山区高速公路交通特管区设置方法研究|管区|限速|高速公路

导语：近年来，我国交通基础设施建设发展迅速，与此同时道路安全问题也日益凸显。随着我国高速公路建设重点向中西部地区转移，公路线形也愈加受到了中西部地区恶劣地质地形条件的限制。在这种线形限制条件下，形成了较多的连续长下坡路段。货车在连续长下坡路段下坡时，受交通环境影响，驾驶人会频繁使用制动器进行减速，当制动器使用过热时可能会导致制动失灵，进而可能会导致货车发生追尾、碰撞护栏、冲出路基、侧翻等交通事故，严重影响货车的行驶安全。基于此，本文选取雅西高速拖乌山北坡交通特管区路段作为研究对象，收集断面交通信息数据进行交通特管区设置方法及速度控制策略研究，以期为山区高速公路交通安全运营和管理提供研究依据，供大家参考借鉴。

雅西高速公路自然地理条件复杂，线形布设条件困难，线形指标不高，且出现了连续纵坡与隧道群等不利线形组合。本文选取的研究路段为51公里长的拖乌山北坡，是目前全国第一长大纵坡。为解决事故预防管控压力，相关单位议定在拖乌山北坡设置交通特管区，通过研究此交通特管区的交通特性，分析交通特管区设置的合理性。

一、拖乌山北坡交通特管区概况

雅西高速拖乌山北坡交通特管区起于菩萨岗服务区附近（K2119），止于楠桠停车区附近（K2083），全长36km。特管区内实行严格的客分道行驶，左侧为客车道，限速60~80km/h；右侧为货车道，限速60~70km/h。

图1 拖乌山北坡交通特管区

基于特管区运行情况，需要获取路段交通数据以进行特性分析。国内外目前主要通过道路布设的高清卡口系统获取数据进行交通特性研究。高清卡口系统能够详细地记录车辆轨迹等车流运行信息，该系统记录的高清卡口数据可以研究交通状态和潜在事故的内在机理。然而由于国内高速公路上检测设备较为稀疏，不能支撑模型研判，这使得高密度的模型无法在这种条件下进行应用验证。另一方面，许多研究指出速度离散性对于事故风险有着显著影响，但是由于现有交通流数据多数来自于集计的线圈数据，速度离散性指标并没有得到充分研究。

雅西高速共在拖乌山北坡交通特管区内布设4个高清卡口设备，分别位于K2114、K2110、K2088及K2084，记录过往车辆信息及行驶状况。其中测点K2114附近纵坡为-4.003%，平面线形为半径420m、460m及870m的连续曲线路段；测点K2110附近纵坡为-3.995%，平面线形为半径650m的曲线接直线路段；测点K2088附近纵坡为-2.8%，平面线形为半径560m、620m的连续曲线接直线路段；测点K2084附近纵坡为-2.8%，平面线形为半径347m的曲线接直线路段。各测点在交通特管区的分布情况如下图2所示。本文基于2020年2月23日~2020年3月22日期间四个测点高清卡口的速度数据，对雅西高速拖乌山北坡交通特管区的速度整体分布以及离散特性进行分析。

图2 拖乌山北坡交通特管区测速点分布

二、交通特管区货车速度分布特性

速度-空间分布特性

☞ 速度变化情况——平均速度、85%位速度（V85）

根据观测地点车速数据，分别统计计算不同测点断面的平均速度及V85，以此观察车辆在特管区行驶过程的速度变化情况，计算结果如图3所示：

图3 测点断面速度变化

从上图3可以看出，货车平均速度从K2114处的60km/h逐渐下降到K2084的56km/h；V85速度从K2114处的65km/h逐渐下降到K2084的62km/h。可以看出，在交通特管区行驶时，随着下坡距离的增长，货车的速度逐渐降低。

