[科普中国]-车速限制

简介

车速限制具有强制性，通常在路标中标识，由地方或国家政府制定，常由交通警察执行管理。车辆限速行驶意义重大，将显著地降低交通事故的发生次数和严重性1。

最早的限速是英国于1861年生效的，当时限速16 km/h（10 mph）。波兰和保加利亚在部分路段限速140 km/h，美国的德克萨斯州也在40英里长的一个路段限速137 km/h（85mph）。同时，部分地区的路段并不设置限速，最出名的是德国的高速公路（Autobahn）。2006年勃兰登堡州有关部门测得在一段畅通的双向六车道高速公路上平均时速达到了142 km/h.。在马恩岛的郊区路段、印度安德拉邦和马哈拉施特拉邦、澳大利亚北部地区的许多路段也不设置限速，但部分低等道路的平均时速并不高。

交通运输供给能力的不足，交通事故频发，城市交通能源消耗与污染严重，己经影响了国民的快速发展，严重制约着国家或地区的国民经济的快速发展。为了克服这一现象，就需要增加交通运输能力，降低交通事故的发生率，同时还要减少对能源的消耗和环境的污染，为此必须加快交通基础设施建设进度，在加大投资力度的同时辅以合理的交通限速管理措施。考虑速度限制的城市交通网络设计问题的研究不仅可以通过对城市交通网络设计得出最优的交通网络规划建设投资方案，保证最优化的系统效率与出行者的公平性，还可以通过速度限制的交通管理和控制手段兼顾道路交通系统的安全性，降低道路行驶车辆的尾气排放量而减少对环境的污染2。

车速的定义与分类车辆或车流的速度是一项重要的基本参数，其一般定义是：车辆在单位时间内行驶的距离。根据本研究的目的，对各类车速的分类与定义如下。

①地点车速：车辆通过道路某一地点（道路某断面）时的速度，亦称点车速、瞬时速度，是描述道路某地点交通状况的重要参数，常用于研究制定车速限制。

②行驶车速：是车辆行驶在道路某一区间的距离与行驶时间(停车时间除外)的比值，在研究行车经济性、分析车速与油耗的关系时，所用到的车速即为行驶车速。

③设计速度：根据美国最新版的《公路和街道几何设计政策》，设计速度是一个选定的速度，用来确定设计道路的几何特征并把“安全”这个词从上一版的定义中删去了，避免以为超过设计速度的速度是“不安全”的。

④85%位车速：累计车速分布曲线中，累计频率为85%时的相应车速，是最高车速限制的重要依据。

⑤15%位车速：累计车速分布曲线中，累计频率为15%时的相应车速，是最低车速限制的重要依据3。

车速限制研究概况车速限制在国内外已经有相当长的一段研究历史，早期的目的是单纯为了保证行人安全，19世纪初，美国康涅狄格洲最先提出建议在道路上实施限速控制，并出台了车速限制的相关法规，用法律对速度控制进行了规范，以后世界各国根据不同的道路条件逐步实施速度限制并付之于法律。

有关车速限制的研究主要集中在以下几个方面：

**(1)**高速公路限速值确定方面

美国、澳大利亚、欧洲等发达国家和地区汽车普及和公路建设都较早，因此对速度限制的研究也开展得较早，限速管理同时也属于道路交通安全和运营管理与控制当中非常重要的策略之一。世界各地对高速公路的最高时速规定有所不同，这与不同的国家的国情和地区的法律法规政策规定有很大关系。美国高速公路的一般限速约为120公里/小时，法国为130公里/小时，意大利为150公里/小时，而德国的高速公路则一般不进行限速。自从20世纪70年代，美国受到能源危机影响以法令的形式规定了最高车速限制，有效的减少了车辆的汽油消耗，之后的学者对高速公路的限速值确定进行了大量的研究。

国内针对我国高速公路超速行驶严重的现象，最初的研究也是借鉴国外的85%位车速作为我国道路最高限速值，然而在实际应用中一般以公路的设计速度作为其限速值。国内学者对高速公路的最高限速值的影响因素进行了初步探讨，将车速限制与道路设计、交通量、车辆类型等因素的关系进行了量化研究，并给出了相应的限速建议。国外在车速限制研究方面是将车速限制值的影响因素进行系统研究，主要是在现场实测数据分析的基础上给出合理的车速限制值。

国内学者虽然对高速公路限速值确定方面进行了一定的研究，但由于道路交通条件和道路设计思想与国外存在差异，且车速数据的采集是在已设置限速标志的条件下获取的，因此，其车速限制方法的适用性有待进一步研究。

