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分类号：U412.310710-2013521161专业硕士学位论文基于运行速度的双车道公路线形和安全性评价方法研究李昆冈导师姓名职称秦建平教授程生平高级工程师专业学位类别工程硕士申请学位级别硕士及领域名称交通运输工程论文提交日期2017年09月27日论文答辩日期2017年12月20日学位授予单位长安大学万方数据 2万方数据 StudyonEvaluationMethodofDouble-laneHighwayandSafetyBasedonDrivingSpeedADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：LiKungangSupervisor：Prof.QinJianpingChang’anUniversity,Xi’an,China万方数据 4万方数据 万方数据 摘要我国经济的快速发展，带动了公路的跨越式进步，与此同时，交通事故带来的人身和财产损失也是居高不下。因此，研究公路的线形和安全性的评价方法，从源头上减少交通事故，有着非常重要的意义。对于道路的安全性来说，车辆的行驶速度是一个极其重要的影响因素。我国目前的公路设计体系中，做为路线设计的基础参数是设计速度，但是，设计速度的值是固定的，车辆在道路上的实际行驶状态是时刻变化的，而车辆在道路上的实际行驶状态可以由运行速度反映出来。在国内的一些公路中，尽管一些路段的线形指标都可以满足现行规范的要求，但还是有很多交通事故的发生。针对这一情况，本文提出了基于运行速度的道路路线设计方法及控制指标，旨在从源头上控制，使得道路的各项指标更加均衡、连续，从而降低交通事故的发生率。本文从影响双车道公路运行速度的各项因素开始分析，提出了平直路段和平曲线路段运行速度的确定方法，并建立了平直路段、纵坡路段、平曲线路段和弯坡路段运行速度预测模型。最后，为了评价双车道公路线形和安全性选取了基于运行速度的连续性指标、协调性指标和舒适性指标，并且结合敦煌市鸣沙山沿线景观大道实际案例进行了评价。评价结论表明了运行速度预测模型的适用性以及评价方法的合理性。关键词：交通安全；公路线形安全性评价；运行速度i万方数据 AbstractTherapiddevelopmentofourcountry’seconomyhasledtotheprogressofthehighway.Atthesametime,Personalandpropertylossescausedbytrafficaccidentsarealsohigh.Therefore,theevaluationmethodoflinearandsafetyofhighwayhasaveryimportantsignificancetoreducetrafficaccidentsfromthesource.Fortheroadsafety,vehiclespeedisanextremelyimportantfactor.InthecurrenthighwaydesignsysteminChina,designspeedisthebasicparameterforroutedesign.Thevalueofthedesignspeedisfixed,buttheactualrunningstateofthevehicleontheroadisalwayschanging,andtheactualrunningstateofthevehicleontheroadcanbereflectedbytherunningspeed.Onsomeroadsinourcountry,thelinearindicatorsofsomesectionscanmeettherequirementsofthecurrentspecification,buttherearestillalotoftrafficaccidents.Aimingatthissituation,basedonrunningspeed,thispaperputsforwardthedesignmethodandcontrolindexofroadroute.Thepurposeistocontroltrafficaccidentsfromthesource,andtheeachindexoftheroadswillbemorebalancedandcontinuous.Sotheincidenceoftrafficaccidentswillbereduced.Startingfromthefactorsthataffectthespeedoftwolanehighway,thispaperputsforwardthemethodofdeterminingflatstraightsectionsandcurvesectionrunningspeed，andthepredictionmodeloftherunningvelocityoftheroadsection,thelongitudinalsection,thehorizontalsectionandthecurvedslopeisestablished.Atthelast,inordertoevaluatetwo-laneroadlineselectionandsafetybasedonthecontinuityofspeedindexandcoordinationindexandcomfortindex,andcombinethesingingofdunhuangcitylandscapeavenuealongtheactualcaseisevaluated.Theevaluationresultsshowtheapplicabilityofthespeedpredictionmodelandtherationalityoftheevaluationmethod.Keywords:trafficsafety;highwayalignmentsafetyevaluation;operationspeedii万方数据 目录第1章绪论............................................................................................................11.1研究的目的和意义............................................................................11.2国内外研究现状................................................................................21.2.1国外研究现状..............................................................................21.2.2国内研究现状..............................................................................41.3主要研究内容....................................................................................4第2章运行速度的基本理论及进行评价的必要性和可行性.......................52.1相关概念............................................................................................52.1.1运行速度的概念..........................................................................52.1.2设计速度、可能速度的概念及与运行速度的关系..................52.2基于运行速度的路线设计方法........................................................72.2.1运行速度设计法设计思路及步骤..............................................72.2.2运行速度设计法控制指标..........................................................92.2.3运行速度设计法控制标准........................................................112.3基于运行速度评价线形和安全性的必要性..................................142.3.1国内相关行业规范要求............................................................142.3.2设计速度方法的局限性............................................................142.4运行速度评价双车道公路线形和安全性可行性..........................152.4.1运行速度的实际测量方法........................................................152.4.2不改变现有的路线设计方法....................................................162.4.3与采用可能速度方法的目的一致............................................162.4.4适用于新建和改建双车道公路................................................162.4.5可做为线形指标和沿线设施设计的依据................................172.5本章小结..........................................................................................20第3章运行速度预测模型及方法.................................................................223.1运行速度的影响因素分析..............................................................223.1.1道路交通系统组成要素分析....................................................22iii万方数据 3.1.2平面线形要素与运行速度的关系............................................223.1.3纵断面线形要素与运行速度的关系........................................243.1.4横断面线形要素与运行速度的关系........................................253.2期望车速的确定..............................................................................263.2.1期望车速的定义及形成过程分析............................................263.2.2道路线形的影响及其修正........................................................273.2.3交通环境的影响及其修正........................................................283.2.4路面状况的影响及其修正........................................................293.3平直路段运行速度的计算..............................................................293.3.1短直线临界长度的确定............................................................293.3.2平直路段车辆加速度................................................................303.3.3平直路段运行速度计算方法....................................................313.4平曲线路段运行速度预测模型......................................................323.4.1模型构建方式............................................................................323.4.2模型建立的理论依据................................................................343.4.3平曲线路段行驶速度预测模型的建立....................................353.4.4模型验证....................................................................................353.5纵坡路段运行速度预测模型..........................................................363.6弯坡路段运行速度预测模型..........................................................363.7本章小结..........................................................................................39第4章基于运行速度的线形和安全性评价方法.........................................404.1运行速度预测..................................................................................404.2评价指标的选取原则与范围..........................................................424.2.1评价指标的选取原则................................................................434.2.2评价指标的选取范围................................................................434.3基于运行速度的协调性指标..........................................................444.3.1连续性指标................................................................................444.3.2相邻路段运行速度协调性指标................................................454.4基于运行速度的舒适性指标..........................................................46iv万方数据 