地点车速调查实验指导书.pdf

地点车速观测实验指导书 地点车速观测实验指导书 实验项目编码：02203302实验项目编码：02203302 一、实验目的 一、实验目的 1. 通过实验，使学生加深地点车速在交通管理控制、交通工程设施设计等方面的 应用和地点车速观测数据的统计分析方法等课堂内容的理解。 2. 通过实验，掌握人工测速和激光测速的方法和实验方案设计，学会正确使用激 光测速仪。 3. 通过地点车速观测数据的整理分析， 掌握地点车速的统计分析方法及分布规律。 4.本实验课是交通工程学教学的重要辅助手段，通过实验增强学生认识交通现象， 解决交通实际问题的能力。 二、试验要求 二、试验要求 1. 在教师的指导下，认真设计调查方案，尤其确保调查表格的科学合理，明确每 一名观测同学的任务。 2.实地调查时， 观测地点选择要合理， 最好避开交叉口信号控制和公交站台的影响。 观测路段两端要有明确标记。 3. 选择观测车辆是要做到抽样的无偏性，保证抽样随机，同时满足最小样本量的 要求。 4.调查资料的整理分析时，除了完成速度频率分布表、速度频率分布曲线和累积频 率曲线，还需计算百分位车速、车速平均值和标准差。 5. 试验过程也是对交通现象的认知过程，要观察分析各种车辆车速的变化特征。 在试验中应注意保护仪器，注意安全。此外，实验过程中必须遵守纪律、交通规则，保 证交通安全。 三、实验仪器设备 三、实验仪器设备 卷尺，秒表，欧测利警用激光测速仪（LTI20-20 Ultralyte Compact），记录板等。 使用激光测速仪时注意：禁止用激光测速仪瞄准太阳。因为可能会损坏眼睛，永 久性损坏激光发射器。 防止激光测速仪受到震动和掉地。 测速仪是精密仪器， 受损后， 轻者影响观测精度，重者无法使用。 四、实验原理 四、实验原理 B1205202 1. 人工观测 人工观测法实际上是实测车辆通过某一微小路段的平均车速， 如果车辆匀速通过该 路段时，则这一平均速度即为通过该路段内任一断面处的地点速度。因此，此法只需在 拟测地点附近选择一个小路段并量测其长度 l(m)，然后实测通过该路段车辆所需时间 t(s)值，即可计算速度值。 (km/h). t l v63×= 测量路段越短越能保证车辆通过的匀速条件，但由于车辆通过时间过短时，测时误 差会加大，因此建议测量路段长度应以使通过时间为 23s 为宜，最短也应在 1s 以上。 不同车速时间为不同车速时间为 2.5s 的测定路段长度的测定路段长度 表表 1 车速（km/h） 30 40 50 60 路段长度（m） 20.8 27.8 34.7 41.7 2. 雷达测速 雷达测速仪是采用多卜勒效应（Doppler Effect）。当目标向雷达天线靠近时，反 射信号频率将高于发射机频率；反之，当目标远离天线而去时，反射信号频率将低于发 射机率。如此即可借由频率的改变数值，计算出目标与雷达的相对速度。 误差最小,0o= 小误差,越越小 3. 激光测速 激光测速仪是采用激光测距的原理。 激光测距 （即电磁波， 其速度为 30 万公里/秒） ， 是通过对被测物体发射激光光束，并接收该激光光束的反射波，记录该时间差，来确定 被测物体与测试点的距离。 激光测速是通过发射激光束对被测物体进行两次由特定时间 间隔的激光测距，取得在该时间段内被测车辆的移动距离，从而取得该被测车辆的移动 ) cos2 1 ( ' c v ff ±= c vf f cos2 ±= fff= ' 速度。激光测速原理见图 1，由于常常不等于零，存在余弦效应，故激光测速仪所测 得的车速要比实际车速低。当=0 时，误差最小；越大，测速越低。 实际移动距离 实际移动距离 观测移动距离 图 2 激光测速原理 图 2 激光测速原理 为减少余弦效应，应使观测车辆和仪器的夹角尽可能小，也就是尽量把测速仪设置 在靠近车道的路边。此外，观测车辆越远离测速仪，所测速度越接近真实速度。一般， 激光测速仪距观测车辆的横向距离 10m 以内，距观测车辆的纵向距离 100m 左右，能获 得较满意的测量结果，这时误差很小，不用修正。 