☞ 速度分布情况——速度区间占比

将货车在各测点断面的速度按照10km/h一个区间进行划分，统计不同速度区间车辆所占的比例，结果如图4所示：

图4 各测点速度区间分布

从上图4可以看出，各测点速度区间比例最高的均为50~60km/h，分别占48.70%、55.65%、56.46%以及57.13%；遵循特管区限速（60~70km/h）行驶的车辆占比分别为41.62%、29.85%、23.14%以及20.77%；超速车（>70km/h）的比例分别为3.71%、2.26%、1.34%和1.92%；低速车（<40km/h及40~50km/h）的比例分别为0.69%、1.16%、1.50%和1.77%以及5.28%、11.08%、17.55%和18.40%。

可以看出，在交通特管区行驶的过程中，遵循限速行驶及超速车辆的比例逐渐减少，速度在较低区间（50~60km/h）及低速（<40及40~50km/h）行驶的车辆比例逐渐增加。由此可见，随着下坡距离的增加，货车行驶速度在整体上向低速发展，与断面变化情况一致。

速度-时间分布特性

☞ 24小时分布特性

● 速度变化情况——平均速度、85%位速度（V85）

统计并计算一天24小时内车辆平均速度及V 85 速度，以观察货车不同时间段内在交通特管区行驶时的速度变化情况。将所有数据按照时间划分为四个时间段进行统计计算：凌晨（0:00~6:00）、上午（6:00~12:00）、下午（12:00~18:00）以及晚上（18:00~24:00），计算结果如图5所示：

图5 各测点速度随时间变化图

从货车速度随时间的变化趋势可以看出，夜间（18:00~06:00）的V85速度和平均速度均稍小于白天（6:00~18:00），相较于白天，四个测点夜间V85速度和平均速度分别平均下降了3.25km/h和5.25km/h，原因可能是夜间行车光线较弱，视距变短，驾驶人的感知能力和判断能力下降，加之处于长大下坡路段，驾驶人通常会采取比白天更为谨慎的驾驶操作。但整体上来看，运行速度和平均速度随时间的变化幅度较小。

● 速度区间分布

以10km/h为一个区间进行划分，统计不同时段不同速度区间车辆所占的比例，进一步分析各测点速度随时间的分布情况。如图6所示：

图6 各测点不同时间段的速度区间分布情况

总体来看，不同时段各测点速度区间所占比例最大的均为50~60km/h，其次为60~70km/h及40~50km/h，<40km/h、70~80km/h及＞80km/h速度区间的比例最小，均小于5%。

相较于白天，夜间速度区间在50km/h以下的车辆比例增长了9.45%；在50~60km/h内的比例增长了4.67%；60~70km/h内的比例降低了12.07%；70km/h以上的比例降低了2.05%。由此可见，各测点速度时间分布基本为夜间低速车（<50km/h）及较低速车（50~60km/h）比例较高，白天正常速度区间（60 ~70km/h）及超速车（>70km/h）车辆占比较高。

☞高/低峰小时分布特性

● 高/低峰时段的选取

分别统计不同测点单个小时时段的货车交通量，以此选择一天中的高峰及低峰时段。由于提供的四个测点数据中货车交通量存在较大差异（分别为15785、20258、30534和9476辆），为了更清楚地观测不同测点各时段的交通量分布情况，将各测点交通量乘以一定的调整系数，使各测点的交通总量相同。统计结果如图7所示：

图7 各测点不同时间段的交通量分布情况

根据上图7可以看出，凌晨的交通量整体较低，4~6点最小；早上时段中9:00~11:00的交通量最大，下午16:00~18:00为全天交通量最大时段，晚上时段中18:00~20:00的交通量最大。因此，分别选择9:00~11:00、16:00~18:00及18:00~20:00为高峰小时段，4:00~6:00为低峰小时段。

● 速度变化情况--平均速度、85%位速度（V85）

同样，分别统计并计算各个测点高峰时段内和低峰时段内车辆的平均速度及V 85 速度，以观察货车在不同交通量状态下特管区行驶时的速度变化情况。统计结果如图8所示：

图8 各测点高低峰时段速度变化图

由上图8可以看出，高低峰时段内各测点V85速度均在61~66km/h之间，平均速度在54~61km/h之间。

● 速度区间分布

进一步以10km/h为一个区间进行划分，统计高低峰时段不同速度区间车辆所占的比例，并与24小时不同速度区间的分布情况对比。24小时时间段、高峰/低峰小时段各速度区间占比情况分别如表1和表2所示：

