论文总字数：34016字
摘 要
作为我国公路运输系统的重要组成部分，高速公路的存在在提高公路运输的速度和质量上，起着至关重要的作用。而高速公路匝道地区，属于交通事故高发区，因此，对高速公路匝道的车辆速度特性研究显得十分必要。
本文通过对四条高速公路入口匝道车速进行测量，对车辆在高速公路入口匝道的车辆速度分布特性及其影响因素进行了研究。
通过对各个匝道特征点的平均速度等车辆速度分布特征参数进行统计分析，其结果显示从车辆在单个匝道的速度分布来分析，车辆在匝道全程的总体趋势为，在匝道前半段加速，而后加速度变小，甚至趋于匀速，而在匝道中后段会出现一个较为明显的减速，减速幅度大小因匝道不同而有所差异，之后再次加速，驶出匝道，且驶出匝道加速度明显高于在匝道内的加速度。而车辆在加速车道部分，总体呈匀加速运动趋势。
最后，根据车速测量和分析结果，建立了单个车辆在匝道匀速段的车辆速度线性回归模型。模型显示匝道的前段缓和曲线长度对车辆在匝道匀速段的车速有着较为明显的影响。
本文研究成果对匝道线形设计时，对匝道的缓和曲线长度的选取和优化有参考价值。
关键词：高速公路匝道；车速分布特性；影响因素；线性回归；道路几何设计
Abstract
As an important part of China's road transportation system, the existence of highways plays a vital role in improving the speed and quality of road transportation. The highway ramp area is a high-incidence area for traffic accidents. Therefore, it is necessary to study the vehicle speed characteristics of expressway ramps.
This paper studies the vehicle speed distribution characteristics and its influencing factors of the vehicle at the expressway entrance ramp by measuring the speed of the four expressway entrance ramps.
Through the statistical analysis of the vehicle speed distribution characteristic parameters such as the average speed of each ramp feature point, the results show that the overall trend of the vehicle in the whole ramp is the acceleration of the vehicle in the first half of the ramp, and then the acceleration. It becomes smaller, even tends to be uniform, and there will be a more obvious deceleration in the back section of the ramp. The magnitude of the deceleration varies with the ramp. After that, it accelerates again and exits the ramp, and the acceleration of the exit ramp is significantly higher than the acceleration within the ramp. While the vehicle is in the acceleration lane section, the overall acceleration trend is uniform.
Finally, based on the vehicle speed measurement and analysis results, a linear regression model of vehicle speed for a single vehicle in the uniform section of the ramp is established. The model shows that the length of the swaying curve of the front section of the ramp has a significant influence on the speed of the vehicle in the constant speed section of the ramp.
The research results of this paper have reference value for the selection and optimization of the length of the relief curve of the ramp when designing the ramp line.