4.5本章小结..........................................................................................47第5章实例分析.............................................................................................485.1待评价项目概况..............................................................................485.2运行速度的预测..............................................................................535.2.1单元划分....................................................................................535.2.2各单元运行速度预测................................................................555.3线形和安全性评价指标值计算......................................................565.3.1基于运行速度的协调性指标....................................................565.3.2基于运行速度的舒适性指标....................................................575.4线形和安全性评价结果及分析......................................................585.4.1运行速度与设计速度................................................................585.4.2相邻路段运行速度之差............................................................595.4.3协调性指标c.............................................................................595.4.4横向力系数μ............................................................................605.5本章小结..........................................................................................61第6章结论与建议.........................................................................................626.1结论..................................................................................................626.2建议..................................................................................................62参考文献............................................................................................................63v万方数据 长安大学硕士学位论文第1章绪论1.1研究的目的和意义进入新世纪以来，受益于我国经济的快速发展，公路的建设里程也一直在持续的增加。公路可以极大的方便城乡之间，国家之间的交流，使得各个区域的经济、教育等发展更为迅速。但是伴随着公路里程的不断增加，近年来交通事故也是逐年增加，造成的伤亡数在世界上高居不下，造成了巨大的人身和财产损失，对我国道路交通安全的考验也愈来愈严峻，在一些交通事故中，公路线形设计质量的优劣对交通事故的严重程度有着非常直接的影响。确定公路的位置和走向，是公路线形设计的主要工作，线形的合理与否直接影响道路功能能否正常发挥。同时，在公路的运营阶段，线形因素与公路的使用成本关系也非常密切，所以，在公路线形设计的初始阶段，车辆行驶时的安全性、经济性，以及周边环境与道路的协调性等问题，需要总体考虑[1]。在公路的设计中，合理的运用我国现行规范规定的各项指标，协调公路的平面、纵断面和横断面，保证公路的行车安全和舒适。我国目前使用的《公路工程技术标准》（JTGB01-2014）里面[2]，做为路线设计的基础参数是设计速度。在路线设计中，规范所规定的最主要的设计标准是：设计速度，其余的设计指标需要通过设计速度来确定。但是，通过我国这么多年的实践经验，双车道公路采用设计速度做为基础的设计方式，是存在不足的：（1）在实际中，行车速率和线形设计的终点配合度不高，（2）线形设计要素之间不兼容；（3）线形的行车速度标准不一致。进入二十一世纪以来，美国、澳大利亚等一些国家，提出为了保证公路线形的连续性，可以将运行速度作为基本参数来考虑，并且，这一理念在一些高等级的公路中已经得到了运用。在这个运行速度的理念中，其核心是，线形设计的根本依据从设计速度转变为运行速度，在最初的平纵面设计中，使用“运行速度预测模型”，来得到道路各个路段不同的运行速度，并以“设计控制原则”为依据，来检测和修改路线平纵面设计的标准，然后，再依据道路不同路段的线形和运行速度来对道路的各项指标，即竖曲线、缓和曲线、平曲线超高等进行最终的确定[3]。线形设计中，以设计速度为核心的设计方法，与这一方式相比较，这种设计方式有两个比较明显的优势：一个是该方式从车辆的实际运行状态出发，来确定设计标准，能够保证车辆的行驶安全，并且使得各设计要素之间契合度更高；另一个是，在检验和确定最终的设计指标中，以“设计控制原则”为1万方数据 第1章绪论依据，使得设计指标的连续性和一致性得到了保证。因此，采用运行速度为依据，来进行道路的线形设计，可以有效的增强公路的安全水平。研究双车道公路在线形和安全性评价中采用运行速度为依据的方式，还有这么几个意义：当前在我国，还没有形成一个确定的双车道公路的线形评价方法，本文通过现场调查了双车道公路的运行速度，讨论并整理了运行速度在双车道公路中的一些特征和变化情况，创建了一个模型来预测运行速度。公路线形在设计的过程中，一个主要的依据就是汽车在道路上的行驶特点，汽车的动力学特征和运动轨迹特点，在一个完善的公路线形设计中是需要同时得到满足的。如此的线形设计可利于驾驶员降低疲乏感，适当放松驾驶员绷着的神经，确保了行车安宁舒适。所谓的设计速度，就是说在气候条件良好、较小的交通流量的条件下，车辆行驶中，只有公路自身设计对其有影响时，当驾驶员的驾驶水平适中的情况下，能确保安全顺适行驶的最大行驶速度。这是公路设计时拟定最佳线形标准的最重要参数，只要选好了公路的设计速度，公路的其他关联的主要指标，才能得到均衡的设计。运行速度的定义是，当道路中，车辆是自由流的状态，同时在天气条件不错的时候，在所有路段特征点上测定的第85个百分位上的车速[4]。1.2国内外研究现状1.2.1国外研究现状国外尤其是欧美发达国家关于公路路线的设计理论，已从根据汽车行驶对道路的动力学要求开始，逐渐考虑了驾驶员的驾驶行为和生理心理特征，提倡以人为本的设计理念。当公路路线的设计以这个理念来设计的时候，可以满足道路上行驶的驾驶员的一些心理期望，也就是可以将车辆行驶方向的交通、道路情况，提前反应给驾驶员。早在上个世纪八十年代，FHWA，也就是美国联邦公路局，就已经开始研究“交互式公路安全设计模型（InteractiveHighwaySafetyDeignModel，缩写为IHSDM）”[5]。这个模型，在总体上思量了人、车，还有道路之间的相互作用，是在大量的观测数据的基础上创建的，它的目的是，可以把道路的安全设计和道路线形设计（CAD）联系起来，可以让设计人员在进行工作时，充分的思量道路的安全性。当道路的设计人员采用IHSDM安全评价方式时，需要先完成道路的各项设计，然后找出一种车辆作为检测车辆，通过使用一种车辆的动态模型，来捕捉到车辆的速度图2万方数据 长安大学硕士学位论文而绘制出加速度图，以用来检查道路的设计方案，并输出道路设计方案中影响道路安全性的位置。接下来，根据评价结果，调整设计方案；将车速一致的模型，检验与线形要点相对应的组合，如果在这当中的某一路段的速度有不确定的变化发生，则需要返回CAD重新进行方案设计；将事故预测模型导出的道路设计方案中，会导致所有点位出现混乱现象的概率，重新进行安全性分析，如果安全问题再次出现，则再次修改设计方案直至所有点位不出现混乱现象。公路安全评价和CAD通过IHSDM的模型完美的结合在了一起，这一方式，既可以进行公路安全评价，也有助于便捷的调整道路的设计方案。为公路安全评价的未来发展，提供了一种新的思路。澳大利亚等一些发达国家，在早些年，首先将运行速度的理念融入到了公路的设计中。研究人员在小半径圆曲线的运行速度模型上，做了很多的调查研究，发现对于运行速度来说，一个非常重要的因素是圆曲线半径。所以，各个国家在表述运行速度与平曲线半径之间的关系时，通常会采用“半径-运行速度”的模型。公式1.1为运行速度预测模型采用幂函数的形式来表述[6]。V=aRb（1.1）85式中：V85—运行速度（km/h）；R—平曲线半径（m）；a，b—模型参数。运行速度的理念，在美国，首先由Leisch提出，并且采用这一理念，来达到分析道路平纵面是否一致的目的。Leisch认为，公路设计的控制理论如果只是采用设计速度，一些与原计划不相符的几何设计很有可能出现。所以，Leisch提出了运行速度模型（大货车和小客车），来检验车辆在道路上行驶时，设计速度和运行速度是否具有一致性的问题。道路上平纵面的具体情况，是这一运行速度模型采用的基本理念。通过软件的计算，来估计不同车型的平均速度，然后，绘出车速变化图，进而来判别线形上的速度是不是能够获得设计一致性。他的结论得出，只有同时具备了以下几个条件，才能称之为连续的公路线形设计：（1）小客车在一条路线上的平均速度变化要低于或等于16km/h；（2）大货车在一条路线上的平均速度减去小客车的平均速度，绝对值要低于或等于16km/h。3万方数据 第1章绪论1.2.2国内研究现状在我国，公路运输行业的起步，相对与其他一些发达国家而言，要落后几年。但是，我国道路的交通安全，也是不断的提高。同时，在国外，公路路线设计中，运行速度得到了推广，所以，我国的一些学者也加入到了对运行速度的研究中去，并且取得了成果。道路线形依据可能速度的设计方法是由长安大学杨少伟教授提出的，在该设计方法中，被当成是线形设计评价指标的是可能速度，并且，在不同等级的公路中，建立了分析公路线形的评价标准，该标准采取可能速度。这个标准中，首先初步确定路线的各项平纵面指标，然后建立可能速度预测模型，建立的依据是汽车的动力性能、道路平纵面的允许速度，这个模型的基本依据是可能速度。假定在一条公路中，各方向的加速度是连续的，并由此建立加速度的指标模型，得出加速度的计算式[7]。汽车本身的动力因素是决定轴向行驶速度的决定性因素，但是，横向和竖向允许速度也对其有限制作用，可能速度的预测值取的是三者之间最小的值。整体看来，当下国内外的所有根据道路线形、交通事故、运行速率间的相互作用的交通安全评价模型，重点考量的是小客车的行车速率和路线平纵线形的相互联系，通常条件下选用实测的许多实际行车速率，进行对应的分析，确定多元素相应联系的研究方法。在第一个探究原理中需要采用很多的取样数据量，同时经常难以取得希望中的结果，而且情况是，我国科研基金投入等多方面条件一定程度上并不充足，所以选取第二个探求方向更具有警戒作用。1.3主要研究内容本文提出的设计方法，依据是运行速度，目的是找到更为科学的线形设计方法。在本文中，重点的研究对象是双车道公路，主要内容是：（1）研究运行速度和对应概念，研究干涉运行速度的原因；（2）提出双车道公路运行速度展望方式，同时按照实际数据做相应检测；（3）基于运行速度的双车道公路线形评价方法研究；（4）基于运行速度的双车道公路安全性评价方法研究。4万方数据 长安大学硕士学位论文第2章运行速度的基本理论及进行评价的必要性和可行性2.1相关概念2.1.1运行速度的概念在道路的几何设计中，一个重要的控制要素是：车速，也是对道路安全性产生直接影响的因素，并且是圆曲线半径、长度等公路线形要素最根本的影响因子，同时与其他的一些指标也有关系，比如路肩的宽度、行车道的个数等。一般我们把车辆在公路上的实际行驶速度称为行车速度。路段上的汽车在行车过程中的车速并不相同，当同一驾驶员在驾驶不一样的汽车行进时车速就会不一样，驾驶员在驾驶汽车时，任何一个影响因素，比如驾驶员心理条件、天气状况等发生变化时，都会导致不同的车速，此外，运行速度在不同的车辆类型上也是不一样的。据研究发现，司机在驾驶汽车时，其自由车速，在一段相同的路段上，其分布的变化系数是0.14。如果控制百分比上限，当频率得到累加的时候，车速也是平稳增高的，最后能够到达的百分数是85%。从这个数字点往后，上升的趋势仍然会比较快的提高。通过这个观测的数据可以看出，剩余15%的车辆的速度是非常高的。所以，使得大多数的司机，在驾驶汽车时能够感觉舒适，是设计公路的线形的主要目的。这一目的并不适合让所有的驾驶员都感到舒适。因为公路设计时，如果考虑让100%的驾驶员在驾驶汽车时都感觉舒适，则工程规模以及需要的投资均会大量增加，有时难是以实现的[8]。因此，挑选出一个具有代表意义运行速度值是非常必要的。所以，在此基础上我们给出了运行速度（V85）的定义，当外部的各项条件，如气候、路况等，都比较理想的时候，在公路的某一个路段上，车辆第85%位的行驶速度。根据该定义，设计公路时，一些设计重点，如平纵指标、视距、超高等，也就相应的被确定，并且可以与设计速度结合的比较恰当，设计的成果也比较均衡。2.1.2设计速度、可能速度的概念及与运行速度的关系1、设计速度《公路与街道几何设计方针》是由美国各州公路与运输工作者协会（AASHTO）撰写的，1994年，该设计方针的定义：如果影响道路的使用性能的各个因素，都处于比较良好的条件下，对于平纵面、视距等公路的一些设计要素来说，其控制作用都可以得到5万方数据 第2章运行速度的基本理论及进行评价的必要性和可行性有效的发挥，在公路的某一个路段上，车辆安全行驶的时候，可以保持的一个最大的行驶速度。设计的车速只要被选择好了，其他一些与公路相关的因素一定需要和它相搭配从而获取合理设计。下表列出了各级公路的设计速度。表2-1各级公路的设计速度公路等级高速公路一级公路二级公路三级公路四级公路设计速度（km//h）120/100/80100/80/6080/6040/3020同一设计标准的最小路段长度大于等于15km一般是高速公路设计要求的，尽量大于10km是一二级公路要求的，过渡路段在不同的设计速度的路段之间的设置是必要的。按照现行《公路工程技术标准》（JTGB01-2014），公路设计时的一些最低的指标，例如几何线形、视距、纵坡等非常重要的因素，都是由设计速度来控制的，设计速度在一条公路的设计中，如果得到了确定，那么其他一些与设计速度有关系的指标也就随之确定了。在公路设计的时候，只要设计速度确定了，设计人员就可以确定其他一些指标的最小值。所以，在具体的设计过程中，只要选取的指标，不低于这个最小值，那么对于这条公路来说，它的设计就是满足规范要求的。例如有一条二级公路，它的设计速度是80Km/h，μmax（最大横向力系数）取0.12，ih（max）（最大超高）取0.08，那么就可以得出Rmin（圆曲线最小半径）的计算公式：V2802Rmin===251.97m（2.1）127（μmax+ihmax）127×（0.12+0.08）根据《公路工程技术标准》（JTGB01-2014），圆曲线半径的取值见下表。表2-2圆曲线最小半径值设计速度（km/h）1201008060403020一般值（m）10007004002001006530极限值（m）650400250125603015不设超高最路拱≤2%5500400025001500600350150小半径（m）路拱＞2%7500525033501900800450200从上面2.1的计算公式计算得出，圆曲线的最小半径的取值为251.97m，从上表2.2查出，二级公路当设计速度为80km/h时，圆曲线极限最小半径为250m。2、可能速度在气候条件、交通流等情况均比较适合，对于车辆的行驶来说，只有唯一的一个影响因素，也就是公路的线形，如果对于驾驶员来说，其驾驶水平比较好，在一条道路上行驶时，可以取得的速度，我们称之为可能速度。在这个定义中，驾驶员技术熟练是指可以尽量持续所能够达到的高的速度行驶，但是并不会产生交通事故。6万方数据 长安大学硕士学位论文3、运行速度与设计速度以及可能速度的关系设计速度的取值，我们是能够确定的，而对于运行速度和可能速度来说，这两个指标的取值，是在设计速度上下浮动的。设计人员在选择公路线形的技术指标时，应该考虑的重点要素是运行速度和设计速度，这两个指标均可以用来核查道路的路线设计是否合理。对于运行速度和可能速度来说，这两者的测试方式是完全不同的，在车辆实际行驶的现场，运行速度可以通过实测得到数据，然后，在室内进行数理统计来得到具体的值[9]。而可能速度的定义则是一个最大速度，是汽车行驶时能够达到的一个最大值，现场实测的难度比较大，所以，可能速度的预测方式一般是建立理论模型来预测，但是，研究人员不同时，会建立不同的理论预测模型，这样的情况下，就会有不一样的标准产生，进而造成可能速度和运行速度之间较大的差异。