通过对比，发现高峰/低峰小时段与24小时时间段的速度变化情况以及各速度区间的分布情况基本相同，从白天到夜间，速度未随着交通量的减少而逐渐升高，却表现出低速车（<50km/h）与较低速度车（60~70km/h）的比例逐渐增加，高速车的比例逐渐减少的特性，导致平均速度和V85速度均有一定的下降。可以看出，速度整体上随时间的变化较大，但速度受交通量的影响则并不明显。

速度-驾驶人分布特性

☞ 速度——驾驶人分布特性

考虑到不同地区驾驶人对交通特管区路段的熟悉程度不同，将车辆按归属地分为川籍车和外籍车两大类，分析不同地区的驾驶人在该路段行驶的差异。具体分析结果如下。

● 速度变化情况--平均速度、85%位速度（V85）

根据测速点位置及车速数据，分别统计不同测点断面川籍车及外籍车的平均速度和V85速度，以此分析车辆在特管区行驶过程的速度变化情况。统计结果如下图9所示：

图9 不同地区车辆平均速度、V85变化趋势图

根据不同地区车辆的平均速度及V85速度变化趋势图，可以得出如下结论：

①川籍车、外籍车的平均速度、V85速度均随着在特管区行驶距离的增长，呈降低趋势，这与前文分析趋势一致。但外籍车下降的程度比从川籍车更大；

②各测速点川籍车的平均速度、V85速度均大于外籍车。相较于川籍车，外籍车速度平均分别低2.75km/h和1.5km/h；此外，可以看出，随着下坡距离的增长，川籍车与外籍车之间速度的差异逐渐增大。

● 速度分布情况——速度区间占比

将两种类型车辆在各测点断面的速度按照10km/h一个区间进行划分，统计不同速度区间车辆所占的比例，再对每一速度区间在四个测速点的比例取平均值，结果如图10所示：

图10 各测点速度区间分布

从上图10可以看出，川籍车高速车（大于60 km/h）的平均占比要较外籍车大，同时外籍车低速车（小于60 km/h）的平均占比要较川籍车大。

相较于川籍车，外籍车>70km/h及60~70km/h区间车辆比例分别低1.02%和14.82%，而50~60km/h及<50km/h区间的车辆比例分别高8.13%和7.71%，由此可见，更多的外籍车会以相对较低的速度在交通特管区域行驶；这导致外籍车在特管区行驶的速度在整体上要比川籍车低，在交通量较大的情况下，以较低速度行驶的外籍车辆可能会导致川籍车被迫降速跟车行驶。

特管区货车速度离散特性

车辆速度离散是指个体车辆在行驶过程中表现出的速度差异，这种差异是驾驶人主观选择的结果，如果这种差异过大则会导致事故率的上升以及交通流的紊乱，不利于交通安全。因此，研究速度离散现象对于加强对道路交通安全，特别是高速公路交通安全，有着重要的意义。

研究交通流车速离散性的特征及分布规律，有必要首先给出车速离散度的定义。基于目前已知的车速离散性相关领域的研究成果，提出三种车速离散度的描述方式：标准差(以下简称“SD”)、第85%位速度与15位速度差和平均邻车速差(以下简称“ASD”)。

● 速度标准差SD

车速标准差与交通流的密度、速度，以及交通事故率之问存在联系；另一方面，标准差具有简洁的形式和明显的统计学意义。因此，用车速标准差定义车速的离散程度具有合理性。设统计时间间隔内有n辆车通过观测地点，则用标准差定义的车速离散度具有如下形式：

式中，vi 为第i辆车的速度，为统计时间内的n辆车的平均车速。

● 第85%位速度与15%位速度差

在车辆速度分布研究过程中，研究人员发现速度累计频率分布曲线上，第85%位车速和15%位车速是速度分布研究过程中常用到的两个参数。因此在本文中，以85%位速度与15%位速度的极差来定义速度离散程度，并反映速度分布范围的程度。85%位速度与15%速度差的表达式如下：