KEY WORDS: Freeway ramp; speed distribution characteristics; influencing factors; linear regression；roadway geometric design
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景 1
1.2国内外研究现状国内外研究现状 1
1.1.1国外研究现状 1
1.1.2国内研究现状 2
1.3主要研究内容 4
1.4技术路线 5
1.5本章小结 6
第二章 车速影响因素分析及研究方法 7
2.1车速影响因素分析 7
2.1.1驾驶员因素 7
2.1.2道路条件因素 7
2.1.3车辆条件因素 8
2.1.4交通条件因素 8
2.2研究方法 8
2.2.1仪器介绍 8
2.2.2高速公路入口匝道的定义及其组成部分 10
2.2.3不同车辆类型划分 11
2.2.4调查方法 11
2.3 本章小结 12
第三章 基于一般统计方法的车速分布特性分析 13
3.1统计方法 13
3.1.1车速的集中趋势参数 13
3.1.2车速离散趋势参数 14
3.2车速影响因素分析 14
3.2.1车速的集中趋势参数统计 17
3.2.2车速离散趋势参数统计 27
3.3 本章小结 31
第四章 匝道车速的多元线性回归分析 32
4.1 多元线性回归模型简介 32
4.2 车速多元线性回归模型的建立 33
4.2.1 大型车速度模型 34
4.2.1 小汽车速度模型 35
4.3 本章小结 36
第五章 结论及展望 37
5.1 研究结论 37
5.2 展望及不足 38
第一章 绪论
1.1研究背景
作为我国公路运输系统的重要组成部分，高速公路的存在在提高公路运输的速度和质量上，有着举足轻重的地位。随着我国经济建设的不断发展，高速公路等总长度也在不断增加，高速公路中存在的一些问题，也逐渐凸显了出来。通常情况下，高速公路的出入口匝道属于高速公路交通事故及拥堵现象发生的高发区域。根据美国国家公路交通安全管理局（NHTSA）在对 2000 ~ 2004 年间发生在高速公路上的 27142 起死亡交通事故的统计调查，其中与立交相关的事故为5910 起，占到总数的 21.8%；而匝道连接部处的事故为 1894 起，占到立交范围事故总数的 32%。可以看出匝道的车辆行驶安全对于整个高速公路的车辆行驶安全显得十分重要，因此对高速公路匝道的车辆行驶特性研究就显得十分必要与迫切。对于车辆的行驶特性而言，车速是一个十分重要且直观的指标参数，要研究车辆的行驶特性，对其车辆车速的研究是无法绕开的。而相较固定的设计速度，车辆在匝道的实际速度变化较大，因此有必要对高速公路匝道的速度分布及其影响因素进行研究。
基于此，本文将对高速公路入口匝道车辆速度分布特性与影响因素进行研究，为对高速公路入口匝道的安全性评价及之后的高速公路入口匝道设计提供一定的理论支持与参考。
1.2国内外研究现状国内外研究现状
1.1.1国外研究现状
国外在车速分布特性研究方面起步较早，早在1985年Parker[1]就曾对影响车速限制的因素进行研究，认为85％位车速影响程度最大，其次为交通事故，再其次为车速众数，影响程度最小的是路侧设施的种类及数量。
Helbing[2]在1996年对车速方差与平均车速及密度之间的关系进行了研究，并借助相关数据创立了有关模型，同时他们对荷兰高速公路交通数据进行了实地测量，并借助测量所得数据对模型进行了检验。
Venkataraman和Fred[3] 在1998年通过数据分析，认为车速及其离散性的影响因素总体上可分为内在因素和外在因素。内因包括相邻车道的车速及离散性、车辆混合、车流量等，外因包括气候、道路几何条件、时间因素等。同时以此建立了车速及车速离散的相关模型。
Partha和Satish[4]等人在2006年的研究发现，车速分布曲线主要有双峰形式和单峰形式两种。他们通过对他们所在国家十多个公路的不同断面的车速进行测量，得到各公路各断面的车速数据，并以此对车速分布曲线进行分析，得出当且仅当(V85一V50)与(V50-V15)的比值处于O．69．1．35之间时，车速分布曲线为单峰形式。