2.2基于运行速度的路线设计方法2.2.1运行速度设计法的设计思路及步骤如果影响道路使用性能的各个因素，都处于比较良好的条件下，对于平纵面、视距等公路的一些设计要素来说，其控制作用都可以得到有效的发挥，在公路的某一个路段上，车辆安全行驶的时候，可以保持一个最大的行驶速度。在进行道路的设计过程中，最重要的参数，就是设计速度，设计速度经道路设计人员确定之后，与之相关的其他指标，例如平纵面、视距等的取值，也就得到了确定。我国在大约上个世纪五十年代的时候，从国外引入了设计速度，目前，绝大多数的设计人员都掌握了设计速度的设计方法。当时，经过数十年的实践应用，我们发现，对于采用设计速度的道路设计方法，一些缺陷是实际存在的。因为，对于某一条确定的道路来说，设计速度的值是不会发生变化的，并且，我们据此确定了道路设计的其余指标，如曲线半径、视距、超高等的最小取值。但是，当车辆在道路上行驶的过程中，几乎没有车辆可以在全程均在固定的设计速度的状态下行驶。在现实中，车辆在道路上行驶时，其速度是在不断的变化的。并且，较高的车速，是司机更想去追求的。通过大量的实际观测数据可以发现，对于运行速度和设计速度来说，两者之间，在很多时候是不匹配的，这种不匹配可能会引起交通事故。为了解决这一问题，运行速度的设计方法，在一些发达国家，被设计人员提出，来进行道路的设计。我们给出了运行速度（V85）的定义，当外部的各项条件，如气候、路况等，都比7万方数据 第2章运行速度的基本理论及进行评价的必要性和可行性较理想的时候，在公路的某一个路段上，车辆第85%位的行驶速度。在道路的设计过程中，如果采用运行速度的设计方法，那么线形设计的最低要求，就要调整为运行速度。具体的设计过程中，路线平纵面初步确定后，首先要做的就是推算道路各个路段的运行速度，方法则是采用建立的预测模型来推导，接下来，就要预测模型的测算结果对平纵面的设计成果进行检测和修正，最后，再确定其余的各项设计指标，如超高、竖曲线等。此设计方法与设计速度法相比较而言有下面几个突出的特点[10]：①该方法中设计速度不再是一个固定不变的数值，同时使得公路线形设计不再盲目进行，提高了具体性；②通过平纵面线形指标对运行速度进行预测，并根据此得出线形设计要素，协调性较好；③该方法考虑比较全面，对道路本身条件、驾驶员、汽车、路侧自然景观和环境等因素都进行了整体考虑；④该方法设计的公路线形能够保持连续性，车辆在行驶过程中不会出现速度突变点。参照车辆的运行速度进行路线设计的公路线形设计法的设计步骤如下：①线形初步设计全面考虑各个设计要素，首先根据公路等级以及当地的地形环境等，参照相关技术规范进行初步设计，进而得出符合设计原则的路线平、纵、横技术指标。②运行速度的预测依照初步确定线形方案得出的路线平、纵、横技术指标，采用运行速度预测方法对路线双向运行速度进行预测，同时绘制运行速度分布图。③线形设计修改参照第二步得出的预测结果，对有问题的路段进行修改，得到新的线形指标，从而使得整个路线连续，与此同时还要做到经济合理。④新计算运行速度修改线形之后，得出新的路线平纵横指标，这个时候，需要重新对道路各路段的运行速度进行预测。⑤线形设计检查查看《公路工程技术标准》(JTGB01-2014)、《公路路线设计规范》(JTGD20-2006)[11]，8万方数据 长安大学硕士学位论文检查之后重新确定的路线的平纵面等指标，并确定该指标。将该设计方法，与传统的设计方法比较，可以发现，使用运行速度的设计方法，由于存在检查调整的过程，因此所确定的路线方案协调性更好。虽然，采用运行速度的设计方法，使得设计的工作量有所增加，当时，对于驾驶员行驶的舒适性，以及减少交通事故的发生是很有助益的。2.2.2运行速度设计法控制指标1、公路线形设计要求公路设计的优良对驾驶员的安全行驶起到很重要的作用。当公路路线设计良好时，其线形连续协调，它能够自然地引导驾驶员安全行驶，使其在行驶的过程中感觉自然而然、比较舒适，不会因为线性突变增加无谓的紧张感、或是增加驾驶员的无谓操作。在公路设计时最主要的是要做到线性连续。连续性设计是指公路线性条件能够很好的与驾驶员的心理以及生理需求相吻合，同时还能够使驾驶员安全舒适的行驶。良好的公路线形设计，道路前方的走向，可以清晰的反映给驾驶员，使得其有足够的时间做出相应的驾驶调整，进而做到行驶不间断。缓和曲线的使用使得驾驶员可以轻易地发觉路线的变化，从而根据具体情况作出相应的调整，进而安全舒适的行驶，避免不必要交通事故的发生。公路线形的不连续主要表现在以下几个方面[12]：（1）连续公路上线形指标大幅度的降低或加大路线的线形指标，在连续的道路上，对行驶速度，是有很大的影响的，所以线形指标大幅度的增加或减少都会影响到车辆的行驶速度，从而使得相邻路段运行速度相差太大，影响车辆的安全行驶。（2）相邻路段线形指标彼此相差较大这种情况一般出现在缓和曲线设计不当的地方。比如直线与圆曲线、圆曲线与圆曲线直接相接处等。线性设计的不连续进而使得车辆的行驶速度变化较大。（3）非常大的差异存在单个指标和平均指标之间如果单个指标与平均指标的差值较大，那么此处的路线设计不连续，存在线形突变，从而使得车辆的行驶速度在相邻路段存在较大的差值，会危及到车辆的行驶安全。2、线形设计控制指标对于公路设计来说，准确的评价线形指标具有非常重要的意义。在国外，很多研究都是关于评价公路线形的，同时，研究成果也有很多，目前，我国的科研人员，在评价9万方数据 第2章运行速度的基本理论及进行评价的必要性和可行性道路线形方面也针对我国的国情，对运行速度、公路的线形指标、交通事故等方面，做了非常多的研究工作，并且，相应的评价体系也被提出，其中，运行速度差的评价方法，是使用最多的，其基本方法有两种。我国现行的《公路项目安全性评价规范》（JTGB05-2015），正是使用这两个指标，来评价线形的均衡性、协调性。第一种速度的差值，在道路相邻的两个线形单元上，车辆的运行速度是不一样的，利用这个差值，运行速度的变化情况就可以得到反映。为了保证车辆的行驶过程中，驾驶员能够感觉舒适，这个差值要尽量的小，也就是说，运行速度的变化要缓慢，这样的状态下，运行速度就是连续的。反应在道路上，也就是说路线的平纵面指标以及组合是合适的。如果，运行速度在道路相邻的两个线形单元上的值，相差较大，这就意味着，车辆在该段道路上行驶的过程中，行车速度会发生突然的变化，容易造成交通事故，也就说明了该段道路的线形设计存在问题。第二种速度的差值，是将设计速度和运行速度相比较，能够反应出相较于设计速度来说，运行速度的变化情况。车辆在道路上行驶的时候，如果要保证平稳性，就要求运行速度不得大于设计速度太多，或者小于设计速度太多。大于太多，就意味着，车辆超速的情况比较严重，这种情况下，如果一些半径较小的圆曲线可以满足设计速度的要求，但是，车辆在行驶至这种线形路段时，运行速度会突然降低，这也就可能造成由于车辆刹车不及时引起的交通事故[13]。3、设计控制指标的选择在道路的设计过程中，设计人员计算出路线线形各单元的运行速度，并分析相邻两段运行速度的差值，就可以利用这个差值来保证，能够设计出一条线形连续的公路。这种对比，在国外已经有了比较成熟的技术，我们可以借鉴。当V85-VD＞20km/h的时候，公路线形的均衡性可以得到保证，这样的控制指标，在我国实现的难度较大。我国幅员辽阔，地形地貌十分复杂，很多时候，一条道路经过的区域较多，项目区域内存在多种不同的地形地貌，根据不同的地形条件，不同路段所选择的技术指标也不尽相同，车辆在这样的道路上行驶的时候，行驶速度变化的范围就会很大。根据我国的标准，一条公路在不同的区域有着不同的交通量，可以据此划分出不同的公路等级，同时，地形条件差异较大的时候，同样等级的公路，其设计速度也是可以有差异的，但是，如果设计速度有变化的情况下，相同设计速度的路段不宜太短。我国现行标准规定，这个长度，在高速公路上，最小是15km，在一/二级公路上，最小是10km。但是在这个长度范围内，道路线形的指标也有可能产生较大的差异。例如位于平原地区的双车道公路，平纵线形10万方数据 长安大学硕士学位论文受地形限制较小，运行速度会较高，多数会超过设计速度在20km/h以上。但是位于山区双车道公路某些路段平纵线形受地形限制较大，导致运行速度会低于设计速度较多，所以，保证V85-VD＜20km/h，在我国目前的情况下，是很困难的。在道路的设计过程中，地形条件较好的情况下，对于道路的平纵面指标，设计人员一般会选择比较高的值，这样车辆的行驶速度就很容易超出设计速度。根据我国现行规范，这种较高的指标，是可以满足规范要求的，但是，一条公路很难保证线形设计全部采用较高的指标，所以，在都能满足规范的前提下，较高的指标与较低的指标直接的衔接，是一个非常重要的问题。如果衔接不好的话，该段道路的线形设计就是不连续的，交通事故就有可能在这里发生[14]。2.2.3运行速度设计法控制标准1、设计控制标准的制定依据线形设计的质量与控制标准息息相关，并且影响着道路建设完成之后的运营。所以，控制标准在制定的过程中，要考虑周全：①线形的连续性要得到保证运行速度，在同一路段上，相邻的两个线形单元上的差值，不应过大。②建设成本的合理性要满足为满足条件①的要求，势必会修改道路的线形指标，并且会在很大程度上提高道路的线形指标，所以，在提高行车舒适性的同时，也往往意味着建设规模的增加[15]。③分车型控制在进行运行速度的分析过程中，小客车和大货车，由于车速相差较大，所以，应该区别对待，分别进行运行速度的分析。2、设计控制标准（1）相邻的路段之间车速差控制标准根据现有的研究成果，在同一条道路上，相邻的线形单元上，运行速度的差值控制指标见下表。表2-3国内外速差控制标准国家中国美国德国瑞士澳大利亚ΔV85（km/h）202020（10）1010注：瑞士的设计方法要求是，一般情况下相邻的路段之间车速差不应超过20km/h，但对于设计速度小于70km/h，车速变化应小于10km/h。可以看出，对于这一差值，控制较为严格的国家是澳大利亚、瑞士和德国。车辆在11万方数据 第2章运行速度的基本理论及进行评价的必要性和可行性道路上行驶的过程中，为保证舒适和安全，这一差值的严格控制是非常重要的，但是，这样势必会提高道路的设计指标，同时，增加工程规模。对于我国来说，这一差值的要求相对宽松一些，只要运行速度，在相邻的两个线形单元上的差值，小于20km/h，那么该段道路线形的设计就认为是连续的。在我国，二/三/四级公路，均为双车道公路，设计速度最低为20km/h，最高为80km/h，由于地形等因素差别非常大，对于同一等级的道路来说，相邻两个曲线单元上运行速度的差值，有着比较大的变化范围[16]。在本文的编写过程中，以甘肃省的二级公路为样本，调差实测了大量路段，取得了大量观测数据，分析整理之后得出了表2.4速差检验，该表表示评价路段相邻路段的运行速度之差ΔV85在一定取值内的个数。表2-4速差检验表线形单元间数（个）设计速度10≤ΔV85＜12≤ΔV85＜15≤ΔV85＜18≤ΔV85＜（km/h）ΔV85＜10ΔV85≥2012151820303847300401691720931608311149638016212171298合计4524458331812从表2.4中可以看出，随着设计速度的提高，相邻路段运行速度ΔV85小于10km/h的路段数量在降低，而ΔV85大于等于15km/h的路段数量在增加。在平原地区，设计速度的取值较高，并且由于地形条件不起控制作用，导致线形指标和运行速度都很高，所以，20km/h的运行速度差值是很难保证的。在山区，设计速度取值较低，受地形条件的影响，设计速度和运行速度都比较低，因此，20km/h的运行速度差值基本都可以满足，所以，这一差值就不能准确的反应出道路设计的连续性。（2）已有研究在国内，道路方面的学者做了大量研究，对于设计速度为40km/h的双车道公路得到以下结论[17]：①ΔV85≤10km/h：车辆速度安全性和舒适性高，线形连续性比好，事故发生率低；②10km/h<ΔV85<15km/h：车辆在该道路上行驶的过程中，驾驶员的舒适感较差，线形协调性不佳，容易引发交通事故；③ΔV85≥15km/h：车辆在该道路上行驶的过程中，舒适感很差，很容易发生交通12万方数据 长安大学硕士学位论文事故。（3）笔者研究通过资料搜集，整理并分析了甘肃省境内，多条低等级双车道公路的汽车事故案例，总结出各道路事故发生率和道路速度限制情况的对比如表2.5.根据调查结果，低等级双车道公路安全事故发生率，不仅与行车速度限制情况有关，与线性单元间速度变化差的变化情况也有关，具体如下：①随着两个不同线性单元间速度变化差的加大，安全事故发生率也不断加大。②事故发生次数与发生事故路段的行车速度限制情况有关，在国内低等级道路，事故多发地段的速度限制变化也较为复杂，受道路线形变化影响，汽车在行驶中为避免发生意外，必须以限制车速行驶，才能保证行车安全。当低等级道路设计车速为80km/h时，当汽车行驶在60km/h限制速度的路段时极易发生交通安全事故；当低等级道路设计车速为40km/h，当汽车行驶在25km/h限制速度的路段时极易发生交通安全事故[18]。表2-5速查与事故对照表设计速度事故数（次）（km/h）ΔV85＜1010≤ΔV85＜12≤ΔV85＜15≤ΔV85＜18≤ΔV85＜ΔV85≥20121518203001940040012139160101289800001316合计1212202026通过以上论述，道路设计关键因素之一的速差，不能用来单一的判断道路线形，道路交通事故的发生不单单与速差相关，还与设计速度关系很大。因此，在国内低等级双车道公路设计中，在选择设计速度时不能单纯的只选择一个固定速度，要结合实际，根据不同路段的实际运营情况，制定设计标准，在满足双车道公路工程经济性的同时，兼顾道路安全等重大影响因素，选择合理的设计参数，进行线路设计比选[19]-[20]。参考瑞士设计速度和速差划分，本文提出低等级道路双车道公路线形控制，设计速度选择标准如表2.6。表2-6双车道公路线形连续性控制标准公路等级双车道公路设计速度（km/h）806040控制指标（km/h）20201513万方数据 第2章运行速度的基本理论及进行评价的必要性和可行性2.3基于运行速度评价线形和安全性的必要性2.3.1国内相关行业规范要求《公路工程技术标准》(JTGB01-2014)3.5.2条对安全性评价做出了明确的规定：二级及以上的干线公路应进行交通运行安全性评价，其他公路在有条件时也可进行交通安全性评价，优化线形，完善安全设施，公路设计应采用运行速度对设计进行检验，相邻路段运行速度差小于20km/h，同一路段运行速度差宜小于20km/h。《公路路线设计规范》(JTGD20-2006)1.0.9条规定：各级公路应注重线形设计，使之在视觉上能诱导视线，在心理上感到舒适和安全，并保持线形的连续性，且同沿线环境相协调，速度不同的设计路段衔接处，或因条件制约线形设计受限制的地段，宜采用运行速度进行检验，以改善平纵技术指标或采用必要的交通安全技术、管理措施[21]。2.3.2设计速度方法的局限性我国的道路工作者们从上个世纪中期开始，就从国外引进了一个概念：用设计速度来计算行驶速度。并将这一理念当做是公路设计中最根本的标准，并且在此基础上，制定了公路设计的其他各项指标。如表2.1所示：2.1运行速度、设计速度与可能速度的关系图从设计速度为20km/h~120km/h，公路设计的各项指标，如视距、超高、平纵曲线等，与公路所选择的设计速度之间，是需要相互符合的，这样才能做出合理的设计方案。在这种方法下，设计的公路，可以达到一般的驾驶员，在该路段上指标的最小的条件下，能够得到的最大的安全行驶速度，基础是路面条件比较适宜，天气状况较为良好。其实，一般来说，在公路中，大部分的路段都是不受限制的，这些路段，从指标上说，比受限制路段要高很多。所以，在实际的行驶过程中，绝大多数的驾驶员都不会按照设计速度这一固定的速度去行驶。考虑到设计的节制，在不受限制的路段，路线的各项设计指标14万方数据 长安大学硕士学位论文并没有一个具体的依据。在我国的技术标准中，最低标准确定的依据是公路的等级和功能，并且在各个控制因素较理想的情况下，技术指标取高值是提倡的。从理论分析是可行的，但是在具体的设计中很难控制。比如，平曲线半径等各项指标，与设计速度的关系非常密切，受限路段与非受限路段的取值差别会很大，这就造成了一个不合理的后果：各项指标之间的搭配不合理、连续性不好。因此，道路的均衡性和连续性就很难得到保证，所以，车辆在这种路段上的行车速度也是不断变化的，行车速度过快的情况也很有可能发生，极大的加剧了超速的可能性。所以，道路设计方法，采用设计速度做为根据的依据，是有劣势的。在我国目前所使用的设计方法中，有这么几点不足的地方：（1）对于路线的各个设计要素来说，车辆在实际的行驶过程中，其行车速度与这些要素的匹配度并不高；（2）道路设计的过程中，线形设计的各个要素，例如平纵面指标、视距等之间的协调性也不是很好；（3）行车速度标准也有不一致的地方。所以，本文认为基于运行速度来评价双车道公路的线形和安全性是非常有必要的。2.4运行速度评价双车道公路线形和安全性可行性2.4.1运行速度的实际测量方法对于运行速度的基础工作来说，最主要的就是大量实测数据的获得和分析。