道路限速區段劃分方法的研究

□白家豪

一、限速區段相關概述

(一)限速區的概念?，F在國內最常見的限速方式是全線統一限速，但由于受道路條件、路面的使用情況、交通安全情況、路測環境條件、是否有特殊路段、駕駛人情況、氣候或天氣情況以及資金等條件的影響，不可能采取統一的限速。因此需要根據具體路段的實際情況建立相應的限速區，使得要求規范的限速值與駕駛員預期的相一致，并通過相應交通調查，及時更新限速區的設置。

(二)當前限速區段存在的問題。目前，我國限速區路段存在以下問題：一是各個限速區的劃分沒有充分考慮到當地道路條件、路面的使用情況、交通安全情況、路測環境條件、是否有特殊路段、駕駛人情況、氣候或天氣情況等，因地制宜。二是限速區內的限速值大多以一線工作人員的主觀經驗指定，沒有很好地參考當地事故發生情況進行改進。三是在道路的幾何線形、事故等方面的數據資料還不夠充分。四是相鄰限速區路段之間的速度變化率大，因此不可能在限速區之間平滑過渡。

(三)限速區的劃分標準。目前國內絕大多數車輛的主表盤以20、40、60、80為刻度并指示數字，10、30、50為輔助刻度，不指示數字。因此，駕駛員在駕駛過程中難以準確讀取和控制車速，通常在限速區以10km/h的速度增減車速。

同時根據《指南》的評價標準可得：如果相鄰限速區間的限速差在10km/h以內時，表明相鄰兩個限速區路段之間的車速變化率較低，協調性較好，行車很安全；如果相鄰限速區路段之間的限速差在10～15km/h，表明相鄰限速區路段的車速變化率較低，協調性好，行車安全；但如果相鄰限速區路段的限速差在20km/h以上，則說明相鄰限速區路段的速度變化率較大，協調性差，危險駕駛，容易造成交通事故。因此，要根據具體的道路條件、路面的使用情況、交通安全情況、路測環境條件、是否有特殊路段、駕駛人情況、氣候或天氣情況以及資金等合理地進行路面限速區段的劃分。

(四)限速區的劃分原則。限速區路段的劃分，須按照以下原則進行：一是限速區內的限速值不得超過道路法定最高限速值。二是限速區內限速信息必須保證車輛在各個限速區路段之間的平滑過渡，防止出現車速突變現象，最終導致交通事故。三是限速區的限速值應明確標識，在駕駛過程中讓司機清晰可見。四是限速區內的車速限制不應頻繁更改，容易使駕駛員產生疲勞感，加劇了潛在的危險性。

(五)限速區段的劃分。依據道路交通的幾何線形、車輛的運行速度等并通過衛星電圖初步進行初始限速區的一般劃分，對于那些特殊路段、事故多發地點進行限速區段的局部劃分。

此外，通過對影響限速區劃分的各種因素進行梳理總結，基于物權理論，熵權的限速值物元TOPSIS決策對各種影響因素進行權重分析和標準化處理，得到各限速區最佳限速值，然后對相近限速值的限速區路段進行合并，得到最佳的道路限速區段的劃分方案。

基于有序聚類的方法，進行個限速區域得優化組合，為確保所有的限速區均符合最小長度要求，最后通過檢驗限速區段間的速度變化率來檢驗運行速度的協調性。

(六)影響道路限速區段劃分的各種因素。對道路限速區段劃分方法研究，首先要考慮影響限速區劃分的各種影響因素，文章通過歸納總結國內外參考文獻里的各個因素進行分析。

1.道路的幾何線形及路面的使用性能。主要指道路的幾何線形，路側條件對限速區段的影響，尤其在一些特殊路段：平交口，隧道，長下坡等易引發交通事故的地方，要單獨劃分限速區，確保相鄰限速區之間車速的平穩過渡。

2.易發生事故的路段。相鄰限速區路段之間速度變化率較大，引起的交通事故數量較多。如：連接小半徑圓曲線路段的長直線、長下坡路段、穿村鎮路段、平交路口路段和立交出口路段的長直線、長隧道路段、視距不足路段等，需要進行限速區的局部劃分。

3.周邊氣候條件的影響。由于雨雪、大霧等不利條件的影響，駕駛員在駕駛過程中的視距以及路面的附著系數會隨之變化，因此遇到經常發生此類特殊天氣，為保證行車安全，應當建立適當的限速區并單獨分析，以減少一些特殊天氣信息條件下的事故發生。

4.駕駛員運行速度與期望速度。道路條件以及交通通行情況影響著駕駛員的運行速度，有時可能存在駕駛員的期望速度比設計速度高有的比設計速度低。因此，應合理劃分限速區，使駕駛員的道路速度與預期速度一致。