而Chih-Lin Chung和Will W. Recker[5]在2014年的研究显示，离散测量，速度变化系数，与密度呈指数关系，平均速度为负指数，流量为两相线性。而速度的标准偏差，与基本参数没有任何简单的关系，其最大值出现在自由流速的大约一半到三分之二处。
Saha P [6]等人在2017年对印度的乡村公路的车辆速度分布研究发现，逻辑分布函数适合于描述观察到的速度数据，因此，速度百分位数是从它得出的。发现阻碍交通流量的较慢车辆的极限速度约为25公里/小时。交通流中以该速度或低于该速度移动的车辆导致较快速度的车辆延迟，从而当通过时受到一定程度的限制，排在中等和重度流动时形成。在评估PTSF时考虑被困在排内的车辆的比例，PTSF是评估双车道高速公路服务水平的性能指标。因此，最重要的是达到限制速度的准确估计以接近延迟的车辆。
Wang X 等[7]在2018年通过对上海的八条主干道的234条单向路段的平均速度，速度变化，几何设计特征，交通量和交通事故数据进行分析，开发了具有随机效应的分层泊松对数正态模型，发现城市主干道平均速度增加1％与总事故率增加0.7％相关，而较大的速度变化也与事故率增加有关。
1.1.2国内研究现状
诸葛敬敏[8]在2000年对北京的一条快速路的车速进行测量统计，并对其车速分布进行了研究。结果显示，当车流量较小时，车辆的速度分布接近于对数正态分布；而当车流量的增大后，车速的分布接近于正态分布。
李晶 [9]等在2003年对东北地区的双车道公路进行了的大量数据调查，重点研究了在自由流情况下车辆在不同断点的车速分布。其统计结果分析的表明在双车道公路上，自由流情况下的车辆速度分布服从正态分布。
钟连德 [10]等在2004年对快速路的车速特性进行了分析。结果证明，车速的总体特性和部分文献所描述的车速总体特性有所区别。有些文献认为车辆的总体特性服从正态分布或对数正态分布，但该研究结果表明并不是如此。当流量较低时如文献描述一般，车速服从正态分布；但流量较高时，车速服从偏正态分布．
阎莹 [11]等在2008年通过对高速公路不同的断面车辆行驶速度数据进行了分析，统计得出了高速公路不同断面的车速分布特性。然后利用概率分布图和K-S检验法对数据进行分析处理。其结论为高速公路断面运行车速服从正态分布。
臧晓冬[14]在2011年的研究中对比分析了国内外现有交织区运行速度分析模型应用在快速路互通立交交织区运行分析中的不足，并建立了城市快速路互通立交交织区交织速度和非交织度预测模型，并进行了验证。
孙祥龙等[12]在2012年通过对四条普通公路的速度调查，对道路因素、交通流因素、车辆因素与速度分布特性参数的关系进行了研究，发现车道数量、车道位置、交通饱和度、交通组成等因素都会对车辆速度分布特性参数产生不同程度的影响，并对这些影响做出了一个定性的判断。
孟祥海等[13]在2013年对一些高速公路各种封闭形式的施工过渡区段进行了车速调查。调查结果显示，从上游正常路段到过渡区再到施工区车速分布的标准差在明显减小，而小型车和大型车的车速差距也在明显减少。他们最后以此给出了施工段车速限制建议。
同年，任彦铭等[15]通过对南京数条交通主干路的交通数据进行测量，对其车速分布进行了研究。研究发现城市主干路路段车速分布形式其主要影响因素为车辆行驶时的自由度，而车速分布的参数值的主要影响因素则有道路条件以及交通流状态。
汪尚天等[16]在2015年以实车驾驶数据为基础，对地上、地下快速路上的车辆行驶速度的差异和变化特征进行了研究，同时分析了车辆在地下快速路的行驶距离，以此给出建议城市地下快速路加速车道长度不小于110m。
张智勇等[17]在2015年对北京市互通式立交的匝道车辆速度数据进行了分析测量分析。他们通过分析将互通式立交匝道按车辆速度特性分为三段，即减速段、匀速段、加速段。然后，他们着重分析了超高、CCRS、圆曲线半径对其运行速度的影响，分三段构建了相关模型并进行了检验。