式中，V85为第85%位速度，V15为第15%位速度。

● 平均邻车速差ASD

将统计间隔内通过观测地点的n辆车相邻两车速度差值的平均值定义为该统计间隔内交通流的车速离散度，计算公式如下：

式中，vi 为第i辆车的速度，vi 为第i+1辆车的速度。

平均速差的车速离散度定义具有明显的物理意义,一定程度上能够反映相邻车辆之间的相互作用。由于平均邻车速差能够反映相邻车辆之间的相互作用，因此高峰/低峰小时速度离散性指标选取速度标准差SD和平均邻速差ASD，其余离散性分析指标均选取标准差SD和第85%位速度与15%位速度差V85-V15。

☞空间——速度离散特性

根据所提供的速度数据，分别计算各测点的车速标准差SD和第85%位速度与15%位速度差，结果如下图11所示：

图11 各测点速度离散性变化图

从上图11可以看出，雅西高速拖乌山北坡交通特管区各测速点的车速标准差均在6.11~6.89之间，V85-V15在11~13km/h之间。随着下坡距离的增长，速度离散性逐渐增加，但增长的幅度较小。

☞ 时间——速度离散特性（高峰/低峰小时）

根据所提供的速度数据，分别计算各测点高峰和低峰时段的车速标准差SD和平均邻车速差ASD。结果如下图12所示。

图12 各测点高峰/低峰速度离散性变化图

从上图12可以看出，除K2084测点低峰时段4~6时的速度离散性较高外，标准差及平均相邻速差分别为8.67和9.16，其余时段的SD和ASD均在5.5~7.0之间；从整体趋势上来看，速度离散性随着交通量的增大而逐渐减小。

☞川籍车/外籍车——速度离散特性

根据所提供的速度数据，分别计算不同地区牌照车辆的车速标准差SD和平均邻车速差ASD，结果如下图13所示：

图13 各测点川籍车/外籍车速度离散性变化图

从上图13可以看出：各测点川籍车和外籍车速度标准差分别在5.94~6.56和6.25~6.94之间；V85-V15分别在10~12km/h和11~14km/h之间。各测点川籍车的速度标准差及V85-V15均小于外籍车。因此，川籍车整体速度离散性小于外籍车。

从上述离散性分析可以看出，各测点、高峰/低峰时间段及不同地区车辆的速度标准差及相邻车速差大多都在6.0~7.0之间，V85-V15均在10~15km/h之间，通过对比其他高速公路的速度离散性数据，可以发现，雅西高速拖乌山北坡交通特管区的速度离散指标均处在较低的范围，速度离散性较小。因此，交通特管区严格的分车道分车型限速措施能够很好地减小车辆之间的速度差异，降低因速度离散性过大而发生事故的概率。

三、对比分析

速度特性对比分析

研究显示，车辆的运行速度会随着路段限速值的增加而增加，车辆的运行速度并非一个静止的点，而是一个随限速的变化而不断变化的点。为探索货车运行速度与路段限速值的关系，本文根据交警部门提供的雅西高速灵山路段（K2156+400，成都至西昌方向，客货车道最高限速90km/h）高清卡口获取的速度数据，结合前文对交通特管区（货车道最高限速70km/h，最低限速60km/h）货车速度特性的分析，对不同限速条件下货车的运行速度进行对比分析。

☞整体速度特性

根据交警提供的速度数据，通过处理计算得到K2156+400处货车的平均速度、运行速度、速度标准差及V85-V15等速度特征值，与拖乌山特管区测点的速度特征值对比如下表3所示：

由上表3可以看出，K2156+400处货车平均速度为77.54km/h，运行速度为86km/h，速度标准差为8.749，V85-V15为15km/h。对比拖乌山北坡交通特管区的货车速度特征值，可以看出，货车的平均速度及运行速度始终小于路段的限速值，并会随着路段限速值的的增加而增加；速度标准差、V85-V15值也均随着限速值的增加而增加；随着运行速度的提高，路段货车速度的离散性逐渐增大。