大量的实测数据就是运行速度预测的最主要依据，GPS定位系统和雷达测速枪在运行速度的获取中应用的比较多，其主要性能如下：（1）GPS定位系统不受天气条件的影响、具有较高的精度、方便携带，GPS定位系统对车辆的速度和位置可以非常精确的反应。GPS系统工作主要依赖的是太空中的卫星。DGPS（差分全球定位系统）的出现，是为了促进GPS在普通大众中的应用，它的主要原理是修正GPS误差，采用的依据是利用相邻近的固定参考坐标点。GPS和GLONASS是世界上目前使用较多的卫星定位系统，欧洲各国正在进行“伽利略”计划的研究。我国目前正在自主研发北斗导航系统。以下的三点是GPS系统的优点：①GPS的精度是非常高的，可以达到2~3cm，并且距离和速度与这个精度无关；②GPS设备体积较小，比较方便携带；③使用GPS设15万方数据 第2章运行速度的基本理论及进行评价的必要性和可行性备在采取车辆的行驶速度时，不影响司机的正常驾驶。（2）雷达测速枪本文运用雷达测速枪搜罗双车道公路上现实行驶车辆的速度数据。该仪器的几个优点：随身携带比较方便、白天和晚上都可以工作、在经费、人力物力不是很充分的情况下可以较好的完成调查要求。总的看来，现场测取车辆的行驶速度时，各种仪器的精度，对于测量的要求来说，都是可以满足的，并且，测试的手段也比较简便，可信的数据是可以得到的。所以本文所提倡的公路线形评价方法是可以实施的。2.4.2不改变现有的路线设计方法道路线形设计时，采用运行速度的设计方法，只是在当前道路设计的基础上，增加了运行速度的预测和对于线形的检查，以确定连续性、一致性是不是良好，对于现有的公路设计方法，并没有改变其步骤。所以，在道路的设计过程中，以运行速度为依据，是可以实现的。2.4.3与采用可能速度方法的目的一致可能速度的设计方法，与运行速度相比较的话基本是一样的。这两种方式，都可以用来评价公路的线形，以检验道路几何线形设计的优劣，提供可以选择的道路设计各项指标的取值，以保证道路行车的安全。采用运行速度检验过道路的指标之后，可以使得道路的平纵面等各项指标更加的均衡，匹配性更好，避免车辆在道路上行驶产生过高的速差，同时，也可避免当线形指标突变的时候，前后速度相差较大，而造成交通事故。但从两种速度的本质上来说，这两种方法是不一样的。运行速度，在确定的时候我们实测了大量的数据，通过计算才确定的，具有比较高的可靠度和采纳度；可能速度，在确定其取值时，它的确定主要是理论模型的预测，理论程度仍需要进一步提高。2.4.4适用于新建和改建双车道公路（1）新建公路前面已经有了论述，是对于新建公路的，就是将运用运行速度，来检测线形一致性和连续性的指标，在道路设计的两阶段初步设计，还有一阶段施工图设计的过程中，从而保证公路线形设计连续、指标均衡。（2）对于改建和扩建公路16万方数据 长安大学硕士学位论文对于改扩建公路来说，在设计的过程中，采用运行速度的设计方法，则有着更高的适用性，原因是确定运行速度的取值时，可以再既有的道路上进行实际测量。可以根据实测数据，创建模型以达到对实验路段的各项指标进行检验的目的，应对当前路段可能会发生的问题。2.4.5可做为线形指标和沿线设施设计的依据（1）圆曲线半径运行速度和设计速度的值有时会相差较大，如果道路的某一具体路段路拱横坡不发生变化，那么在平曲线的指标选择时，所采用的依据就应该是运行速度。如果该路段通过运行速度的计算得出的圆曲线半径，与通过设计速度选择的圆曲线半径相比，差别较大的时候，处理方法就是增大圆曲线半径。圆曲线半径选择下式进行计算：V285R=（2.2）127（μ+i）式中：R—路段运行速度要求的平曲线半径（m）；V85—运行速度计算值（km/h）；μ—横向力系数；i—路拱横坡度（%）。在运算上面的公式时，我们给出一个确定的横坡坡度值，根据运行速度的值，可以确定一个圆曲线半径的最小值，所以在具体的设计过程中，所选取的圆曲线的半径不得小于这个值，并且圆曲线的半径确定后，车辆以运行速度行驶3s的距离，须小于或者等于圆曲线的长度；如果圆曲线的半径根据设计速度确定后，我们不进行调整，那么相应的超高值就需要调整[22]。（2）视距视距分为四类，分别是停车视距、错车视距、超车视距以及会车视距。针对双车道公路，需重点验算行车视距。如果在道路设计时，基本的依据是设计速度，那么当车辆的行驶速度超过设计速度时，设计时采用的视距就不能满足要求，交通事故也就容易发生。①小客车停车视距小客车的停车视距一般用下式计算：17万方数据 第2章运行速度的基本理论及进行评价的必要性和可行性V2V（85）85t3.6Sc=+（2.3）3.62gf式中：Sc—小客车停车视距（m）；V85—运行速度计算值（km/h）；t—空驶时间，即反应时间，可取2.5s（判断时间1.5s，运行时间1.0s）；g—重力加速度，取9.8m/s2；f—纵向摩阻系数，依运行速度和路面状况而定。表2-7高速公路、一级公路停车视距设计速度（km/h）1201008060停车视距（m）21016011075表2-8小客车停车视距表运行速度（km/h）反应时间（s）摩阻系数制动停车距离（m）视距（m）1202.50.292792801102.50.292412451002.50.3201205902.50.3169170802.50.31137140702.50.32109110602.50.338590②货车停车视距货车停车视距采用下式计算：V2V（85）85t3.6St=+（2.4）3.62g（f+i）式中：St—货车停车视距（m）；V85—货车运行速度计算值（km/h）；t—空驶时间，即反应时间，根据运行速度的不同取值，见表2-5；g—重力加速度，取9.8m/s2。i—路线纵坡（2%上坡为i＝0.02，4.5%下坡为i＝－0.045），纵坡修正值见表2.6；f—纵向摩阻系数，取0.17。表2-9货车平坡视距计算表运行速度（km/h）反应时间（s）摩阻系数货车停车视距（m）1102.50.173561002.50.17301902.50.17251802.40.17202702.30.17158602.20.1712018万方数据 长安大学硕士学位论文表2-10下坡货车视距修正值表运行速度上坡下坡（km/h）+2%+4%+6%-2%-4%-6%110-29-53-735686153100-24-44-60467112690-20-36-49385810280-16-28-3930468170-12-22-3023356260-9-16-22172645（3）超高道路路线设计时，选取的圆曲线的超高值，是以设计速度为依据的，但是由于超速现象的存在，使得车辆在平曲线路段上行驶的过程中，会产生大量的侧滑或倾覆的交通事故。如果在设置超高时，采用运行速度为依据，超高值的设置会更加的符合道路使用的实际情况，更能满足行车的需求，可大幅度的减少相关路段的事故率。当设计人员不修改圆曲线的半径时，可以选取相关路段运行速度的计算值来计算得出超高横坡度：V285i=−f（2.5）127R式中：i—超高横坡度（%）；V85—运行速度计算值（km/h）；R—平曲线半径（m）；f—轮胎与路面之间的横向摩阻系数。（4）横断面宽度的确定横断面，组成部分包括：行车道、路肩、中间带等。而车辆的行驶速度，决定了构成公路横断面各组成部分的宽度。安全净距与行驶速度呈线性关系，当行驶速度较低时，安全净距同样较小。所以，如果车辆发生超速的现象，就会出现安全净距不满足要求的问题，有可能造成交通事故。而以运行速度为依据的设计方法，则可以精确的确定出安全净距需要的宽度，进而确定横断面的宽度。（5）爬坡车道的确定爬坡车道的长度和位置是在设计爬坡车道的时候需要重点考虑的。当道路的纵坡比较大的时候，大货车在上坡路段上行驶时，其承受的坡度阻力较大，这会降低大货车的行车速度，使得大货车和小客车的行驶速度差较大，增大小客车的超车频率，造成安全隐患。同时，在车辆混合行驶时，行驶速度差异较大，会使车辆在道19万方数据 第2章运行速度的基本理论及进行评价的必要性和可行性路上行驶的流畅度降低，通行能力变小。为了解决这一问题，就需要设置爬坡车道。我国《公路路线设计规范》(JTGD20-2006)规定，对于高速公路、一/二级公路来说，如果道路的纵坡较大，已经到了能够严重影响载重汽车在上坡路段上的行驶，可能造成安全隐患，就必须要验算载重汽车在上坡路段的运行速度，计算其降低值，如果验算结果，满足下面所陈列的几种条件之一，那么就应该在道路上坡路段，行车道的右侧设置设置爬坡车道：①如果载重汽车在上坡路段上行驶时，车辆的运行速度比下表中的数值低，宜设置爬坡车道。表2-11上坡方向容许最低速度设计速度（km/h）120100806040容许最低速度（km/h）6055504025②上坡路段的设计通行能力小于设计小时交通量时，宜设置爬坡车道。目前，当车辆在道路上行驶时，如果我们要确定车辆的实时行驶速度，仅仅使用设计速度的方法，是很难实现的。但是，如果采用运行速度为依据来计算，就可以确在道路上的任意路段，道路指标所允许的最低速度，爬坡车道的设置可以根据这个理念，再结合地形条件，确定其位置。（6）限速标志的设置在道路上设置限速标志，对于降低车辆的行驶速度，保证安全性来说，是非常重要的。但是，对于我国的限速标志来说，其设置并不是十分的严格，这就造成了道路运行过程中的执法困难。在我国，限速标志普遍设置在高速公路和一级公路中，但是，大多数的情况是，一条公路只有一个限速的标准，这种情况下，限速值就是设计速度。一部分的双车道公路，则根据不同的车型，划分了不同的限速值。而在一些低等级的道路中，几乎不设置限速标志，这就造成了超速现象的泛滥，增加了交通事故的发生概率。在美国，各个等级的道路上均要求设置限速标志，并且不同等级的公路，同一条公路的不同路段，限速值也是不同的，而设置的依据就是运行速度。2.5本章小结本章详细阐释了运行速度，在定义的基础上，探讨道路设计最基本要素可能速度、运行速度、设计速度间的相关关系，提出国内一般设计方法，在应用于国内低等级道路设计时的局限和不足。证实国内基于运行速度，进行设计方案比选，评价道路线形的可行程度，并提出适合我国国情的运行速度设计比选方案，得出的主要结论如下：20万方数据 长安大学硕士学位论文1、设计速度的值，是固定的，而运行速度和可能速度的取值，则是在设计速度取值上下波动的。设计人员在选择公路线形的技术指标时，应该考虑的重点要素是运行速度和设计速度，这两个指标均可以用来，核查道路的路线设计是否合理。2、运行速度可以通过多种方式来采集车辆行驶时的实时数据，然后在通过计算得出具体的值，并且，基于运行速度的道路设计方法，不会改变现有的道路设计程序，从设计上来说是可行的。21万方数据 第3章运行速度预测模型及方法第3章运行速度预测模型及方法3.1运行速度的影响因素分析3.1.1道路交通系统组成要素分析道路交通系统是一个由人、车、路和道路交通环境构成的动态系统。在该系统中，驾驶员从道路环境中获取信息，这种信息综合到驾驶员的大脑中，经判断形成一系列动作指令，指令通过驾驶操作行为，使汽车在道路上产生相应的运动，运动后汽车的运行状态和道路环境的变化又作为新的信息反馈给驾驶员，如此循环往复，完成整个行驶过程[23]。交通事故是道路交通不可避免的，不发生任何交通事故的可能性是不存在的。道路交通事故是人（驾驶员、行人）、车（机动车、非机动车）、路、环境共同作用的结果。人、车、路这三个道路交通基本要素必须相互协调，才能达到整个系统安全、快速、经济、舒适的要求。在三要素中，驾驶员是环境的理解者及指令的发出和操作者，在信息的搜集、处理、判断的某一个环节上发生差错，就可能引起交通事故，因此他是系统的核心，路和车的因素必须通过人才能起作用，其可靠性对交通安全有决定性影响。但驾驶员作为能动性很强的人存在，个体差异大，不易客观定量的描述驾驶员的驾驶行为。进一步的分析表明，道路因素是引发事故的更深层次的原因，会直接或间接的诱发交通事故，它与驾驶员因素相互作用而引发事故的比重达到30%[24]。因此，作为交通运输的基础设施和车辆行驶的基本条件，道路对交通安全的影响不容忽视。道路是一条复杂的三维带状物，它的各个组成部分都有可能对运行速度产生影响。由于道路条件中线形是影响运行速度的主要因素，本文主要考虑线形要素与运行速度的关系。3.1.2平面线形要素与运行速度的关系（1）直线对运行速度的影响直线是道路平面线形三要素之一，在一条道路中大长距离的直线段在实际线形布设中有很大局限性，对地形地貌要求高，在山区丘陵地带不易布设。但直线道路也有很多优点，比如节省长度、节约造价、易于设计施工等等。同时，直线道路也是最易引发交通事故的路段。经调查研究发现，当驾驶员驾车行22万方数据 长安大学硕士学位论文驶在直线道路上时，因直线路段无需多余操作，很容易出现驾驶疲劳。这是由于人类自身视觉和心理双重作用的结果，德国学者经过多年试验发现，若长时间驾车在直线道路上行驶时，会因心理感觉单调，如不超车或变换道路，在时速90km/h下，持续驾驶约3分钟，就会因内心焦躁，产生疲劳，甚至会打瞌睡，由此引发的道路安全事故层出不穷[25]。同样的，由于直线道路路况良好，所以驾驶员可能会放松警惕，超速驾驶。在曲线末端由于车速过高，来不及躲避，就会引发重大安全事故。因此在道路设计时，即使地质地貌条件很好，也要保证直线路段距离不超过设计时速的20倍。当然，直线段道路长度过短，也会引发交通事故。在曲线道路密集地段，驾驶员在通过曲线路段时会不停变换档位、踩踏离合，这无疑增加了驾驶操作强度，使得驾驶员产生逆反心理、精神疲惫。而且曲线半径过小，减少了驾驶员反应时间，许多时候来不及减速和避让，就会引发安全事故。（2）平曲线对运行速度的影响在道路设计的正常状态下，对于道路正常运行车辆，影响其运行速度的主要因素是曲线半径和各平面线形要素之间的衔接过渡。正常情况下，圆曲线半径和车辆行驶速度存在一定的正比关系，随着曲线半径的增大，车辆正常行驶速度就会增大[26]。小型车辆由于自重较轻，动力性能比较强劲，所以车速受曲线半径影响较大；但大型货车由于自重大，行驶速度一直很低，曲线半径对其行车速度的影响就很小。曲线道路连接线部分，也是影响道路行驶车速的主要因素之一，为方便设计和研究，一般将曲线道路从曲中点分开，分为入口端和出口端。曲线段道路和连接线处的接合点，对道路行车速度的影响主要分一下情形：1）入口接直线：行驶车辆从直线段进入平曲线时，若曲线半径小于等于600m，对于任何车辆，由直线段进入曲线段时都将不同程度的减速，以保证行车安全。曲线半径越小，车速降低的幅度就越大。2）入口接曲线：道路上正常行驶的车辆，从一个大半径曲线路段，直接行驶至另一个小半径曲线路段，任何车辆均需要减速；相反的，由小半径曲线进入大半径曲线，只要车速保持不变或者加速均可保证行驶安全。3）出口接直线：道路行驶车辆，在由曲线路段驶入直线段道路时，车速会有适当的增加，也可能比进入曲线路段时的车速高。4）出口接曲线：对正常行驶车辆来说，车速的把控主要看路段两端的曲线半径大小，若前方曲线半径大于驶离路段曲线半径，车速增加或匀速通过均可；若前方道路曲23万方数据 第3章运行速度预测模型及方法线半径小于驶离道路曲线半径，则车速应适当减小，防止发生危险事故。就车辆行驶总体来说，小汽车因自重小，车辆机动性强，因此在车速变化上要比大货车更加明显，这也是曲线路段小型车辆车速比大型车辆要更加快的重要原因[27]。3.1.3纵断面线形要素与运行速度的关系（1）坡度对运行速度的影响依据现行公路设计规范，纵坡坡度和坡长是影响道路设计纵断面的最主要因素，对于道路纵坡坡度来说，根据物理力学基本原理，车辆速度变化在上坡和下坡途中基本机理是不一样的。根据动力学基本定理，车辆行驶途中，如遇到坡道，车辆所受力主要为牵引力和各种阻力。影响车速的阻力有很多，由空气、坡度、路面、惯性等引起的阻力都应考虑在内[28]。上坡途中，车辆在进入正常行驶之前，可以看作是在做加速度一定的匀减速运动。力学方程如下：TRRR（3.1）wrI式中：T汽车的驱动力，N；R空气阻力，N；wR道路阻力，N；rR惯性阻力，N。I小型车辆正常行驶途中遇到坡道时，当坡度小于3%，由于质量小，惯性小，所以速度变化较小；但是当坡度加大时，小型车辆行驶在坡道上时速度将会明显降低，无论初始速度大小，行车速度均会减小，且随着坡度增大，速度降低越快。根据公式（3.1），车辆行驶到坡道后500米以内，车速就会大幅降低，速度降低约15～25千米每小时；下一个500米的距离里，速度继续降低约8～15千米每小时左右；再运行800米左右，车速就会保持在一个稳定状态，具体车速要视车辆类型、发动机牵引力等因素综合考虑。对于大型车辆，由于自身质量过大，速度则会大幅度减低，即使坡度很小，车速也会明显的降低。在长大坡道上载重行驶时，车辆运行速度较初始速度会降低6～44千米每小时，最终维持在20千米每小时左右。同样的，车辆行驶途中遇到下坡时，会因重力原因使得行驶速度加快。在一定的下坡长度内，坡度越大，车辆下坡时的加速度也就越大。但是坡度足够大时，车辆在下坡24万方数据 长安大学硕士学位论文过程中车速并不会无限制增大，最终会稳定在一个车速上。如小型车辆，下坡滑行时加速明显，当车速达到115km/h左右时，车速将稳定；大型载重车辆，在下坡滑行过程中车速也会明显增加，但是当车速达到60～80km/h时，车速也趋于稳定。