，車速須維持在自由流狀態下85%位車速±10%范圍以內[6]。目前，我國限速依據主要為GB5768-2009（道路交通標志和標線）。實踐中，對新建道路一般取設計速度為限速，運行一段時候后根據實際交通進行調整；對已建成道路限速，取自由流85%位車速。

為保障交通安全，平面交叉口根據需要進行信號控制，以從時間上分離交通流。在無信號交叉口可以通過設置必要的限速標志對速度進行管控。但是，對于信號控制交叉口，是否設置限速標志，以及設置的限速值與路段限速關系，仍無定論。在嘉興市部分交叉口，除了在路段設置限速外，在交叉口進口段適當位置還設置有較路段低的限速，其初衷是考慮到在國內平面交叉口有較多行人和非機動車，通過限速標志可在一定程度上提高交叉口的安全性能。

但是，交叉口進口段的限速標志對交通運行效率是否有負面影響，影響多大，有待評估。本文以嘉興市G320-文昌路平面信號交叉口為例，通過計算機模擬評估信號交叉口設置限速標志的運行效率影響。

2 評估場景

采用前后對比法（Before and after analysis）對嘉興市限速標志設置改善前后的運行效率進行評估。借助VISSIM模擬，評估指標包括通過該交叉口影響范圍（前后各200 m）內的排隊長隊、停車次數、行程時間和延誤時間。

嘉興市G320-文昌路交叉口為信號控制交叉口，相交道路文昌路為城市干道，單向兩車道，進口拓寬為四車道；G320為國道，單向兩車道，進口拓寬為三車道。兩條道路等級較高，交通量較大，交叉口擁擠度較大。根據嘉興市限速標志設置的特征，設計限速標志改善前后的模擬場景如下。

改善前：路段限速90 km/h，限速標志設置于交叉口入口前500 m處；同時在交叉口入口前200 m處，設置一個70 km/h的限速標志，如圖2所示。

圖2 改善前（現狀基本段限速90 km/h和進口段限速70 km/h）模擬場景Fig.2 The simulation scenario of the case (basic section speed limit 90 km/h and cross approch speed limit 70 km/h)

改善后：取消交叉口 70 km/h的限速標志，將90 km/h降低為80 km/h，即全線統一限速80 km/h，設置于進口前方500 m處，如圖3所示。

其它場景，包括交叉口渠化、信號配時以及交通量按照實際觀測輸入。本文模擬時長為一個小時，將這一個小時劃分為12個5分鐘的時段，比較每個5

分鐘時段的指標變化。按照下式計算改善效果E（Effectiveness），按百分比計：

式中，E為改善效果，（%）；EB、EA為改善前、后的評價指標。

3 對運行效率影響

對VISSIM中延誤時間、行程時間、改善效果的說明：

延誤時間：理論行程時間與實際通行時間之差，理論通行時間是指當檢測區段沒有信號控制和其它車輛時，車輛通過檢測區段的時間。

行程時間：車輛到達檢測區段起點直至離開檢測區段終點所經歷的時間。

排隊長度：檢測區段上排隊車輛長度，單位是m，不是車輛數。

停車次數：車輛進入排隊狀態之后停車的次數的總和。

改善效果：正值表示正面的改善效果，負值則表示負面的改善效果。

檢測區段：本文設置的檢測區段長度為100 m。

G320-文昌路交叉口限速標志改善前后的延誤及行程時間如表1所示，排隊長度與停車次數見表2，不同限速方案的運行效率指標見表3。

表1 限速標志改善前后延誤及行程時間對比Tab.1 The delay and travel time before and after speed limit improving

表2 限速標志改善前后排隊長度及停車次數對比Tab.2 The queuing length and stop times before and after speed limit improving

表3 不同限速方案運行效率指標對比表（平均值）Tab.3 Operational efficiencies before and after speed limit improving

4 結 論

根據表1至表3可知：在信號控制交叉口進口段設置限速標志，降低了運行效率。表現在以下幾個方面（與不設置限速標志相比）

（1）平均行車速度降低約6 km/h（11.0%）；

（2）平均行程時間延長約3 s（9.78%）；

（3）平均延誤增加了2.5 s（8.87%）

（4）平均排隊長度增加約5.4 m（11.0%，大約一輛車的空間）

（5）每5分鐘的計時周期內停車次數增加約5.5次（8.7%，相當于每分鐘增加一次停車）

在信號控制交口，主線為綠燈時，具有通行權，其行車速度可以與路段保持一致，并設置必要的交叉口提醒警示標志；紅燈時，車輛需停止等待下一通行權。因此，在城市信號控制交叉口進口沒有必要設置限速標志，以免降低交叉口的通行效率。

[1] 世界衛生組織, 世界銀行. 世界預防道路交通傷害報告[R]. 北京: 人民衛生出版社, 2004.

[2] Solomon D. Accidents on main rural highways related to speed, drivers, and vehicle [R]. Washington:Bureau of Public Roads, 1964.

[3] Fildes B. N., Rum Bold G., Leening A. Speed behavior and drivers attitude to speeding [R]. Sydney:Monash University, 1991.

[4] Aljanahi A. M., Rhodes A. H. Speed, speed limits and

road traffic accidents under free flow conditions [J].Accident Analysis and Prevention, 1999, 31(1-2):161- 168.

[5] Transportation Research Board. Managing speed:review of current practices for setting and enforcing speed limits[R]. Washington: TRB Special Report 254, 1998.

[6] US Department of Transportation. Manual on uniform traffic control devices [M]. Washington: Federal Highway Administration, 2009.