将货车在各测点断面的速度按照10km/h一个区间进行划分，统计不同速度区间车辆所占的比例，结果如下图14所示：

图14 K2156+400处速度区间分布

由上图14可以看出，小于60km/h、60~70km/h、70~80km/h、80~90km/h、大于90km/h速度区间车辆占比分别为1.76%、16.88%、50.00%、24.74%及6.62%。可以看出，大部分车辆的运行速度都位于80~90km/h的区间内，占比达到50.00%，其次为70~80km/h区间，速度较低区间（＜60km/h）及超速车辆的比例较小，分别为1.76%和6.62%。K2156+400与拖乌山北坡交通特管区车辆速度区间分布对比如下表4所示。

由上表4可以看出，货车的运行速度均集中于路段限速值-20km/h的区间内，占比分别达到74.74%，90.32%、85.50%、79.60%及77.90%。速度较低（低于限速值20km/h）及超速区间车辆比例较小，占比均不超过30%。

☞时间分布特性对比分析

统计并计算K2156+400处一天24小时内车辆平均速度及V85速度，以观察货车不同时间段内行驶时的速度变化情况。将所有数据按照时间划分为四个时间段进行统计计算：凌晨（0:00~6:00）、上午（6:00~12:00）、下午（12:00~18:00）以及晚上（18:00~24:00）。计算结果如下图15所示。

图15 K2156+400处速度随时间变化图

由上图15可知，K2156+400处货车不同时间段的平均速度在76~79km/h之间，运行速度在84~87km/h之间；对比分析发现，不同于拖乌山北坡交通特管区不同时间段货车的速度，相较于白天（6:00~18:00），此路段夜间（18:00~24:00）货车的行车速度反而有一定的提高。

☞ 川籍车/外籍车分布特性对比分析

将车辆按归属地分为川籍车和外籍车两大类，通过对数据进行处理计算，K2156+400处川籍车平均速度和V85速度分别为78.74km/h、87km/h；非川籍车平均速度和V85速度分别为75.76km/h、83km/h。与特管区相同，川籍车的平均速度和V85速度均大于非川籍车。

进一步对两种类型车辆在各测点断面的速度按照10km/h一个区间进行划分，统计不同速度区间车辆所占的比例，结果如下表5所示：

可以看出，相较于川籍车，更多的外籍车会选择较低的运行速度，表现为外籍车较低速度区间（＜60、60~70、70~80km/h）的比例相比川籍车较大，川籍车较高速度区间（80~90、＞90km/h）的比例相比外籍车较大。与特管区此类速度区间分布特征相同，说明在不同限速条件下，对路段熟悉程度都会影响货车驾驶人对速度的选择。

交通特管区设置前后交通事故对比分析

收集特管区设置前后交通事故数据，分析交通特管区路段内逐年事故率及事故严重程度如下图16所示：

图16 交通特管区路段内逐年事故数、事故率及伤亡事故数图

由上图16可以看出，在交通特管区实行前，路段的平均百万车事故率为0.83次/公里，运营期间特管区内共通行车辆175.2万台次，半年内的百万车平均事故率降低至0.17次/公里，且均为简易程序事故，与2015、2016、2017年度同比分别下降了57.5%、48.5%和48.5%，其中中重型货运车辆发生事故4起，货车交通事故占比下降至10.3%。此外，事故严重程度也下降明显，在交通特管区实行前，路段的平均伤亡事故占比为0.15%，设立交通特管区后，每年涉及伤亡的事故数均在2起以内，伤亡事故占比也控制在0.1%以内，涉及伤亡事故占比相较2016、2017和2018上半年度同比分别下降了61%、51%和60%。以上数据说明，交通特管区的设置可以有效降低交通事故率及事故严重程度，大幅提高长大下坡路段行车安全性。

四、交通特管区设置方法

从上节对比分析可以得出，雅西交通特管区的设置对提升长大下坡路段行车安全性是行之有效的。以此特管区设置过程为基础，依据上文速度特性分析，结合山区高速公路复杂线形及交通组成等条件，可得出交通特管区设置原则如下：