（2）弯坡组合对运行速度的影响由于部分山区路段，无法满足纵坡平缓和直线道路，只能通过平曲线结合纵坡的形式穿越，也就是有曲线半径的坡道。车辆在这类道路行驶时，车速将受到曲线和纵坡双方面影响。车辆在驶入曲线半径小于600米的坡道时，车速均会下降，下降幅度不仅与曲线半径有关，还与坡道坡度有关[29]。下坡过程中遇到曲线时，曲线半径小于300米则会有明显的减速。这是由于驾驶人员意识到这类路段高速行车会危及行车安全。因而一般情况下，遇到此类路段，各类车辆均会减速以确保安全通过。在驶离曲线道路时，若前方遇到上坡，且坡道上曲线半径较大，则车辆不会有明显减速，弱坡道较小，则会适当加速行驶；若前方为小半径曲线，车辆行驶至曲线入口时会明显减速或保持车速。若车辆在行驶过程中，遇到下坡且前方为较大半径曲线，车辆会明显加速；若前方为小半径曲线，则会选择减速行驶或匀速通过。3.1.4横断面线形要素与运行速度的关系（1）路面宽度对运行速度的影响一般来说，在其他条件相同的情况下，在3.75m的车道上行驶的车辆的车速要明显高于在3.5m的车道上行驶的车辆的运行速度。有调查表明，双车道的路面宽度如大于6m，其事故率比5.5m的路面低很多。在较宽路面上，驾驶员的心理紧张程度没有窄路面那样紧张。尤其是在会车的时候，如路面宽度较窄，汽车的运行速度将减少很多，不利于车辆运行的经济性，而且安全隐患大。（2）路肩宽度和结构对运行速度的影响一般情况下，路肩较宽可以给驾驶员以较大的操作空间，不仅可以缓解驾驶员在曲线路段超车或错车时的心理紧张程度，增加驾驶员的安全感，而且还可以给故障车辆提供临时停靠的地点，不致阻塞交通有利于行车安全。紧急情况下路肩还可以作为事故车辆救援的应急通道。在路肩较宽的路面上行驶时，驾驶员能保持更高的速度。国内研究表明，对于3.25m的外侧车道，当路肩宽度小于1m时，对运行速度的影响最大。同时，当外侧路肩宽度大于1.5m时，对运行速度的影响不大。当车道宽度从3.25m增25万方数据 第3章运行速度预测模型及方法至3.5m时，路肩宽度对运行速度的影响相对减弱。此外，路肩的结构对车辆的行驶安全也极为重要。车辆一旦离开路面进入土质路肩，由于路肩结构与路面结构差异较大，车辆很容易失去控制而发生危险。这说明修建硬质路肩将有利于交通安全，可减少事故或降低事故的严重程度。（3）路侧环境对运行速度的影响在分析运行速度的影响因素时，双车道公路与高速公路一个主要不同点即为高速公路为全封闭系统，横向干扰小；而双车道公路一般未封闭，车辆行驶时横向干扰较大，对运行速度的影响不容忽视。当路侧出现横穿马路的机动车辆或行人时，双车道公路上行驶的车辆的运行速度必会受到较大的影响，一旦驾驶员来不及采取有力安全措施控制速度，就非常容易引发事故。因此驾驶员在横向干扰大的路段上行驶时，一般都会将车速控制在一定范围内[30]。3.2期望车速的确定运行速度预测计算的另一重要指标，是期望车速。这一指标直接关系运行速度预测，同时影响线形安全性评价，国内各种道路设计规范内都对运行速度预测的几种常用方法做了详细的解说，期望车速的推荐值，小客车120千米每小时，大货车75千米每小时。与低等级道路的期望车速相差很大，大大的影响了低等级道路，如双车道公路的运行速度预测。由于低等级道路与高等级道路行车环境差异很大，在进行低等级道路设计时，有必要对期望车速重新计算取值。3.2.1期望车速的定义及形成过程分析所谓期望车速，指的是在道路行驶中，没有其他车辆干扰和影响的情况下，车辆驾驶人员期望达到的最高安全车速。社会调查研究表明，每个人在驾车过程中，都会有一个期望达到的行车速度，也就是期望车速。这个期望车速除了和人的主观意识有关，还与道路路况和天气等因素有关[31]。另外，期望车速还与驾驶车辆的类型、发动机牵引力以及驾驶人员的年龄、性别、驾龄等多方面因素有关。期望车速的确定分以下几个步骤：（1）初定阶段：期望车速确定的初始阶段，车辆驾驶人驶入某一道路，首先获取路况信息，根据路况和自己所驾驶车辆的类型确定出一个初始期望车速。（2）调整阶段：期望车速的调整阶段，车辆驾驶人在道路行驶一段距离后，对行驶道路有了进一步的了解，结合该段距离驾驶经验，判断是否调整期望车速。（3）确定与保持阶段：期望车速的保持记忆阶段，车辆驾驶人以此车速为标准，26万方数据 长安大学硕士学位论文在道路上保持车速行驶，根据路段进行适当的调整；若在行驶中路况或交通信息发生变化，驾驶员会及时做出调整[32]。3.2.2道路线形的影响及其修正道路线形，作为路况信息的重要指标，会直接影响驾驶员对期望车速的选择和确定。若公路设计中某个线形组合不好，车辆行驶经过这些单元时，会小心谨慎通过，必要时会降低车速。若整条线路内有多个这样组合不良的线形单元，驾驶员会持续紧张并进一步降低车速[33]。心率是衡量驾驶员心理紧张程度的指标，它能反映车速、道路线形对驾驶员行车紧张性的影响程度。根据研究成果，心率增长率为40%是心理高度紧张的阈值。所以，将40%的心率增长率作为在分析线形与驾驶员期望车速的关系时，判断驾驶员心理是否紧张的界限。平曲线路段、纵坡路段和弯坡组合路段驾驶员心率增长率模型如下表[34]。表3-1心率增长率模型线形单元类心率增长率模型型平曲线路段N=ln11.565R（）VR=0-0.03565+96.523（.864）弯坡组合路N=0.665I0.336V0.011L9.427R=（0.942）段纵坡路段N24.385140.6I/L0.217V(R0.855)表中：N为心率增长率；V行驶速度（km/h）；I为纵坡度（%）；L为路段长度（m）。根据心率增长率模型以及调查路段中位运行速度，得到各种线形单元下驾驶员心率增长率达到40%的线形指标临界值，所以造成驾驶员紧张并降低车速的主要情况有以下几点：（1）平曲线路段：半径不足120米；（2）弯坡组合路段：坡度与半径比值＜0.02；（3）纵坡路段：各坡度情况下，坡长临界值见表3.2。表3-2纵坡路段临界坡长坡度（%）34567临界坡长（m）70050045040035027万方数据 第3章运行速度预测模型及方法3.2.3交通环境的影响及其修正车辆离开道路时，必须经过道路出入口，出入口的多少影响道路行车性能，出入口越多，进出道路越方便，但是道路出入口过多，也会影响道路行驶效果和安全程度，同时也会影响工程造价。（1）出入口（交叉口）调查分析调查研究表明，道路交叉口对车辆驾驶人员心理影响最大。社会调查发现，约56%的人将道路出入口排在影响道路行驶安全首位，41%的人认为道路出入口设置不是最为重要的影响因素，可以排在第二或第三。从而可以看出，驾驶人员对于道路出入口的设置仍然是相当重视的。车辆在一般道路上经过道路出入口时，如遇路口来车，则会采取紧急避险措施，如减速行驶或变换车道。这两种方式的选取，也只能在道路交通量不大的情况下进行，当交通量大时，变换车道困难，车辆只能减速避让，强行变道则会造成危险或交通拥堵。（2）双车道对向分隔调查分析国内低等级道路，多采用双车道形式，以道路中间划线的方式分隔双向来车。这种行车方式，必然受对向来车数量的多少影响较大，车辆数目较少，横向干扰就小，期望车速基本不变[35]。横向干扰大时，期望车速会下降，从而使整个道路交通造成一定程度的影响。对于低等级道路，横向干扰主要有以下来源，机耕车辆、辅道车辆、路侧停放车辆、行人及其他非机动车等等。为量化计算横向干扰，给出干扰级别（FRIC）计算公式如下：FRICIntTRA(0.25EEV0.20.18PSV0.15PED0.12SMV0.10LU0.5)（3.2）注：式中各变量定义见表3.3。为了量化计算横向干扰对期望车速影响，选取平原地区道路观测。横向干扰强度包涵各种等级，此时线形因素对驾驶员期望车速的变化影响不大。驾驶员期望车速只与路面宽度有关。大型车辆初始期望车速与实际行驶速度基本相同。相关研究表明，期望车速受横向干扰的增大而逐渐变化，成一定的线性相关性。如表3.1，车辆干扰等级较低，期望车速不因横向干扰变化，干扰等级每升高一级，期望车速会下降5km/h左右。主要关系如下表所示：28万方数据 长安大学硕士学位论文表3-3各类横向干扰因素分级拖拉机支路车辆路侧车辆行人非机动车街道化程度类别TRAEEVPSVPEDSMVLU辆/辆/辆/人/辆/级别%（200m·h）（200m·h）（200m·h）（200m·h）（200m·h）1≤2≤1≤2≤6≤50≤202≤41＜EEV≤22＜PSV≤46＜PED≤12≤10020＜LU≤403≤62＜EEV≤34＜PSV≤612＜PED≤18≤15040＜LU≤604≤83＜EEV≤46＜PSV≤818＜PED≤24≤20060＜LU≤805≤10＞4＞8＞24≤20080＜LU≤1003.2.4路面状况的影响及其修正（1）考虑因素由于路况信息造成的行车舒适度，也会对期望车速的选择产生一定影响。汽车行驶中，路面的平整度影响乘车舒适度。汽车行驶途中，路况信息通过轮胎传至车身，再反馈给乘坐人员，人员感到舒适或者不舒适，从而调整行驶速度，保证车辆平稳安全行驶[36]。（2）取值方法在道路设计中，期望车速的选取，应参照相关规范的有关规定进行选取。根据路况信息，道路等级以及道路损坏程度，双向考虑，选择最为恰当的期望车速。参照《公路项目安全性评价规范》（JTGB05-2015）中路面状况效应对运行车速的影响，当公路为中低级路面，或高级、次高级路面部分路段路面面层破损严重时，期望车速应酌减5-10km/h。3.3平直路段运行速度的计算3.3.1短直线临界长度的确定（1）现行规定分析汽车行驶在连接两条曲线路段的直线路段时，若直线段太短，车辆在直线道路行驶时不会加速；当直线段落的长度达到一定值时，汽车会在直线段加速行驶一段距离，再驶入曲线路段，这个长度就是短直线临界长度。《公路项目安全性评价规范》（JTGB05-2015）规定，双车道公路临界长度取200m。对于国内不同的限制行驶速度，200m长度行驶时间在6-9秒之间[37]。但这个长度对于限制速度较低的低等级道路显然不合理，如一般双车道道路，车辆行驶速度40km/h，在直线段长度为100m左右时，驾驶人员便29万方数据 第3章运行速度预测模型及方法会加速通过。（2）驾驶特性分析根据汽车驾驶习惯，驾驶车辆从曲线路段驶离，在驶离的过程中，驾驶人员就要做出是否加速的判断，从思维开始到做出相应行动，大概需要花费3秒的时间。如果直线段长度过短，3秒时间以驶入下一曲线段，汽车还来不及加速。当然，为保证汽车在曲线间安全行驶，连接直线段的长度也不能太短。应该留有大约3秒行车时间以便司机反应判断。若直线段长度过短，在司机反应判断是否加速之后，若剩余行车时间太少，加速行驶也就没有意义。结合已有研究结论和相关规范要求，任意等级道路，在两个曲线路段间的直线连接线长度，也就是临界长度，应保证从曲线出口到下一曲线入口，以正常速度行驶，若还能行驶6到9秒的时间是最好的。3.3.2平直路段车辆加速度（1）规范指标论证当汽车以较低初速度从道路入口或曲线段驶入直线道路时，会在短时间内加速行驶，可以是匀加速也可以是变加速过程，直至达到期望车速。加速行驶的类型，与车辆类型、道路状况、初始速度有关。《公路项目安全性评价规范》（JTGB05-2015）中推荐，小型车加速度一般为0.15~0.50（m/s2）具体视车辆类型而定，大型车辆加速度一般为0.20~0.25（m/s2）具体以载货量而定。而且这个推荐值并不考虑不同初速度的情况，以及驾驶员的主观选择。（2）加速度试验为正确选择加速度提供依据和理论基础，本文搜集甘肃省G6、G22、G312等部分直线路段的监测数据，各道路路况良好，沿线视野开阔，路基横断面宽度适宜，横向干扰很小。根据《公路项目安全性评价规范》（JTGB05-2015），该路段大型车辆期望车速75km/h，小型车辆期望车速90km/h。采用雷达枪测速法实测车辆在平直路段的不同点位处的运行速度，利用实时监测数据进行模拟推算，得出大型车辆、小型车辆加速度特征值，汇总至表3.2和表3.3所示。在运行速度实际监测中，可根据车辆初始速度，以及直线末端至起点的长度，根据检测得到车辆行驶速度，也可将车辆行驶全过程简化为匀加速运动，按照《公路项目安全性评价规范》（JTGB05-2015）中给出相关计算方法进行计算[38]。30万方数据 长安大学硕士学位论文表3-4小客车在平直路段加速行驶的速度特征值直线段长度050100150200250300350400450500027344046525762677175初始速度2031374349556166717579（km/h）404652576267717578818460656973767982858890928083868992949698100直线段长度55060065070075080085090095010001050788184879092949698100初始速度8285889194969899100（km/h）879092949698100949698100表3-5大货车在平直路段加速行驶的速度特征值直线段长度050100150200250300350400450500020343842464952555759初始速度2034384246495255586062（km/h）404448515457596163656760626466687080直线段长度550600650700750800初始速度616365676971（km/h）646668706971本文采用双车道公路运行车速计算采用的直线段加速度值如表3.4所示。表3-6加速度推荐表入口速度（m/s）020406080小客车（m/s2）0.380.370.360.340.31大货车（m/s2）0.230.210.190.17-3.3.3平直路段运行速度计算方法（1）当直线连接线连接两个小半径曲线路段，且直线长度小于等于临界长度时，该段短直线道路上的车辆运行速度保持初始速度V0不变。（2）当直线段大于临界长度，可以将该段直线道路单独计算。驶离曲线道路时的初始速度小于期望车速，则直线段视为匀加速运动，直至达到期望车速。整个行驶过程可以参考下式计算：31万方数据 第3章运行速度预测模型及方法2VsVaS2（3.2）00式中：Vs为直线段终点运行速度，ms/；V0为直线段起点运行速度，ms/；a0为车辆的加速度，2ms/；S为直线段长度，m。3.4平曲线路段运行速度预测模型公路平面选线中，平曲线时跨越不良地质地貌最主要的选线手段，也是最容易出现前后线形不连续等设计问题的技术难点。设计中如果小半径曲线路段之间连接不顺畅，就会导致车辆在行驶到连接处的时候，为适应线形变化改变车速，很容易引发事故。因此许多学者专门针对曲线路段连接设计做了很多研究，研究成果为道路设计安全舒适提供了理论支持。3.4.1模型构建方式（1）已有研究随着道路等级不断提高，对于道路安全意识越来越强，国内学者对于道路线性选择和速度的关系做了大量研究，主要模型类型如下：①澳大利亚模型0.3257VR14.106（3.3）85式中：R为曲线半径，m；V85运行速度，kmh/。②美国学者计算模型：美国的著名学者Fitzpdatrick、Kramm、Schurr、Voigot等人先后建立了适用于本国建设设计规范的，运行速度的预测模型，如下式所示[39]-[42]。VRL102.112741.81/0.0120.1（3.4）85VRLe99.612951.37/0.0140.1371.82（3.5）85V103.30.12530.0238L1.0391I（3.6）851式中：R为平曲线半径，m；L为平曲线长度，m；为路线转角；e为超高值；I1为到达坡度。③德国学者计算模型Vf(K,B)（3.7）式中：K为路线的曲度，B为路段宽度，单位m。32万方数据 长安大学硕士学位论文④我国高等级公路预测模型：国内模型，主要是指《指南》中所推荐的常用计算模型。具体模型公式如下表所示表3-7平曲线路段运行速度预测模型曲线连接形式平曲线模型小客车vmiddle=-24.212+0.834vin+5.729lnRnow入口直线-曲线大货车vmiddle=-9.432+0.963vin+1.522lnRnow小客车vmiddle=1.277+0.924vin+6.19lnRnow-5.959lnRback入口曲线-曲线大货车vmiddle=-24.472+0.990vin+3.629lnRnow小客车vout=--11.946+0.908vmiddle出口曲线-直线大货车vout=5.217+0.926vmiddle小客车vout=-11.299+0.936vmiddle-2.060lnRnow5.203lnRfront出口曲线-曲线大货车vout=5.899+0.925vmiddle-1.005lnRnow+0.309lnRfront（2）模型分析对国内计算模型和国外计算模型对比来看，最大的差别在于，国内计算模型在计算过程中考虑了曲线中间点附近的运行速度。根据美国Lamm教授等人的研究结果，对公路平曲线要素与V85进行统计后发现，具有相似线形特征的曲线路段，车辆行驶在该路段的时候，车速基本稳定。国外计算模型的缺陷在于，计算过程不考虑不同线形路段连接处车辆速度变化的影响，且许多数据是在监测小型车辆时得到的，由此推导的计算公式无法为大型车辆的计算提供参考。但是国内模型以驾驶员主观信息为基础，根据曲线路段前后及行驶过程中期望车速的选择，将行驶速度的划分，以曲线中间点为界限，分为前后曲线段，分别建立两个阶段运行速度模型。