吴彪等[18]在2016年对高速公路施工区路段的实测车速数据进行了分析，利用单样本K-S检验方法和概率密度曲线对断面的车速分布形式进行了分析，发现高速公路施工区路段车速服从正态分布，施工区交通控制分区对车速集中趋势和离散程度影响显著。
方守恩等[19]在2017年也对城市地下快速路匝道入口车辆进行了研究，他们采用了驾驶模拟器对车辆在加速车道的行驶数据进行收集。在得到数据后，他们对数据进行了回归分析，构建了车辆在加速车道的行驶距离回归模型。
袁愈锋 [20]在2018年的研究中，对互通立交集散车道特征点处处的车辆速度进行了收集，并从中筛选出了自由流情况下的车速数据。然后，他们以此建立了车辆在集散车道的速度运行曲线。
朱建全 [21]在2018年对城市快速路路段的车速进行了分析，发现车辆行驶时所处的车道位置以及交通流状态对车速分布特征有着不同程度的影响 ，在一定的条件下 ，地点车速与路段车速的分布特征趋于相同。
和匝道相关的，国内也有一些相关研究。卢川等[22] 在2010年的研究中利用谷歌地球作为观测工具进行了大量的观测，并以此总结了影响匝道类型划分的主要因素。他们据此将我国出口匝道主要分为了4类，比较了4种类型出口匝道的优缺点，并对一些实际典型问题进行了说明。
同年，苏世毅[23]采用运行速度的设计方法，对出口匝道的设计流程进行了新的设计，提出我们在进行具体设计时，应该根据主线的运行速度验算结果和主线的平纵线性，同时将车辆在减速车道的实际运行状况纳入考虑范围，以此更加合理的确定减速车道的设计指标，并之后进行了实例分析。
卢川等 [25]在2013年的研究中对高速公路入口匝道通行能力进行了研究，其研究主要分析匝道与高速公路主线的连接段，即我们常说的加速车道段，在研究中以实例说明了对高速公路入口匝道通行能力计算的方法与其必要性。
胡娟娟等 [24]在2017年的研究中，通过建立基于出入口匝道的快速路的运行模型和基于拥堵状态的快速路安全评价模型对出入口匝道的安全性进行了分析。分析发现，出入口匝道车流交汇会产生的延误,而这延误将会对快速路的安全性造成很大的影响。
曹廷等 [26]在2017年选用南京长江大桥入口作为数据采集点，通过对主线车道的车速密度等宏观变量和车辆换道次数等微观变量进行相关性分析。发现这些变量之间存在着非线性相关性，并以此构建了非线性关系模型，并进行了检验。
以上这些前人的研究，都为本文的研究提供了重要的参考。
1.3主要研究内容
从上文的叙述中可以看到，国内外对于车速影响因素的研究都较早，并都取得了一定的研究成果，其中的研究方法等都为本文做了很好的铺垫。但国外的道路等级，交通状况，车辆特性，驾驶员行为特性等都与国内有相当的差别。而国内的研究内容主要集中于高速公路与城市快速路的车速分布特性，对匝道的相关研究相对偏少。基于此，本文拟对匝道的入口匝道路段各类型车辆速度的变化趋势，研究不同类型车辆间及不同匝道位置处速度的异同，结合匝道线形资料，采用多元线性回归分析等方法探究影响车辆速度特征的主要因素。本文主要内容具体如下：
第一章为绪论，主要对以往的研究成果进行详尽的资料调查及总结，对本文的研究背景进行简要的分析，客观分析国内外的研究现状，同时明确此次研究的主要研究内容与的技术路线，为之后的进一步研究打下基础。
第二章为车速影响因素简介及研究方法，主要对已有研究中车速的影响因素进行总结与分析，明确本文所研究的车速主要影响因素，之后进行研究方法的介绍。
第三章为基于一般统计方法的车速分布特性分析，首先根据统计学知识将车速分布特性分为平均车速，15%位车速，85%位车速，车速标准差等表现形式，然后根据对上一章所确定的影响因素进行分析。
第四章为匝道车速多元线性回归分析，在上一章的基础上对车速进行多元线性回归分析，由此建立相关模型。
第五章为结论与展望，主要对此次研究的成果进行简要总结，并指出不足及未来的发展方向。
1.4技术路线
研究背景
国内外研究现状
车速影响因素分析
数据获取
航拍视频获取
匝道平面拟合
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