激光测速具有以下几个特点： （1）由于该激光光束基本为射线，故测速距离相对于雷达测速有效距离远，可测 1000m 外； （2）测速探测所需时间 0.3 秒，精度为±2 公里/小时，目标量程为 15-1000 米， 量程：±320 公里/小时； （3）鉴于激光测速的原理，激光光束必须要瞄准垂直与激光光束的平面反射点， 又由于被测车辆距离太远、且处于移动状态，或者车体平面不大，而导致激光测速成功 率低、难度大，特别是执勤警员的工作强度很大、很易疲劳。 （4）由于存在余弦效应，故激光测速仪所测得的车速要比实际车速低。 （5）鉴于激光测速的原理，激光测速器不可能具备在运动中使用，只能在静止状 态下应用；因此，激光测速仪不能称之为“流动电子警察”。 五、实验步骤 五、实验步骤 1. 确定调查地点 调查地点应根据调查目的进行选择，一般应考虑以下各方面： （1）一般速度调查时应选择视野条件好的道路直线段，并应选在无特殊交通标志， 交通信号、无公交站台和不受道路交叉影响的道路区间部分； （2）当为确定信号控制而调查速度时，调查地点应选在控制对象范围内，并应选 择不受其他信号影响的地点： （3）当为判断交通措施效果而进行事前、事后调查时，事前事后调 查应选择同一 位置； （4）对事故多发地点进行调查时，应调查进入该区时的速度，调查地点应不受其 他因素影响。 另外为使调查结果不受调查本身的影响，在选择调查地点时，还应注意测量仪器及 观测人员应不吸引驾驶人员注意，并且不引起群众的围观。 2.选择调查时间 （1）选择与调查目的相对应的具有典型性和代表性的时段，应避开交通异常时间， 如节假日及天气恶劣的时间； （2）为制定交通鼓励措施和检验交通改善措施效果应选择高峰小时的时段； （3）研究机动车和非机动车的相互影响时，应选择二者都较大的时段； （4） 事前、事后调查应选择相同的时段。 3.调查抽样与样本量的确定 道路上车辆数量大，不可能全部观测，只能从中抽取部分车辆(样本)进行观测，据 以推算车流总体的车速。 （1）抽样的无偏性，保证抽样的随机性。 对各种车型的抽样率应基本控制在与其在车流中的混入率一致； 选取速度的区间无根本差别，所有条件应一致； 样本应相互独立，当车流为一车队行进时，应选择头一辆的车速，而跟随的车速 在没有超车的情况下，按前一辆车速行驶，其速度受到限制，没有代表性。 为了保证推算精度，应确定所需最小的样本量 （2）最小样本量 按统计原理可由下式确定： 2 K = E n E速度观测值得允许误差（km/h） K置信水平系数 置信水平系数 K 值表，见教材 表 4-6；样本标准差 值表，见教材 表 4-7。 根据速度调查的精度要求，认为调查总样本数量不应少于 150 辆，其中单一车种不 应少于 50 辆。且测速时段不宜过短，一般应在 1h 以上。 4.选择调查方法 （1）人工测定法：在拟测地点附近选择一个小路段，划线标记起终点断面，并量 测其长度；然后观测员用秒表观测任意车辆通过该路段所需的时间，然后计算地点速度 值。车辆通过起终点断面可用前轮压线作为标准，也可用汽车前保险杠过线为标准。为 使测量记录方便、迅速，可事先准备如下记录表格。人工测速方法简单易行，但进行长 时间观测较困难。 （2）使用测速仪器测定速度：常用测速仪有雷达测速仪和激光测速仪。策速方法 非常简单方便，只要将测速仪器瞄准运行车辆，即能读出车辆的瞬时车速。 （3）车辆感应器测速：使用车辆感应器测量交通量时，可通过电磁感应或超声波 反射原理，同时感知车辆通过的距离和时间，从而计算车辆通过速度。可与交通量调查 同时进行，便于研究交通量与通过速度的关系，能较准确的测出地点速度，并且能作长 时间连续调查。但当故障车或事故车停留在感应器上时，车速记录会出现异常。此外感 应器设备复杂，费用也高，只能在城市或其他有条件的地方使用。 此外还有录像法、摄影法、航测法等，因价格高使用尚不普遍。 5.调查表格设计 人工法地点车速调查记录表 表 1 人工法地点车速调查记录表 表 1 调查时间： 年 月 日 时 时 星期 调查地点： 观测人员 天气 序号 车型 1 t 2 t 12 ttt = l v t = 1 2 3 n 激光（雷达）测速法地点车速调查记录表 表 2 激光（雷达）测速法地点车速调查记录表 表 2 调查时间： 年 月 日 时 时 星期 调查地点： 观测人员 天气 序号 车型 车速v 序号 车型 车速v 1 n+1 2 n+2 3 n+3 n 2n 6.