（3）对比试验为使运行速度预测结果形成对比，选取国外常用计算模型和国内常用计算模型，选择几个基本参数大致相同的曲线路段，应用两种模型分别进行计算，并对计算结果进行比较分析，对比结果表明，国内模型计算结果精度要远远高于国外模型，说明国内模型更加符合我国道路的实际发展现状。另外，对于所选取的数据计算结果显示，国外三种模型计算结果基本相同，但实测数据差异较大，因为平曲线连接形式不同，各个连接处计算运行速度结果都有较大差异，运行速度计算结果不稳定。因而，在后续设计计算过程中，应该选取更加符合我国道路实际运行现状的国内模型，从我国国情出发，提高低等级道路平曲线运行速度预测结果与实际工程运行速度的计算精度。我国现行《公路项目安全性评价规范》（GB05-2015）中，在高速公路和一级公路的运行速度预测模型中，考虑了相连路段线形对平曲线曲中运行速度的影响。对于二级公33万方数据 第3章运行速度预测模型及方法路、三级公路，《公路项目安全性评价规范》提出其平曲线路段运行速度预测模型见下表：表3-8二级公路、三级公路平曲线路段运行速度预测模型特征点车型预测模型小客车vmiddle=-244.123+0.6vin+40ln（Rnow+500）曲中点大货车vmiddle=-80.179+0.7vin+15ln（Rnow+250）小客车vout=-183.092+0.7vmiddle+30ln（Rfront+500）曲线出口大货车vout=-53.453+0.8vmiddle+10ln（Rfront+250）在该模型中，二、三级公路运行速度预测模型的建立，所考虑的影响因子要少于高等级公路，模型的建立相对简单。所以，对于平原区平纵面指标较高的二级公路，该运行速度预测模型的适应性较差。为解决这一问题，本文充分考虑了相连路段线形对平曲线曲中运行速度的影响，针对二、三级公路，提出了准确度更高、适用性更好的运行速度预测模型。3.4.2模型建立的理论依据（1）驾驶员视觉信息试验人在驾驶车辆行进过程中，主要信息是靠视觉获取的，在获取大量信息后，主观的根据经验筛选最有用信息并作出相应决策，所以，在平曲线相接处，应从驾驶人员主观角度出发，分析驾驶员在连接处道路上视野范围内的道路条件[43]。在不同路段，获取不同道路信息，并作出相应决策，通过路边参照物，感知当前自己或其他车辆的行驶速度，根据路况作出相应调整。（2）运行速度的影响因素因为驾驶员在不同路段获取的信息因人而异，作出的决策也大不相同。根据驾驶员自身感知到的车速，可以得到曲线全段影响运行速度的因素，如下表所示。表3-9平曲线前半段和后半段运行速度的影响因素运行速度影响因素曲线段位置符号说明Rback/m进入当前曲线之前的平曲线半径Rnow/m当前的平曲线半径前半段L/m当前的平曲线前半段的长度Vin/km·h-1进入所研究平曲线的入口速度Rfront/m当前曲线出口连接的平曲线半径Rnow/m当前的平曲线半径后半段L/m当前的平曲线后半段的长度Vmiddle/km·h-1所研究平曲线中点的速度34万方数据 长安大学硕士学位论文3.4.3平曲线路段行驶速度预测模型的建立由以上分析结果，按照不同位置不同影响因素，建立曲线中点和出口行驶速度计算方程如下：Vm=f（Vin，Rback，Rnow，L）（3-8）Vo=f（Vin，Rfront，Rnow，L）（3-9）式中：Vo为平曲线的出口速度，单位为km/h，其他符号含义与表3.7相同。根据平面曲线连接线整个线形差别，可将类似连接线路前半段细分为直曲段（直线连接曲线路段）和曲曲段（曲线连接曲线路段），将后半段细分为曲曲路段和曲直路段。采用逐步回归计算方法，对于多条一般性双车道路线检测数据进行分析，得到相应数据方程，如表3.6。对所拟合回归方程进行检验，检验结果表明，各模型相关系数均大于0.9，说明对原始监测数据的拟合相关良好。通过F检验和T检验，计算得到的P均小于0.01，说明建立的回归方程，对已知自变量的拟合效果显著。此外，计算结果方程膨胀因子（VIF<10），从而确定回归模型精度满足要求，即为模型的最终形式。详见下表3.8、3.9。表3-10大货车平曲线运行速度预测模型曲线连接形式平曲线路段自由流运行车速预测模型入口直曲Vm=-28.419+0.832Vin+6.033lnRnow（R2=0.937）入口曲曲V2m=3.45+0.931Vin+5.234lnRnow-5.441lnRback（R=0.968）出口曲直Vo=11.878+0.922Vm（R2=0.922）出口曲曲Vo=10.352+0.895Vm+3.377lnRfront-4.161lnRnow（R2=0.975）表3-11小客车平曲线运行速度预测模型曲线连接形式平曲线路段自由流运行车速预测模型入口直曲Vm=-10.482+0.959Vin+1.534lnRnow（R2=0.959）入口曲曲Vm=0.97+0.91Vin+5.568lnRnow-4.752lnRback（R2=0.973）出口曲直Vo=12.997+0.851Vm（R2=0.941）出口曲曲Vo=22.875+0.799Vm+3.911lnRfront-5.595lnRnow（R2=0.987）3.4.4模型验证为验证这组平曲线模型预测的精度，利用未参与建模的实测数据，对表3.8、3.9中平曲线运行速度预测模型进行了验证。分别用上述平曲线预测模型计算出不同半径平曲线路段的曲中、出口运行速度，与实测数据进行对比，表3.10给出了上述平曲线模型验证的结果，实测数据与模型预测结果基本一致，平均相对偏差小于5%，最大相对误差为6.56%,最大绝对误差为5.53km/h，足见预测的精度是相当高的。35万方数据 第3章运行速度预测模型及方法表3-12平曲线运行速度预测模型验证一览表车型连接方式最大偏差均值（%）最大相对误差（%）最大误差（%）入口直曲2.174.463.36小客车入口曲曲3.023.872.44出口曲直2.376.565.53出口曲曲3.534.223.43入口直曲2.234.512.59大货车入口曲曲2.894.442.84出口曲直3.025.83.22出口曲曲3.654.82.333.5纵坡路段运行速度预测模型通过分析车辆在纵坡路段上的运行特性可知，当车辆上坡时，运行速度会降低，当车辆下坡时，运行速度会增加，但不会无限制地增加，驾驶员会有意识地控制速度维持在期望速度的范围内[44]。汽车在纵坡路段上的实际运行速度预测模型选取《公路项目安全性评价规范》（JTGB05-2015）中推荐的运行速度预测模型。本文按照表3.11对大货车和小客车在纵坡路段上的实际运行速度进行预测。表3-13纵坡路段上运行速度预测模型纵坡坡度速度调整值小客车大货车上坡坡度≥3%且≤4%降低5km/h/1000m降低10km/h/1000m坡度>4%降低8km/h/1000m降低20km/h/1000m下坡坡度≥3%且≤4%增加10km/h/500m至期望速度增加7.5km/h/500m至期望速度坡度>4%增加20km/h/500m至期望速度增加15km/h/500m至期望速度3.6弯坡路段运行速度预测模型山区公路由于地形复杂，不同形式的平纵组合所形成的弯坡是公路线形中常见的组成部分，采用现行设计方法所设计的弯坡路段，经常会遇到陡坡与急弯相接的情况，很可能造成车辆运行速度突然变化过大，对行车安全构成直接威胁。弯坡对运行速度的影响，既与平曲线和纵坡分别影响有关系，又不完全等同于二者分别影响的简单叠加。国外现有的研究成果主要有2种。（1）弯坡路段对运行速度影响相当于平曲线和纵坡分别影响之后进行合理组合得到，如在瑞典的VTI报告中给出的双车道公路的数学模型：QQQQVV=VV（3.10）030i3i36万方数据 长安大学硕士学位论文Q式中：V为受横断面尺寸、平曲线半径、纵坡影响前的自由流车辆中位车速，km/h；0QV为受横断面尺寸、平曲线半径、纵坡影响后的自由流车辆中位车速，km/h；3QV为受横断面尺寸、平曲线半径、纵坡影响前的自由流车辆的任意车速，km/h；0iQV为受横断面尺寸、平曲线半径、纵坡影响后的自由流车辆的任意车速，km/h；3iQ为旋转因子，标定参数。（2）弯坡路段对运行速度影响是考虑路段的几何线形参数,如曲线半径、曲线长度、超高以及坡度等建立,其中美国Fitzptrick等人建立的一组预测双车道公路曲中点运行车速的模型,其中视距不受影响的模型如下[45]。V=102.103077.13/R9%I-＜4%-（3.11）85V=105.983709.90/R4%I0%-＜（3.12）85V=104.823574.51/R0%I4%＜（3.13）85V=96.612752.19/R4%I9%＜（3.14）85式中：V为运行速度，km/h；R为平曲线半径，m；I为纵坡，%。85由于出于不同的实验对象和目的，国外对弯坡研究的结论只能借鉴不能直接拿来应用，其中参数仍需要用大量的实验数据去标定。但国外模型提供了一种良好的思路，即根据平曲线模型与纵坡模型的研究成果进行合理组合来建立弯坡模型，用统计方法分析其各种影响因素，找出相对典型的平纵组合方式，建立模型方程。国内高等级公路运行速度预测中采用的弯坡模型是《公路项目安全性评价规范》（JTGB05-2015）中第一种运行车速测算方法推荐的两阶段回归模型，该模型建立的思路与平曲线模型相似，都是以驾驶员信息采集处理过程为基础，按照弯坡及其前后路段中，驾驶员选择运行速度的主要影响因素的不同，将弯坡路段中的驾驶行为以曲中点或变坡点为界分为前后两个阶段，利用实测数据，建立了两个阶段的运行速度回归模型，具体模型见下表。表3-14弯坡路段运行速度预测模型（a）高速公路与一级公路曲线连接方车辆类弯坡路段运行速度预测值式型入口直曲小客车V=31.6690.574V11.714lnR0.176imiddleinnownow137万方数据 第3章运行速度预测模型及方法大货车V=1.7820.859V1.196lnR0.51imiddleinnow1now入口曲曲小客车V=0.7500.802V2.717lnR0.281imiddleinnow1now大货车V=1.7980.977V0.248lnR0.13310.23lnRimiddleinnow1backnow出口曲直小客车V=27.2940.720V1.444ioutmiddlenow2大货车V=13.4900.797V0.697ioutmiddlenow2出口曲曲小客车V=1.8190.839V0.48i1.427lnR0.782lnRoutmiddlenow2nowfront大货车V=26.8370.839V0.549i3.039lnR0.109lnRoutmiddlenow2nowfront表中：R1201000，I2%%，6；V，V，V——驶入曲线的速度，曲中点的速度，驶出曲线的速度；inmiddleoutR，R，R——驶入曲线前半径，当前曲线半径，前曲线半径；backnowfronti，i——与平曲线前、后相接的纵坡坡度值。now1now2（b）二级、三级公路弯坡组车预测模型合形式型后大1.2(600Ri)(3)now1v80.1790.7v15ln(R250)0.106imiddleinnow2半货600段车上小曲坡客1.2(600Ri)(3)now1v80.1790.7v15ln(R250)0.106imiddleinnow2中车600点后大半货1.2(600Ri)(3)now1v80.1790.7v15ln(R250)0.106imiddleinnow2段车600下小坡客0.8(600Ri)(3)now1v80.1790.7v15ln(R250)0.106imiddleinnow2车600后大半货1.2(600Ri)(3)now2v183.0920.7v30ln(R500)0.324i段车outmiddlefront3600上小曲坡客38万方数据 长安大学硕士学位论文线车1.5(600)(2)Rinow2vvRi53.4530.810ln(250)0.106出outfront3middle600口后大半货0.8Ri(3)now2v183.0920.7v30ln(R500)0.324i段车outmiddlefront3600下小坡客Ri(2)now2v53.4530.8v10ln(R250)0.106i车outmiddlefront3600表中：i为弯坡组合中点前的纵坡（%）；i为弯坡组合中点后的纵坡（%）；i为123弯坡组合前方的纵坡。3.7本章小结运行速度预测的关键参数的期望速度，本章首先分析了影响运行速度的因素，然后详细分析了期望速度的确定及修正过程。在此基础上，建立了在平直路段、平曲线路段、纵坡路段和弯坡路段运行速度的预测模型，并且进行了平曲线路段模型的验证。39万方数据 第4章基于运行速度的线形和安全性评价方法第4章基于运行速度的线形和安全性评价方法4.1运行速度预测运行速度计算出的初步结果，是以运行速度为依据的线形设计方法的基础，通过路线平纵面的技术指标的运算，可以计算得出车辆的运行速度。所以，基于运行速度的线形设计方法，需要首先根据道路的技术标准，以及沿线地形等条件，完成道路的路线设计，以作为运行速度预测的基础。平纵面的初步确定，目的就是为了后期预测运行速度，所以在设计人员在选定道路走向及平纵断面时，最重要的是要确定出于运行速度密切联系的技术参数。确定道路的平面线形，最为重要的是要确定出整体道路的直线部分、缓和曲线部分以及圆曲线部分。在路线上，对运行速度影响最大的是，圆曲线半径的大小和直线的长度，而直线和圆曲线之间，曲率的过度，则需要缓和曲线来完成，所以，缓和曲线是平面线形的三大要素之一，缓和曲线起着非常重要的连接作用，整个道路直线路段的确定和圆曲线路段的确定，都和缓和曲线的长度有着重要联系。所以在设计人员进行道路设计时，这三者是重中之重。竖曲线和直坡段共同构成了道路的纵断面，其中，对于运行速度影响最大的是直坡段，这一要素包含两个要点，分别是直坡的长度和坡度，与之相比，竖曲线的作用要小的多，不在路线的初步设计中确定它饿指标，也没有特别大的影响。除了这两方面的因素，确定期望速度时的另一个重要的因素是路基宽度，在路线的初步设计中，路基宽度应该根据设计速度来确定。运行速度的预测过程中，首先要做的是，把预测路段分成许多个线形单元，划分的依据就是《公路项目安全性评价规范》（JTGB05-2015），具体来说，划分的方法是：表4-1线形单元划分表线形单元类型划分依据直线段纵坡坡度不大于3%，半径不小于600m纵坡路段纵坡坡度大于3%，半径不小于600m平曲线路段纵坡坡度不大于3%，半径不大于600m弯坡组合路段纵坡坡度大于3%，半径不大于600m40万方数据 长安大学硕士学位论文4.1双车道道路运行速度预测模型整合（1）线形单元的划分①在道路设计中，平面线形可以细分为直线和曲线两类，其中直线也包含半径大于600m的曲线路段，曲线则指的是半径小于600m的曲线路段；②为了对道路的纵坡进行研究，可以将其细分为直线段和纵断坡，其中纵断坡指的是纵坡坡率大于3%的路段；③平曲线路段和弯坡组合段，可将其细分为平曲线段和弯坡组合段，其划分依据主要是纵坡坡率，为平曲线段坡度i[3%,3%]，弯坡组合段坡度i[8%,3%][3%,8%]。（2）计算流程划分单元结束后，就可以来计算出相关路段的运行速度，具体的步骤如下：①路段期望的计算确定，对于改扩建项目来说，可以再既有的道路上，选择平直路段，测取平稳行驶的最大速度做为期望车速。对于新建项目来说，则需要建立预测模型，根据道路的技术标准等参数，来计算得出，并且，需区分大货车和小客车。②初始运行速度的确定，其依据是所设计路段的设计速度。在《公路项目安全性评价规范》（JTGB05-2015）中，规定了在预测道路车辆实际运行速度时，需要确定道路行驶车辆的初始运行速度，规定如表：41万方数据 第4章基于运行速度的线形和安全性评价方法表4-2设计速度与初始运行速度V0之间的对应关系表设计速度（km/h）406080100120初始运行速小客车3545557585度V0大货车2025355060③在初始运行速度得到确定之后，就可以根据不同的线形单元，来进行运行速度饿预测。④运行速度预测完成之后，整理数据，就可以画出运行速度断面图。（3）运行速度断面图的绘制运行速度在采用上述的双车道的预测模型计算得出之后，就可以画出设计需要的运行速度断面图，为后续设计工作提供参考依据。但是运行速度断面图绘制中，需要遵循以下步骤：1）收集资料①资料收集整理，确定公路的设计等级，需要的设计速度等；②在地形图上规划线路时，需要确定出整个道路的直线、曲线及转角表；③在地形图上确定初步线路设计图；④确定线路后，绘制路线纵断面；2）根据不同需要确定绘图比例①线路横向：表示公路里程和路线长度，一般选取1:1000~1:5000；②线路纵向：表示运行速度，一般采用1cmkmh:5/~1:20cm/kmh；3）桩号确定在低等级双车道公路运行速度预测时，桩号的内容必须完整，起终点、平曲线的要素点（直缓点等）、边坡点、桩号文件等。4）绘制路线平面示意图平面示意图的依据是主点桩号，标注的样式同公路的纵断面图是一致的。5）绘制路线纵断面示意图纵断面示意图里面，表示路线上下起伏用的是向上（上坡）和向下（下坡）的斜线，坡度标注在斜线的上方，坡长标注在斜线的下方，边坡点的位置用短直线来标注。