公路直线路段行车轨迹研究Word格式文档下载.docx
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车辆的行车轨迹和运行速度有直接的关系;
车辆类型造成的行车轨迹差异明显。
关键词:
交通工程;
行车轨迹;
数理统计;
行车道;
侧向安全宽度0 引言车辆的行驶速度和行驶轨迹作为驾驶行为在车辆上的直观体现,是道路交通系统作用于车辆行驶状态上的重要表现形式,也是道路线形安全性和舒适性评价的重要指标之一[1-2]。
现行以汽车行驶理论为基础的道路路线设计方法假设车辆的行驶状态是一种理想状态,即,没有任何的外界干扰,严格按照行车道中心线行驶[3]。
然而,汽车在实际行驶过程中,由于受驾驶员、车辆和道路环境各方面的影响,车辆正常行驶轨迹与行车道中心线并不保持很好的一致性,即出现了车辆行驶轨迹偏差[4],该假设必将导致按照现行规范指导设计的道路几何线形,在承载实际的驾驶行为时产生功能上的偏差。
在过往的很多研究中[3,5-11],认为公路弯道处的道路设计轨迹与驾驶员期望的车辆行驶轨迹相差较大,在弯道处离心力、车辆状况和视野范围等因素迫使驾驶员做出有意识或者无意识的调整,一旦判断有误、调整不及时,便会引发交通事故。
对直线路段的行驶轨迹研究则很少,但直线作为公路几何设计中最基本、最重要的指标之一[12],也是事故的多发地段。
近年来,中国西部地区的道路交通迅猛发展,由于地区辽阔,长平直线道路不断增加,随之出现了较多的交通事故,造成大量的人员伤亡和财产损失。
国内对直线道路汽车行驶的安全性研究还是局限在各种平面线形对安全的影响[13-15],并未对直线上车辆的行驶轨迹进行系统的分析研究。
本研究从车辆实际运行状况出发,基于驾驶员所需的侧向安全宽度,分车道、分车型研究行车轨迹的分布规律,以期为道路的相关研究提供参考和依据。
1 行车轨迹观测试验方法1.1 数据采集1.1.1 试验地点和时间试验地点选取了西安三环绕城公路五处路面状况较好的直线路段。
所选观测地点路线均较为顺直,且有天桥跨越主线,试验人员隐蔽在天桥上,不会对驾驶员的心理产生干扰,得到的试验数据比较有代表性。
为避免因驾驶员疲劳驾驶等非正常情况影响数据调查的准确性,调查时间尽量避开中午时间,选择上午和下午的白天时间,既不要太早也不要太晚。
1.1.2试验设备和仪器记录设备采用高清SONY数码摄像机,该设备可以清晰地记录车辆行驶轨迹和调查人员的声音。
测速设备采用俄罗斯生产的GA297—2001标准“火花”牌雷达测速仪,该设备轻便灵活,可测相向或相对车辆的运行速度,具有较高的测速效率和精确性,具体参数如表1所示。
表1 雷达测速仪参数表Tab.1 Radarvelocitymeterparametertable工作环境温度/(°
)测速范围/(km·
h-1)测速误差/(km·
h-1)静态运动静态运动探测距离/m测量时间/s工作频率K波段/GHz-40~6020~25020~25012300~8000.124.15±
0.11.1.3 数据采集方法在天桥上,摄像机架在所调查车道中心线的正上方,记录车辆在车道上正常行驶的运行轨迹,同时试验人员用雷达测速仪测出每一辆车通过此路段的车速,并及时大声报出记录在摄像机中。
录像时间为每处采集点2h左右,同时总数量不能少于500veh,以保证统计数据在95%的置信区间内误差率小于5%,满足分析其规律的要求。
1.2 数据处理1.2.1 汽车车型划分在以往的研究中,大多数研究都采用车辆后轮边缘作为轮迹研究的观测点[16-18],但是考虑到我国交通法规规定车辆靠右行驶,驾驶员位置处于前端左侧位置,驾驶员在操作过程中对左侧前轮所处的位置感觉误差是最小的,在一般的超车、避让、变向过程中,驾驶员对后轮的位置感觉是最差的。