5.相關道路交通法規。限速標志及交通安全設施的設立應當清楚醒目，限速區段的劃分不易頻繁，應保障每個小限速區滿足最小長度需求，保證駕駛員的駕駛舒適度以及相鄰限速區段間運行速度的平順銜接，以及其他道路交通法規定的內容。

二、限速區最佳限速值的確定及最佳道路限速區段劃分方案的選擇

本文引用Hwang等提出的TOPSIS決策分析方法，借助多屬性決策相關問題的理想解和負理想解，對各個設計方案的研究需求進行排序。比較最佳限速區內限速劃分方案的物元與理想解負理想解之間的距離，得到最優方案結果。最后將限速值相近的限速區合并，得到道路限速區段的最佳劃分。

(一)構造初始限速值矩陣方案。對于各種限速值劃分方案，初始指標矩陣如下：

式中：m=限速值劃分方案的數量；

n=影響限速值的各種因素；

rmn=第m個限速劃分方案中第n個影響因素指標的特征值。

(二)各影響因素的標準化處理。由于各個限速值影響因素指標的單位、屬性、數量級等可能均有不同，各個影響因素需標準化處理，具體公式如下：

1.一般來說，成本型屬性的影響因素指標越小越好，例如：事故的發生率、路面的通行時間等。

2.對于區間型屬性的影響因素指標，例如：相鄰限速區之間的速度變化率等。

3.對于偏離型屬性的影響因素指標，影響因素指標偏離某個值越小越好，例如：駕駛員的預期速度、周圍氣候環境及路面使用情況等。

由此得到標準化處理后的矩陣：

(三)影響因素權重的計算。權重分析主要采用熵權理論，j指標的指標值分布越分散，對應指標的重要性越高；反之，j指標的指標值分布越集中，指標對結果的影響越小，重要性越低。

在(m,n)的評價問題中，定義第i個影響因素指標的熵權ωi為:

(四)決策矩陣的計算。將影響因素的標準化指標值與其對應的權重值相乘，得到決策矩陣：

(六)相對接近度計算。根據公式，各劃分方案與正理想解的距離為：

各劃分方案與負理想解的距離為：

由于Di是各劃分方案到正理想解的距離與正負理想解之間存在距離的比，所以Di的值越小，劃分方案越接近正理想解，越遠離負理想解。

(七)選擇最佳的限速值劃分方案。將Di值進行排序，選擇最小值，就是限速值劃分的最佳方案。

(八)依據最佳限速值進行限速區段的劃分。通過上述方法得到各個限速區路段最佳的限速值，然后具有相似限速值的路段合并，得到道路限速區段最佳劃分方法。

三、通過有序聚類的方法進行優化組合

為使每個限速區的限速區長度均滿足最小限速區段長度要求。運用有序聚類的方法，將各個限速區進行優化組合。通過數學方法定量找出相鄰樣本之間的親屬關系，進行合理比較并合并分類。具體分類步驟是：第一步，建立n各類，每個類只包含一個樣本；第二步，計算n個樣本之間的距離；第三步，將距離相近的兩個類組合成一個新的類；第四步，計算新類和當前類之間的距離，如果類數為1，則繼續下一步。否則回到第三步再次進行組合；第五步，確定類的數量并得到分類結果。

現在假設整條路段被分成n個路段，每個路段之間的距離為l1,l2,…,ln，對應限速區各路段的限速為v1,v2,…,vn

依此類推直至各個限速區段均滿足最小限速區長度要求。

依此類推直至各個限速區段均滿足最小限速區長度的要求。

依此類推，直到每個限速區路段滿足最小限速區長度的要求。

四、基于駕駛舒適度對限速區段進行協調性檢驗

式中RV表示相鄰限速區路段限速值的變化率，Vi表示當前該限速區的限速值，Vi-1表示上一個限速區的限速值。

表1

五、限速區段劃分的意義

本文首先通過初始限速區以及衛星電圖等進行大限速區段的劃分，然后基于分析查驗影響限速區內限速值各種影響因素，引用物元的概念，熵權的限速值物元TOPSIS決策方法，給限速區段劃分存在的各種方案進行集中排序，通過比較與正負理想解之間的距離，得到最佳限速值的劃分方案，并對相近的限速區進行合并，得出了最佳道路限速區段劃分方法；同時，為了保證每個限速區長度滿足最小長度要求，通過有序聚類的方法進行相鄰限速區之間的優化組合；最后為保障駕駛員的駕駛舒適度與安全性，提供更加人性化的服務，通過相鄰限速區車速協調性檢驗進行驗證。

道路限速區段劃分方法的研究，將有利于保障道路交通安全進行各限速區段的合并分立，優化組合。具體體現在以下幾個方面：提高道路通行能力，減少交通事故，增強了駕駛員的駕駛舒適度，有利于降低與緩解交警部門的執法難度與強度問題，同時通過推廣也將有助于形成一套較完整的限速區理論體系。