4.2评价指标的选取原则与范围公路线形安全性评价涉及到各方面的评价指标，在实际评价工作中需要有针对性地进行分析和比选。本文下面将对评价指标的选取原则和选取范围进行研究。42万方数据 长安大学硕士学位论文4.2.1评价指标的选取原则在进行评价指标的分析与比选时，应当依据以下的基本原则：（1）科学性原则所选指标应具备科学、明确的概念，以及科学、严谨的数学表示形式。评价指标还应体现出评价系统的评价目的。（2）系统性原则从系统工程的角度来看，评价指标具有系统性质，即某一评价指标向上是更高一层评价指标的组成元素，向下又可细分为若干个子评价指标。在进行评价指标的比选时，需要对评价指标进行全面、细致的分析，梳理其内部结构，做到全面而系统。（3）代表性原则所选择的每一个评价指标都应该能代表评价客体的某方面的特性，准确地对该特性进行描述和衡量。评价指标的代表性特征应清晰明确，彼此之间不应存在过多的重复。（4）可操作性原则所选指标应可使用现有技术手段或资料进行调查，或者明确的数学公式进行计算，保证评价指标的可操作性，确保评价工作的顺利进行。4.2.2评价指标的选取范围公路线形和安全性评价时应明确评价目的，根据评价目的确定评价指标的选取范围，在选取范围内根据选取原则对评价指标进行比选，进而建立合适的评价指标体系。根据本文第2、3章的研究，运行速度是车辆在公路上行驶时“人—车—路—环境”这一系统相互作用的最直观的反馈，是公路线形、车辆动力性能、交通环境与驾驶员主观期望共同作用的最终结果。运行速度在路段上的分布特性与公路线形的连续性和协调性有关。在运行速度分布地离散、不协调的路段上，往往容易发生交通事故。因此，运行速度的协调与否在很大程度上影响着公路线形的安全，从基于运行速度的协调性层面选取评价指标对公路线形安全性进行评价是有必要和有意义的。除了基于运行速度的协调性指标外，基于运行速度的舒适性指标也在一定程度上影响着行车安全。行车舒适性的定义是：在车辆的行驶过程中，人体由于受到公路线形、路面平整度以及车辆机械特性的综合作用而产生的感觉。根据本文3.1节的研究，行车舒适性会作用于驾驶员的心理和生理特性，在一定程度上干扰驾驶员的操作选择行为，进而影响行车安全。因此从基于运行速度的舒适性层面选择评价指标对公路线形安全性43万方数据 第4章基于运行速度的线形和安全性评价方法进行评价是可行的。综上所述，本文下面将从基于运行速度的协调性、基于运行速度的舒适性这两个方面，选取合适的评价指标，对公路线形和安全性进行评价研究。4.3基于运行速度的协调性指标4.3.1连续性指标连续性是指：车辆驾驶员的期望、驾驶汽车的能力与道路的几何条件时一致的。当线形表现为以下特征时，认为线形不连续：（1）所设计道路线形变化明显，各指标变化幅度很大；（2）设计道路整体情况较好但部分路段线形变化幅度过大；（3）单个的极限指标与道路的平均指标差异非常大。车辆在行驶的过程中，司机及乘客的感觉可以反映出道路的指标是否连续，驾驶员的期望是否与线形指标的变化一致，乘客在该路段上经过时，车辆运行速度在不停的变化，这个变化是否可以让乘客满意。这些主观的感觉，最后表现出来的结果，就是线形指标是不是连续的主要判断依据。道路平纵曲线指标、视距等因素，对于运行速度来说，都是非常关键的影响因素。要达到道路各设计要素之间配合协调的目的，就必须要解决运行速度的连续性[46]。通过上面的论述，本文中，预测运行速度时，采用的是路线设计中的几何要素，检验道路路线的连续性等指标时，依据的是设计速度与运行速度之间的关系。道路的设计速度，在不同的地区、不同的等级的情况下，《标准》中都给出了具体的规定，同时规定，相邻路段的设计速度的差值，必须小于等于20km/h，但是，设计速度在一级公路和二级公路之间的差值，就达到了40km/h。在国外，这种情况与国内是不一样的，所以，对于评价标准，我们要制定新的，不能完全参照国外的经验。车辆在双车道公路上行驶时，由于道路的各项指标较高，相应的运行速度也比较高，对于平原区来说，其指标比山岭区要高，所以，其前后路段的速度差值要低。所以，线形连续性评价标准就据此得出，见下表4.3。表中Vd是设计速度，V85T为直线段第85百分位行驶速度，V85C为圆曲线段第85百分位运行速度，V85与Vd的差值为同一路段的评价指标，V85T与V85C的差值为相邻路段的评价指标[47]。44万方数据 长安大学硕士学位论文表4-3连续性评价标准连续性质量等级V85与Vd的差值（km/h）V85T与V85C的差值（km/h）优≤10≤10良10～2010～15差≥20≥154.3.2相邻路段运行速度协调性指标公路线形的连续性可由行车过程中运行速度的分布的连续性和协调性描述，而行车过程中运行速度分布的连续性和协调性可用相邻路段间运行速度的差值来衡量。《公路项目安全性评价规范》（JTGB05-2015）推荐采用相邻路段间运行速度的差值作为相邻运行速度协调性指标。相邻路段指具有不同设计指标又在桩号上顺序相接的路段。评价标准，见表4.4。表4-4《规范》推荐的相邻路段运行速度协调性评价标准协调性质量等级相邻路段运行速度之差∆V85（km/h）优0～10良10～20差≥20但是，《公路项目安全性评价规范》（JTGB05-2015）推荐的评价指标只是衡量相邻路段运行速度变化程度的一个绝对数值，而仅使用绝对的数值来评价线形安全不够全面和妥当，而且对于低等级路，要适当降低∆V[40]85。基于这样的考虑，本文采用文献提出的在《公路项目安全性评价规范》（JTGB05-2015）推荐指标的基础上改进的采用相邻路段运行速度的差值与当前路段运行速度比值的形式的协调性评价指标，计算公式如下：ii1vv8585c=（4.1）i1v85i式中：v——当前路段运行速度（km/h）85i1v——前一路段运行速度（km/h）85本文采用的比值形式的评价指标可以更贴切地反映出运行速度在相邻路段上的变化的剧烈程度。指标值越大表明相邻路段间运行速度变化程度越剧烈，即线形越不连续，行车安全性越差；指标值越小表明相邻路段间运行速度变化程度越平缓，即线形连续性良好，行车安全性较好[48]。本文采用的协调性评价指标的评价标准见表4.5：45万方数据 第4章基于运行速度的线形和安全性评价方法表4-5本文采用的协调性评价标准评价指标值评价标准0～0.1优0.1～0.2良＞0.2差4.4基于运行速度的舒适性指标目前我国通用的，评价行车舒适性的方法有两种：（1）舒适性评价采用μ（横向力系数）离心力会作用在行驶在曲线上的车辆上。超高设置在半径小一点的圆曲线上的目的，既是平衡离心力。但是，当运行速度变化的时候，这个车辆的横向稳定程度，也会随之发生变化，横向力系数μ，一般用来说明这种稳定性，见下式：2VihgR2V或i（4.2）h127R式中：——横向力系数；V——运行速度（Km/h）；2）；g——重力加速度（m/sR——线半径（m）；i——横向超高值。h对于舒适性来说，μ值具有非常大的影响。汽车的平稳程度与μ值成线性关系，随之增大而增大，减小而减小。如果μ的值过大的话，乘客的舒适性会非常差，在这样的路段，车辆就需要降低车速[41]。所以，我国采用μ=0.10～0.15，主要就是从舒适和安全性的角度来考虑的。依据规范有基于值的舒适性评价标准如表4.5所示：表4-6基于横向力系数μ的舒适性评价标准μ值舒适性标准≤0.10不显著，舒适（优）0.10～0.15尚平稳，较舒适（良）≥0.15不舒适（差）（2）采用曲线离心加速度ah评价车辆行驶在曲线路段时，会产生一定的离心力，从而产生离心加速度。离心加速度的大小与曲线半径有关，还与车辆行驶速度有关。所以，在平曲线路段设置超高，超高46万方数据 长安大学硕士学位论文可以抵消一部分的离心力，但是，人体还是能感受到剩余部分离心力德影响[42]。依据物理学原理，车辆行驶在曲线路段，由于离心力作用，会使汽车有横向滑移和侧向倾覆的趋势产生。分解离心力和重力，则有：离心力：FFGcossinhR竖向力：FsRFGsincos（4.3）其中：hcsin（4.4）22hbcbcos（4.5）22hbc计算以上各式，可得：12ah(bVgRh)c（4.6）22Rhbc式中：a——横向加速度（m/s2）；hR——平曲线半径（m）；h——曲线上某处相对旋转轴抬高值（m）；cb——曲线上某处路面宽度的一半（m）；2）。g——重力加速度（m/s根据车辆行驶试验数据监测结果，横向加速度与乘客舒适度关系如表4.6：表4-7基于αh的舒适性标准加速度αh值（m/s2）舒适状况αh＜1.8一般值，不显著，舒适αh＜3.6能感觉到，可忍受，较舒适αh＜5.0不能忍受，不舒适4.5本章小结本章首先研究了运行速度预测的步骤，然后综合考虑运行速度影响因素以及基于运行速度线形和安全性评价指标选取的原则和范围，选择了协调性和舒适性两个方面三个指标进行线形和安全性评价。47万方数据 第5章实例分析第5章实例分析5.1待评价项目概况根据敦煌市鸣沙山沿线景观大道修建性详细规划，拟建景观大道位于敦煌市区南部，路线走向与S314线大体平行。路线起终点与控规保持一致：起点接迎宾大道（S314），之后沿数字中心围墙向南延伸，之后沿莫高窟控制边界、鸣沙山北侧自东向西延伸，途经敦煌旱码头、龙行九州、中医生态养生院、动漫文化产业园等地，与鸣山路交叉后经月牙小镇，跨党河后继续西行，沿总干渠再经欢乐长城影视城、嘉年华等地，终点与G215线K149+370处相交。路线总体走向为东西向，路线全长32.306Km。全线主要控制点为：起点迎宾大道（S314）、莫高窟数字中心、“又见敦煌”、敦煌旱码头、龙行九州、中医生态养生院、动漫文化产业园、鸣山路、月泉小镇、总干渠、党河、西干渠、欢乐嘉年华、长城影视城、终点G215等。景观大道位置图如下：图5-1景观大道位置图本文选取景观大道K0+000至K32+091.241段进行评价。待评价路段的主要技术指标、直曲表、纵断面图、横断面图分别见表5.1、表5.2、图5.2、和图5.3。48万方数据 长安大学硕士学位论文表5-1主要技术指标表指标名称单位规范指标采用指标备注起讫桩号Km----K0+00～K32+091.2413处断链路线长度Km----32.306公路等级二级公路二级公路设计速度Km/h40～8040路基宽度整体式m12（10）13圆曲线极限最小半径m60300不设超高的圆曲线最小半径m600600路拱为2%一般值m300平曲线最小长度217最小值m100停车视距m5050最大纵坡%/m7/5002.358/900最短坡长m120184.29（凸型）m7008000竖曲线一般最小半径（凹型）m45011400一般值m90竖曲线最小长度105.83最小值m35设计荷载公路—Ⅰ级公路—Ⅰ级大、中桥1/1001/100设计洪水频率小桥、涵洞及路基1/501/5049万方数据 第5章实例分析表5-2直线、曲线及转角表（a）50万方数据 长安大学硕士学位论文续表（b）51万方数据 第5章实例分析（a）（b）图5-2景观大道标准纵断面图5-3景观大道标准横断面52万方数据 长安大学硕士学位论文5.2运行速度的预测5.2.1单元划分根据平纵设计指标将整条路线划分为直线段、平曲线段、纵坡路段及弯坡路段。其中坡度不大于3%时，直线及半径600m以上的大半径圆曲线划分为直线路段，其余为平曲线段，作为独立单元分别进行运行速度测算；当坡度大于3%时，直线及半径600m以上的大半径圆曲线划分为纵坡路段，其余为弯坡路段。注意：当直线段位于两小半径曲线段之间，且长度小于临界值100m时，则该直线视为短直线，车辆在此路段上的运行速度保持不变。按照以上划分方法，在实际操作中会出现一些很小的路段单元，例如因为变坡点位于圆曲线上从而会将一些平曲线划分为两个单元的情况，对于这种情况，以最不利原则处理，应保证一个圆曲线隶属于同一个路段单元，路段单元的类型以弯坡路段为最不利，依次为纵坡路段、平曲线段、直线段。根据以上划分方法，将研究路线划分为45个路段单元。表5-3路线单元划分表（a）编号路段类型起点桩号终点桩号路段长度（m）圆曲线半径（m）坡度（%）1纵坡路段K0+000K0+253.463253.463-0.3212弯坡路段K0+253.463K0+590.966237.5036000.9223直线路段K0+590.966K0+636.60445.638-0.1024平曲线路段K0+636.604K1+338.825702.221315-0.1025直线路段K1+338.825K2+688.3831399.828-0.10253万方数据 第5章实例分析续表（b）6直线路段K2+688.383K4+008.9471320.5643500-0.1587直线路段K4+008.947K4+839.675830.7280.2138直线路段K4+839.675K5+160.152320.47740000.2139直线路段K5+160.152K6+084.863924.7110.21310平曲线路段K6+084.863K6+601.987517.1246000.21311纵坡路段K6+601.987K7+044.915442.9280.34612直线路段K7+044.915K9+009.6821964.76715000.06613纵坡路段K9+009.682K9+784.866775.1841.01214纵坡路段K9+784.866K10+129.764344.8983500-0.54215纵坡路段K10+129.764K10+654.058484.294-0.54216弯坡路段K10+654.058K11+006.205392.1473000.52917纵坡路段K11+006.205K11+269.665263.460-0.78618弯坡路段K11+269.665K11+624.533193.808300-0.78619纵坡路段K11+624.533K12+390.460930.188-0.32620直线路段K12+390.460K12+721.706331.24635000.30021直线路段K12+721.706K15+007.4252285.7180.27322弯坡路段K15+007.425K15+371.052363.6276000.30023直线路段K15+371.052K17+608.4202237.368-0.30024纵坡路段K17+608.420K17+839.196230.77610000.43925直线路段K17+839.196K19+070.2351231.038-0.09526纵坡路段K19+070.235K20+013.482943.24713000.31727纵坡路段K20+013.482K21+133.6091120.1270.60028纵坡路段K21+133.609K21+416.394282.7868000.60029纵坡路段K21+416.394K21+915.566499.1720.60030纵坡路段K21+915.566K22+260.365344.79910000.60031纵坡路段K22+260.365K23+461.7251201.3600.45232纵坡路段K23+461.725K23+811.897350.17220000.79233纵坡路段K23+811.897K24+262.444450.5470.89034纵坡路段K24+262.444K24+630.332367.88820000.74135纵坡路段K24+630.332K24+866.853236.5210.74136纵坡路段K24+866.853K25+233.075366.22215000.43837纵坡路段K25+233.075K26+290.1831057.1090.43838纵坡路段K26+290.183K26+974.727684.54411000.97839纵坡路段K26+974.727K27+412.926438.1990.91040纵坡路段K27+412.926K27+630.030217.10425000.91041纵坡路段K27+630.030K30+169.4662539.4360.84842纵坡路段K30+169.466K30+663.965494.49915000.84843纵坡路段K30+663.965K31+290.474626.5092.35844弯坡路段K31+290.474K31+872.043581.569475-0.33045纵坡路段K31+872.043K32+091.241219.198-1.02754万方数据 