高速公路养护施工区限速控制研究

高速公路养护施工区限速控制研究摘要：本文依托交通仿真软件Vissim对各种限速条件下的交通运行情况进行仿真模拟，选取适合于养护施工区的安全评价指标，并对各种限速方案进行安全评价，得出较优的限速方案和限速标志牌的位置。

关键词：养护施工区；限速控制；安全评价；交通仿真

Study on Speed-limiting Control of Freeway Work Zone

Abstract: The paper utilizes traffic simulation software VISSIM to carry on the simulation of traffic operation with variety of speed-limiting conditions. It selects the safety evaluation index which is suitable for work zone and carries on the safe evaluation of variety of speed-limiting program. At last the paper derives the better speed-limiting program and the location of speed-limiting signs.

Key words:Work zone; Speed-limiting control; Traffic safety evaluation; Traffic simulation

近年来随着高速公路事业在我国的快速发展，高速公路养护维修也已广泛开展，在高速公路上进行养护维修作业通常要封闭一部分车道，造成车辆运行环境恶化，因此在作业区路段易发生拥挤、排队、甚至发生事故。为了确保作业区路段的交通安全，交通管理部门通常在作业区前方进行限速管理。对高速公路养护施工区限速控制的研究将是提高作业区交通安全和保障运行效率的基础，本文依托交通仿真软件Vissim对多种限速问题进行微观仿真研究。

1.养护施工区安全评价指标的选取

目前对交通安全的评价方法基本上可分为两类：基于事故统计的安全评价方法和基于交通冲突技术的安全评价方法。基于事故统计的评价方法需要有大量的原始事故数据，而国内养护施工区的事故统计还不完善，很难得到这些原始统计数据，也就无法进行下一步的计算分析；交通冲突方法需要研究分析各个地段的冲突点，而养护施工区从警告区开始到终止区结束这段路段很长，很难计算分析出各个地段的冲突点。因此这些评价方法对高速公路养护施工区的安全评价都存在一定的局限性，不能完全反映高速公路养护施工区的限速方案设置对交通安全的影响。

在高速公路占用车道进行养护作业时，养护作业区会对高速交通流发生干扰，引发交通冲突，其表现一为车辆之间的纵向冲突，即追尾；二为车辆之间的横向冲突[1]。横向冲突主要是车辆之间的侧向摩擦、车辆与施工区固定物之间的

摩擦等，纵向冲突主要是车辆之间的追尾。提高高速公路养护施工区的安全特性也就是减少车辆之间的纵向冲突和横向冲突。通过分析养护施工区交通流特性和交通冲突的类型，选取等效最小安全距离（MSDE ）和速度标准差的变化系数（CV ）作为养护施工区这个特定交通路段的安全评价指标。

（1）等效最小安全距离

美国Sivanaga S. Yadlapati 等人在开发和测试施工作业区的可变速度限制系统中，首次提出了最小安全距离MSDE （minimum safety distance equation ）这个道路的安全性指标。它代表的含义见以下的公式[2]:

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1.47()30()L F L F V V MSDE V h V PRT f g -=⨯-⨯+

± （1） PRT=t1+t2+t3 （2） 式中：V L ——前车车速（mph ） V F ——后车车速（mph ） h ——车头时距（s ） PRT ——车辆安全时距（s ） f ——路面摩擦力系数 g ——道路纵坡

t1——后车驾驶员感知反应时间 t2——抬脚至制动生效时间 t3——制动开始到制动结束时间

通常人们在考虑前后车辆的事故风险性时，一般都只考虑前后车辆的距离，或者单独考虑前后车辆的速度差。当单独考虑前后车辆的距离时，前后车辆距离越小，则发生事故的风险性越大；当单独考虑前后车辆的速度差时，前后车的速度差越大，则发生事故的风险性越大。而等效最小安全距离MSDE 将前后车辆的距离和速度差结合在一起,综合考虑了这两个因素对事故风险性的影响。

（2）速度标准差的变化系数

由于养护施工区的出现，高速公路的连续车流必然受到阻挡和干扰，必然引起车头时距变小、交通干扰频繁、车速的离散性变大，从而引起交通流的不稳定。而交通流不稳定就会导致车辆在队列中走走停停的拥挤现象，引起交通拥挤甚至

交通事故。如果把养护施工区看作一个系统，那么系统内要素间有很强的制约关系，此时的系统是一个不稳定的系统。

国内外大量研究已经证明速度的离散性与安全密切关联[3][4],认为车速离散程度与事故率之间存在真正相关的关系，车速标准差越大的地点其安全性能也越差。由于不同断面上车辆的平均速度是不一样的，为了消除车辆平均速度的影响，采用了标准差的变化系数cv值来评价断面安全的指标，通过分析各断面cv值变化来确定车流的稳定距离。

cv 速度标准差

速度均值

（3）

2.养护施工区限速方案交通仿真及评价分析

（1）模型的建立

首先考查双向8车道高速公路养护施工区段，在Vissim中建立相应的模型，并在模型中适当的位置设置数据采集点，记录下车辆的相关信息。在Vissim中设置不同的限速方案和限速标志的位置，对各种方案下的道路安全进行评价分析分析，得出安全性较高的限速方案。在此基础上，将双向8车道模型扩展为双向6车道、双向4车道模型，以考查不同车道数对作业区限速方案的影响。

（2）限速方案对交通安全的影响

通过对限速方案的理论研究，综合考虑通行能力、交通安全和行程时间等因素限速应限定在60～80km/h范围，但具体限定多少速度合适、如何限速，要根据具体阶段的道路行驶条件、交通条件来控制。鉴于此，为更好的反映不同的限速方案在高速公路上的影响程度，本文分别对高速公路的平直路段、竖曲线路段以及平曲线路段上的七个限速方案（见表1）进行分析。

表1 限速方案