因此本试验观测的是车辆两前轮边缘外侧距所在车道两侧标线的距离。
通过网上资料调查和实车测量,发现大多数车辆前、后轮轮距宽度相差不大,甚至有些车辆前轮轮距宽度要比后轮轮距宽度大一些。
根据调查分析,国内常见的载重量≥4t的载重汽车与车长≥7.5m的大中型客车划为大型车,后轮总宽定为2.50m;
载重量2~4t的载重汽车与车长5.4~7.5m的客车及专用公务车划为中型车,后轮总宽定为2.10m;
小轿车、车长[19]。
所以本研究中所有车辆前轮轮距宽度按后轮轮距宽度取值,大型车、中型车和小型车的前轮轮距宽度值分别取为2.50,2.10m和1.80m。
1.2.2 车道分类及特性
(1)车道分类我国公路横断面上的车道数一般呈偶数对称布置,少的一般为双车道,多的可达十车道甚至更多,为方便处理,本研究按各车道特性对其进行分类。
第一车道:
靠近左侧路缘带的内侧车道。
第三车道:
靠近右侧硬路肩的车道(由于三环公路没有硬路肩,所以本研究不进行分析和研究)。
第二车道:
第一车道和第三车道之间的所有车道。
1.2.3 数据处理方法
(1)观看道路现场试验录像,听取录像中播报的车辆即时运行速度并进行记录,同时利用视频分析软件Virtualdub截屏截取与记录的运行速度所对应的车辆所处车道横向位置,保存成图片格式并记录。
(2)由于截取的画面中车辆的位置会有远近的差异,因此在图片中每辆车两前轮距车道两侧标线的距离会有较大的不同。
因此利用AutoCAD软件打开每张图片,选取车辆前轮最前沿所在直线为基准线,测量车道两侧标线中心线之间的距离L以及左、右前轮外侧边缘距两侧标线中心线之间的距离L1和L2,如图1所示。
图1 AutoCAD测量车辆位置示意图
Fig.1 Schematicdiagramofmeasurementpositionof
vehiclebyAutoCAD(3)根据资料已知所处调查路段车道宽度为3.75m,采用等比例法可得到车辆所处道路实际位置,具体计算方法如下。
(1)
(2)式中,LZ为车辆左前轮外侧距左侧标线中间位置的实际距离;
LY为车辆右前轮外侧距右侧标线中间位置的实际距离;
L为车道两侧标线中间位置之间的间距;
L1为车辆左前轮外侧距左侧标线中间位置的实际距离;
L2为车辆右前轮外侧距右侧标线中间位置的实际距离。
为研究方便将车道标线的宽度假设为0,位置处于原标线宽度中间位置,这样左右前轮外侧距标线中间位置的距离即为假设情况下左右前轮外侧距标线的距离。
将所得车道位置数据、车辆类型以及所处车道分类记录,并利用SPSS软件进行分析和处理。
2 行车轨迹分析2.1 第一车道车辆行车轨迹分析研究中第一车道一般指道路的内侧车道,左侧受路缘带宽度和中央分隔带设施的影响,右侧为行车道,驾驶环境右侧相对轻松,左侧较为紧张。
驾驶员驾驶行为选择方式比较少,车辆轮迹分布规律性比较集中。
2.1.1 轮迹分布值研究利用SPSS软件对第一车道车辆轮迹进行分布值处理,如表2所示。
表2 第一车道车辆轮迹分布值Tab.2 Distributionofvehiclewheeltracksin1stlane车型平均值/cm左前轮轮迹右前轮轮迹分布区间宽度95%置信区间宽度小型车119.491.6(36.4,7.7)(65.1,36.8)330.9273.1中型车109.383.3(15.9,-11.1)(48.3,21.6)370.2305.1大型车70.571.0(-4.4,-9.3)(21.6,18.5)388.7334.9注:
(1)本研究中车辆的左右前轮的分布值是指车轮外缘与车道边缘标线之间的距离;
(2)括号中的值为车轮轮迹距两侧标线的距离,正值表示在车道内侧,负值表示在车道外侧。
为了更直观和明了地观察车辆在第一车道各车型车辆的轮迹分布,将左右两个前轮的轮迹分布范围在车道图中对照绘出,见图2~图4。
图2 第一车道小型车轮迹分布示意图
Fig.2 Distributionofwheeltracksofsmallcarsin1stlane图3 第一车道中型车轮迹分布示意图
Fig.3 Distributionofwheeltracksofmedium
vehiclesin1stlane图4 第一车道大型车轮迹分布示意图
Fig.4 Distributionofwheeltracksoflarge
vehiclesin1stlane对比3种类型车辆的轮迹分布,均呈现一定的规律性:
(1)第一车道小型车在正常行驶状态下,左右侧前轮轮迹分布区间在距左侧路缘带36.4cm到右侧标线7.7cm的范围内,总宽度为330.9cm。
95%置信区间范围的宽度为273.1cm。
可以看出,375cm的行车道宽度基本可以满足大部分小型车驾驶员的自由行驶。
(2)第一车道中型车在正常行驶状态下轮迹的分布区间在距左侧路缘带15.9cm位置到右侧标线-11.1cm位置的范围内,总宽度为370.2cm,95%置信区间范围的宽度为305.1cm。
可以看出,375cm的行车道宽度可以满足绝大部分的中型车的正常行驶。
但是由于中型车宽度较大,在控制左侧安全侧向余宽和右侧相邻车道车辆较少的前提下,少部分驾驶员会超过右侧标线少量距离行驶。
(3)第一车道大型车在正常行驶状态下轮迹的分布区间在距左侧路缘带-4.4cm位置到右侧标线-11.1cm位置的范围内,总宽度为388.7cm。
95%置信区间范围的宽度为334.9cm。
可以看出,375cm的行车道宽度可以满足绝大部分的大型车的自由行驶。
但是由于大型车宽度较大,在权衡两侧安全横向距离和相邻车辆行驶状况的情况下,少部分驾驶员会超过两侧标线少量距离行驶,其中超过右侧标线行驶的车辆居多。
综合3种类型车辆的轮迹分布平均值可以发现,第一车道小型车、中型车和大型车驾驶员所需左侧侧向安全宽度分别为119.4,109.3cm和70.5cm,右侧所需侧向安全宽度分别为91.6,83.3cm和71.0cm。
小型车和中型车驾驶员左侧所需侧向安全宽度大于右侧,说明虽然有左侧路缘带为驾驶员提供侧向余宽,但由于中央分隔带危险系数比右侧车道的影响要大,路缘带的宽度小于驾驶员所需的安全距离,所以驾驶员的选择会偏向车道右侧。
对于大型车,车身比较宽,驾驶员的视野也比其他驾驶员宽阔,大部分车辆处于车道中间行驶,因此可以认为路缘带的宽度基本满足大型车的安全行驶。
2.1.2 速度与行车轨迹的关系将每辆车的轮迹分布与速度按车型分类整理,绘制试验路段中小型车、中型车和大型车的车速与轮迹分布的关系的散点图,如图5~图7所示。
各车型车速与轮迹分布的关系整理见表3。
图5 第一车道小型车车速与轮迹分布的关系
Fig.5 Relationshipbetweenspeedandwheeltrack
distributionofsmallcarsin1stlane图6 第一车道中型车车速与轮迹分布的关系
Fig.6Relationshipbetweenspeedandwheeltrack
distributionofmediumvehicl
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