长安大学硕士学位论文5.2.2各单元运行速度预测本文采用小客车，然后利用第三章所建立的直线段、纵坡段、直曲线段和弯坡路段模型进行各个路段运行速度的预测，运行速度预测结果如下表：表5-4各路段运行速度（a）圆曲编路段类型起点桩号终点桩号路段长度线半坡度VinVmiddle号（m）径（%）（km/h）（km/h）（m）1纵坡路段K0+000K0+253.463253.463-0.321402弯坡路段K0+253.463K0+590.966237.5036000.92245.139.93直线路段K0+590.966K0+636.60445.638-0.10232.24平曲线路段K0+636.604K1+338.825702.221315-0.10232.228.25直线路段K1+338.825K2+688.3831399.828-0.10224.46直线路段K2+688.383K4+008.9471320.5643500-0.15834.97直线路段K4+008.947K4+839.675830.7280.21344.18直线路段K4+839.675K5+160.152320.47740000.21350.39直线路段K5+160.152K6+084.863924.7110.21352.510平曲线路段K6+084.863K6+601.987517.1246000.21354.749.611纵坡路段K6+601.987K7+044.915442.9280.34646.112直线线路段K7+044.915K9+009.6821964.76715000.06644.313纵坡路段K9+009.682K9+784.866775.1841.01248.114纵坡路段K9+784.866K10+129.764344.8983500-0.54242.115纵坡路段K10+129.764K10+654.058484.294-0.54250.216弯坡路段K10+654.058K11+006.205392.1473000.52959.651.417纵坡路段K11+006.205K11+269.665263.460-0.78643.418弯坡路段K11+269.665K11+624.533193.808300-0.78648.142.419纵坡路段K11+624.533K12+390.460930.188-0.32636.820直线路段K12+390.460K12+721.706331.24635000.30045.521直线路段K12+721.706K15+007.4252285.7180.27348.122弯坡路段K15+007.425K15+371.052363.6276000.30060.253.923直线路段K15+371.052K17+608.4202237.368-0.30046.524纵坡路段K17+608.420K17+839.196230.77610000.43958.525直线路段K17+839.196K19+070.2351231.038-0.09556.826纵坡路段K19+070.235K20+013.482943.24713000.31761.727纵坡路段K20+013.482K21+133.6091120.1270.60057.628纵坡路段K21+133.609K21+416.394282.7868000.60052.629纵坡路段K21+416.394K21+915.566499.1720.60051.330纵坡路段K21+915.566K22+260.365344.79910000.60048.831纵坡路段K22+260.365K23+461.7251201.3600.45247.532纵坡路段K23+461.725K23+811.897350.17220000.79244.855万方数据 第5章实例分析续表（b）33纵坡路段K23+811.897K24+262.444450.5470.89043.534纵坡路段K24+262.444K24+630.332367.88820000.74141.335纵坡路段K24+630.332K24+866.853236.5210.74139.136纵坡路段K24+866.853K25+233.075366.22215000.43837.737纵坡路段K25+233.075K26+290.1831057.1090.43836.138纵坡路段K26+290.183K26+974.727684.54411000.97833.439纵坡路段K26+974.727K27+412.926438.1990.91031.240纵坡路段K27+412.926K27+630.030217.10425000.91030.441纵坡路段K27+630.030K30+169.4662539.4360.8483042纵坡路段K30+169.466K30+663.965494.49915000.8483043纵坡路段K30+663.965K31+290.474626.5092.3583044弯坡路段K31+290.474K31+872.043581.569475-0.3303025.445纵坡路段K31+872.043K32+091.241219.198-1.02724.646终点29.3预测运行速度变化图如下图所示，图中运行速度表示每个路段的入口速度Vin。706050km/h4030运行速度201000102030405060划分路段编号图5-4预测运行速度变化图5.3线形和安全性评价指标值计算5.3.1基于运行速度的协调性指标根据第四章选取的协调性指标计算方法，运行速度V85与设计速度Vd之差vv85d；ii-1相邻路段运行速度之差V=VV以及本文采取的基于运行速度的协调性指标85858556万方数据 长安大学硕士学位论文ii1vv8585c=的指标值如下表所示：i1v85表5-5基于运行速度的协调性指标值VVVVVVVV8585d858585d85编c编c号（km/h）（km/h）（km/h）号（km/h）（km/h）（km/h）140000.002458.518.5120.26245.15.15.10.132556.816.81.70.03332.27.812.90.292661.721.74.90.09432.27.800.002757.617.64.10.07524.415.67.80.242852.612.650.09634.95.110.50.232951.311.31.30.02744.14.19.20.263048.88.82.50.05850.310.36.20.143147.57.51.30.03952.512.52.20.043244.84.82.70.061054.714.72.20.043343.53.51.30.031146.16.18.60.163441.31.32.20.051244.34.31.80.043539.10.92.20.051348.18.13.80.093637.72.31.40.041442.12.160.123736.13.91.60.041550.210.28.10.193833.46.62.70.071659.619.69.40.193931.28.82.20.071743.43.416.20.274030.49.60.80.031848.18.14.70.114130100.40.011936.83.211.30.2342301000.002045.55.58.70.2443301000.002148.18.12.60.0644301000.002260.220.212.10.254524.615.45.40.182346.56.513.70.234629.310.74.70.195.3.2基于运行速度的舒适性指标基于运行速度的舒适型指标有两种，一种是横向力系数μ另一种是曲线离心加速度a，本文选择第一种横向力系数μ，本案例设计标准中不设超高的圆曲线最小半径为h600m，所以本案例中设计超高的圆曲线总共有7处。基于运行速度的舒适性指标μ值如下表所示：57万方数据 第5章实例分析表5-6横向力系数μ编号运行速度V（km/h）线半径（m）μVinVmiddleVout137.534.832.16000.10232.127.524.43150.13348.444.241.26000.11449.446.540.93000.16545.141.137.83000.14651.148.645.56000.1278.26.96.24750.015.4线形和安全性评价结果及分析5.4.1运行速度与设计速度将每个路段的运行速度与设计速度之差做成下图：25km/h2015105运行速度与设计速度之差看005101520253035404550划分路段编号图5-5运行速度与设计速度之差从图5.5中可以看出：（1）运行速度与设计速度之差值大于20km/h的路段总共有2段；大于10km/h且小于20km/h的路段有17段；小于10km/h的路段一共有27段；最大运行速度为61.7km/h，最小运行速度为24.6km/h，而设计速度为40km/h。（2）根据表4.3，可以得出有3%的路段的连续性较差，37%的路段连续性良好，60%的路段连续性优秀。58万方数据 长安大学硕士学位论文5.4.2相邻路段运行速度之差将相邻路段运行速度之差V85做成下图。1816km/h141210864相邻路段运行速度之差2005101520253035404550-2划分路段编号图5-6相邻路段运行速度之差从图5.6中可以看出：（1）最大的运行速度之差为16.2km/h，最小为0km/h。（2）从相邻路段运行速度之差来看，相邻路段运行速度之差只有一处大于15km/h，其余都小于15km/h根据表4.4，待评价路段协调性良好。运行速度之差较大的路段主要有三处，4号单元、16号单元和22号单元路段，其中4号单元路段是直线段接曲线半径为315m的平曲线；16号单元为纵坡路段接曲线半径为300m的弯坡路段；22号单元为直线路段接曲线半径为600m的弯坡路段，在设计中应尽量避免直线段后接小曲线半径路段，这样不仅可以提高协调性也可以提高运行速度。5.4.3协调性指标c协调性指标c随路段变化如下图所示：59万方数据 第5章实例分析0.350.300.25c0.200.15协调性指标0.100.050.0013579111315171921232527293133353739414345划分路段编号图5-7协调性指标c从图5.8中可以得出：（1）协调指标c大于0.2的路段有10段；协调性指标c大于0.1小于0.2的路段有15段；协调性指标c小于0.1的路段有25段。（2）根据表4.5可知，该待评价路段有20%的路段协调性较差，27%的路段协调性良，53%的路段协调性优秀。协调性指标c较大的路段有10处，分别为路线单元3、4、6、7、16、18、22、23、24、45，这8个路线单元协调指标c过大的原因是，这些单元都是纵坡路段接小半径曲线或长纵坡路段接弯坡路段。所以在设计中为了提高协调性应尽量避免纵坡路段接小半径曲线或长纵坡路段接弯坡路段。5.4.4横向力系数μ各超高路段横向力系数如下图所示：60万方数据 长安大学硕士学位论文0.180.160.14μ0.120.10.08横向力系数0.060.040.020012345678设置超高曲线路段编号图5-8舒适性指标横向力系数μ从图5.9中可以得出：（1）横向力系数μ大于0.15有一处，即路线单元16；横向力系数μ大于0.1小于0.15的有四处，即路线单元4、10、16、18；横向力系数μ小于等于0.1的有两处，即路线单元2、44。（2）经分析，路线单元16横向力系数过大的原因是，路线单元16之前长纵坡路段，而且为下坡路段，所以导致速度增加很快，而且路线单元16为曲线半径为300m的弯坡路段，所以导致横向力系数过大，舒适性差。总体分析：该待评价路段的最后9个路线单元因为是连续纵坡路段，所以最后9个路线单元连续性较差。综合考虑运行速度之差和协调性指标c，可以得出路线单元4、13、16、22、45因为纵坡路段和弯坡路段相接从而导致协调性较差。因为曲线半径较小且速度较高导致横向力系数μ过大，导致舒适性降低。所以为了提高路线的连续性应避免连续纵坡，对最大坡长和最大坡度进行调整；避免长纵坡路段接小半径曲线从而提高协调性和舒适性。5.5本章小结本章应用建立的双车道运行速度预测模型，对敦煌市鸣沙山沿线景观大道的运行速度进行了预测，通过对路线的连续性、协调性以及舒适性三个指标进行分析，对路线的线形安全性进行了评价。61万方数据 第6章结论与建议第6章结论与建议6.1结论本文通过调查研究，总结论证国内外对于道路设计线形评价的一系列方法，并针对本文研究内容，基于道路车辆运行速度，提出低等级道路线形和安全性评价方法，得出的主要结论如下：1、论述了一些关于运行速度的概念，对运行速度的影响因素进行了详细的论证。2、从运行速度影响因素出发，通过分析期望车速形成的过程，在规范的基础上完善了双车道公路路线平直路段、纵坡路段、平曲线路段以及弯坡路段的运行速度预测模型。3、根据双车道公路线形和安全性评价指标的选取原则和范围，选取了具有适用性的基于运行速度的连续性指标、协调性指标和舒适性指标。4、利用建立的运行速度预测模型和选取评价指标，对敦煌市鸣沙山沿线景观大道进行线形和安全性评价，评价结论表明了运行速度模型的适用性和评价指标的合理性。6.2建议本文在写作完成过程中，没有充分吸收和参考国内外现行的，关于道路线形设计的最为先进的技术方法和标准，在以后的研究和分析中，可以考虑重点对以下几方面进行深入研究：1、计算模型中，对于初始速度的选取，具有一定的主观性，缺乏强有力的理论依据。设计速度作为初始行驶速度，并不能反映所有司机的运行状态。所以，初始运行速度的取值有待以进一步的研究与发展。2、车辆驾驶人员，因自身身体素质不同，可以接受的行驶过程中造成的心里压力也不同；而且由于驾驶人员自身对于周围环境、气候、路况、天气等外界因素产生的心态不一样。因此本文选取的期望行驶速度具有一定代表性，没有考虑变异性，这些主观因素都应作为今后研究过程中必须考虑的影响因素。62万方数据 参考文献参考文献[1]郭忠印，方守恩.道路安全工程[M].北京:人民交通出版社.2003.9[2]JTGB01-2014.公路工程技术标准[S].北京:人民交通出版社.2014.9[3]许洪国.周立,鲁光泉.中国道路交通安全现状、成因及其对策[J].中国安全科学学报2004.8:34-38[4]闫小勇,王扬,张天伟.我国近期道路交通事故发展趋势分析与预测[J].交通标准化.2006.1:85-87[5]DanielR.Jessen.OperatingSpeedPredictiononCrestVeiticalCurveofRuralTwo-LaneHignwaysinNebraska,TransportationResearchBoard,NationalResearchCouncil.1987[6]WorldRoadAssociation.RoadSafetyManual.2003－PIARCTECHNICALCOMMITTEEONROADSAFETY（C13）:298～300[7]JTG/TB05－2015.公路项目安全性评价规范[S].北京:人民交通出版社.2015.12[8]陈照章.我国道路交通安全的现状及其对策[J].中国安全科学学报.2002.6:14-17[9]范振字，张剑飞.公路运行车速测算模型的研究和标定[J].中国公路学报.第15卷第1期2002.1P107-109[10]王恒,方守恩.考虑加速度运行车速的计算[J].山东交通科技.2004.(3).10-12[11]JTGD20-2006.公路路线设计规范[S].北京:人民交通出版社.2006.10[12]张泽良.基于运行速度的双车道公路线形设计方法研究[D].重庆交通大学.2010.4[13]高建平，郭忠印.基于运行车速的公路线形设计质量评价[J].同济大学学报（自然科学版）.2004，32（7）:906～911[14]杜博英.运行车速与道路线形[D].同济大学.2003.3[15]梁夏.公路几何线形与道路安全性关系的研究[D].同济大学.2002.4[16]BrodinA,CarlssonA.TheVTITrafficSimulationModel[R].Linkping.VTIMeddelande321A.SwedishRoadandTrafficResearchInstitute.1986[17]刘志强,王运霞.双车道公路线形连续性分析与评价[J].公路交通科技.2008.25(12).176-179[18]孔令旗.高速公路运行车速与道路安全性关系研究[D].同济大学2004.363万方数据 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致谢致谢值此论文完成之际，对我学习、工作和生活中给予我无私帮助的人，表示我深深的感激之情。本文是在敬爱的秦建平教授和程生平高级工程师的悉心指导下完成的，论文完成过程中，秦建平教授和程生平高工都为我指点迷津。秦教授渊博的学识，严谨的教学态度，以及开拓创新的精神让我永生难忘，将在我以后的学习和工作中，为我指明前进的方向。程生平高工一丝不苟的工作态度，也使我受益匪浅，这么多年的工作生活，他始终作为一个长辈出现在我的生活中，但是每当我遇到困难时，他却以一位朋友的身份为我排忧解难，工作中的点点滴滴，也使我终身难忘，我将以程生平高工为榜样，脚踏实地，继续在工作中奋斗努力。在论文选题、写作过程中，还得到了课题组其他老师的悉心指导和帮助，在此也一并向你们表示衷心的感谢！祝愿各位论文评阅人和答辩组的老师们，身体健康，工作顺心！祝愿所有关心和帮助过我朋友，阖家幸福，天天有份好心情！66万方数据
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