**(2)**城市道路限速研究方面

相比于高速公路的限速研究，由于城市道路网络更加复杂，城市道路中交通限速的研究较少，很多从宏观、法律、经济等角度出发进行研究。

国外学者对城市道路交通的限速研究主要集中在实例分析、限速模型以及交通仿真等方面。

国内学者关于城市道路的交通限速研究则是从驾驶员行为特性、限速标志等方向出发，研究了与车速之间的关系，更多的是以法律、经济效益等角度进行交通限速管理的研究，也提出了科学合理的限速措施与建议。

**(3)**可变限速研究方面

可变限速主要考虑高速公路、城市快速道路上的行车速度、车流量、天气状况、道路状况等因素，通过可变信息标志向道路使用者发布限速信息，并以此影响道路使用者的驾驶行为。

关于可变限速的研究主要通过考虑实际的道路因素建立可变速度限制的模型以及采用微观交通仿真模型进行实时道路交通限速值的确定2。

最高车速限制最高车速限制的原则高速道路最高车速限制应在兼顾安全性、经济性与舒适性的同时，实现高速道路的运行效率。在确定高速道路最高车速限制值时应遵循以下原则：

①在条件允许的情况下应尽量提高最高车速限制值，实现高速道路的运行效率；

②最高车速限制并非是要保证零事故率，而是使事故率保持在一个可接受的范围，保证事故严重程度尽量小；

③最高车速限制值应尽量接近经济车速，使高速道路行驶车辆在保证效率、安全的前提下达到最佳的经济性；

④最高车速限制应保证车辆以该速度行驶时所产生的振动不致使驾驶员产生明显的不舒适感4。

最高车速限制的基本思路高速道路最高车速限制应实现效率、安全、经济、舒适四个目标，而这四个目标之间存在着相互制约的关系。在自由流条件下，车速越高、则运行效率越高，但安全性、经济性与舒适性却会下降。因此，采用多目标优化方法，在效率、安全、经济与舒适之间寻求最优解，是确定合理的最高车速限制值的基本思路。最高车速限制值的制定是一个多目标优化问题，需构建的目标函数及约束条件如下：

①运行效率：以理想车速为基准，构建高速道路的时间费用函数，以时间费用最小作为运行效率的目标函数；

②安全性：以事故严重程度作为高速道路安全性的度量标准，借鉴已有的事故死亡率与车速的关系模型，给出高速道路最高车速限制基于安全性的约束条件；

③经济性：分析建立高速道路代表车型的油耗量与车速关系模型，构建油耗费用函数，以油耗费用最小作为经济性的目标函数；

④舒适性：建立车速与舒适性评价指标的关系模型，给出高速道路最高车速4。

最低车速限制最低车速限制原则为保证行车秩序，在对高速道路实施最高车速限制的同时，对车辆的最低车速进行限制是十分必要的。

在确定高速道路最低车速限制值时，应在保证事故率小于容忍值的前提条件下，实现高速道路的运行效率与汽车的燃油经济性。

最低车速限制应遵循的原则如下：

①最低车速限制值应尽量接近经济车速，以油耗量最小作为目标；

②最低车速限制应尽量降低车速离散程度，从而保证交通事故率不超过容忍值；

③为提高高速道路运行效率，确定的最低车速限制值应大于或等于满足上述条件的模型解4。

最低车速限制的基本思路最低车速限制方法应通过构建基于经济性的目标函数及基于安全性的约束条件来实现，具体思路描述如下：

①基于经济性的最低车速限制目标函数：建立高速道路不同坡度条件下的运行车速与油耗量关系模型，以油耗量最小作为目标函数，即以经济车速作为目标函数的最优解；

②基于安全性的最低车速限制约束条件：建立高速道路车速离散程度指标与事故率的关系模型，借鉴国外相关研究成果确定事故率容忍值，以事故率小于其容忍值作为约束条件，将确定的最低车速与经济车速对比，取二者中的较大值4。

最低车速限制值的确定方法基于经济车速及车速离散程度约束的高速道路最低车速限制方法，具体可通过下式来表述。

Min[F=f(v)]([max（ve，v(AR)])) s.t.AR≤[AR] vl≥max(ve,v([AR]))

式中：

F——油耗量(升/100km)；

f(v)——油耗量与运行车速的函数关系式；

AR——亿车公里事故率(次/亿车x公里)；

[AR]——亿车公里事故率容忍值(次/亿车x公里)；

vl——最低车速限制值(km/h)；

ve——经济车速(km/h)；

v([AR])——对应事故率容忍值的运行车速(km/h)4。