（1）依据路段交通事故率及严重程度，结合《公路路线设计规范》（JTG D20-2017）中8.3.5规定：高速公路、一级公路连续长、陡下坡路段的平均坡度与连续坡长不宜超过表8.3.5的规定；超过时，应进行交通安全性评价，提出路段速度控制和通行管理方案，完善交通工程和安全设施，并论证增设货车强制停车区。可提出是否应设置交通特管区；

（2）从山区高速公路平纵面线形及其组合形式，探讨是否存在影响车辆高速行驶的线形条件；

（3）检查路段是否存在较多路段不满足限速条件下的停车视距，以论证是否应该调整限速值；

（4）考虑长陡坡路段客货运行速度差较大，为进一步提升该路段的通行效率及行车安全性，山区高速公路中的连续长陡坡路段，应进一步考虑该路段客货车间的影响，是否需要进行客货车分车道行驶；

（5）分析山区高速公路现有构造物，如停车区、避险车道等，以及交通安全设施设置情况，论证路段是否可以满足车辆紧急避险及通行安全需求；

（6）特管区设置满足一定时间后，应分析设置前后的交通安全提升程度，以此来说明特管区设置的合理性。

综上所述，当山区高速公路存在以上不良交通及线形条件时，应当按照上述步骤及原则进行论证分析，从线形、视距、构造物设置、交安措施等四方面出发，提出交通特管区设置建议。

同时基于上文速度分析，可以看出，雅西高速拖乌山北坡交通特管区内货车速度离散性较低，能够有效地降低事故发生的可能，但是由于交通特管区处于长下坡路段，司机通常会采取较为谨慎的驾驶措施，偏低的限速值会导致部分驾驶人选择以更低的速度行驶。此外，外籍车由于不熟悉路况，会选择更低的速度行驶，导致特管区内低速区间的车辆较多，且随着下坡距离的增长，逐渐增多。因此有如下建议：

（1）应论证交通特管区内应适当提速的可行性，将货车道的限速值调整为60~80km/h，客车道的限速值随之调整为60~90km/h；

（2）加强对外籍车的的宣传及管理，并进一步加强对下坡范围内正确驾驶操作及安全保障措施的宣传；

（3）应进一步研究特管区内恶劣天气条件下可变限速及分路段、分时段的限速方案。

五、结论

本文通过对雅西高速拖乌山北坡交通特管区的速度整体分布特性分析及速度离散性分析，可以得出如下结论：

（1）在交通特管区行驶的过程中，随着下坡距离的增长，货车速度逐渐降低。整体上低速车辆的比例逐渐增大，正常速度车辆的比例逐渐减小；

（2）夜间车辆的行驶速度较白天有一定的下降。在高峰/低峰小时段的速度分布情况与24小时时间段内基本一致，可以看出，交通量对速度的影响较小；

（3）川籍车在交通特管区内行驶的速度大于外籍车。相较于川籍车，更多的外籍车会以较低的速度区间在交通特管区内行驶。因此，对路段的熟悉程度会显著影响货车的行驶速度。同时通过与K2156+400行车速度对比分析可以看出，在不同的限速条件下，对路段的熟悉程度也会显著影响货车的行驶速度；

（4）雅西高速拖乌山北坡交通特管区的速度的离散性指标值均在较小的范围，整体的速度离散程度较低，可以看出，客货车分道行驶及限速措施能够有效地降低速度的离散性，降低事故风险；

（5）货车的运行速度会随着路段限速值的变化而变化。当路段限速值提高时，货车的平均速度及运行速度均会相应地提高。而且随着运行速度的提高，速度的离散程度逐渐增加；

（6）特管区设置可以有效提升长大下坡交通安全性，依据速度特性分析，结合山区高速公路复杂线形及交通组成等条件，得到了交通特管区设置方法。

（文 / 长安大学公路学院张驰；四川省公安厅交通警察总队高速公路二支队王锐；西安长安大学工程设计研究院有限公司刘时雨贺九平；原载于《道路交通科学技术》杂志，2023年第6期）