观测人员安排 （1）人工测速法人员分工：1 人在起点断面挥手示意车辆到达，2 人在终点断面， 其中 1 人同起点观测员同步用秒表观测通过起终点断面的时间，1 人记录数据，测 20 个数据，测完交给后三位同学。每组测量数据不少于 60 个。 （2）激光测速法人员分工：1 人使用激光测速仪瞄准车辆并测定速度，另一人读数 并记录于表格中，测完 12 个数据后换后两位同学。每组测量数据不少于 60 个。 7.实地观测 实地观测前要校正激光测速仪，使其正常工作。 8.数据资料整理分析 由上述测定方法测得的地点速度数据，常作以下分析处理： 1） 绘制速度分布表与分布图 将实测数据按一定间隔分组，凡位于同一组的速度值为该分组的中值速度，然后求 各组车速数量及频率，将其列表即为速度分布表，见表 3。 地点车速分布表 表 3 地点车速分布表 表 3 组 号 速度范围 中位速 度 Vi 观测车辆 频数 fi 观测车辆频率 fi/fi（%） 累计观测车 辆频数fi 累计观测车辆频率 （fi/fi）（%） Vi 2×fi Vi×fi 1 20.5 27.5 24 2 3.3 2 3.3 1152 48 2 27.5 34.5 31 5 8.3 7 11.6 4805 155 3 34.5 41.5 38 8 13.3 15 24.9 11552 304 4 41.5 48.5 45 9 15 24 39.9 18225 405 5 48.5 55.5 52 11 18.4 35 58.3 29744 572 6 55.5 62.5 59 9 15 44 74.3 31329 531 7 62.5 69.5 66 9 15 53 89.3 39204 594 8 69.5 76.5 73 5 8.3 58 96.6 26645 365 9 76.5 83.5 80 1 1.7 59 98.3 6400 80 10 83.5 90.5 87 1 1.7 60 100 7569 87 合 计 60 100 176625 3141 速度均值=52.4km/h 速度标准差=14.1km/h 表中组距（每组的速度范围）采用下式计算： N R H= 式中，R极差， minmax vvR= N分组数， n.Nlg2231+= 根据速度分布表可绘制地点车速频率分布图和累计频率分布曲线，见下图。 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 243138455259667380 速度（km/h） 频率（%） 车速分布频率直方图速度频率分布曲线 累计频率曲线 0 20 40 60 80 100 120 24313845525966738087 速度（km/h） 累计频率（%） 85% 50% 位 15% 50% 位 2）特定地点车速 （2）百分位车速 在速度累积频率分布曲线图上，与纵坐标上累加百分数相应的车速称百分位车速。 85位车速 它表示所观测到的车辆中， 有 85的车辆具有这种速度值或者在这个速度以下， 只 有 15的车辆速度高于此值。 在交通管理上常用此速度作为某些路段的最高车速限制标 准。也就是说，超过这种速度行驶时，经常缺乏安全性。 50位车速(常称中位车速) 它表示在该车速以下行驶的车辆数等于在该车速以上行驶的车辆数， 又称为中值速 度， 当速度频率分布曲线完全对称时，中位速度则与平均点速度相等。 15位车速 它表示在该车速及低于该车速行驶的车辆数占被观测车总数的 15。 常用此车速作 为观测路段的最低限制车速，认为车速低于该速度时，往往会妨碍交通，导致发生事故 的危险。 2）速度观测值的均值和标准差 n v vf ii = 仅用平均速度值不能充分反映速度分布的分散程度，因此，常需计算速度观测值的 标准差以分析了解所测速度值分布在平均值两侧的偏差情况。标准差越大，表示所观测 的各速度值偏离平均速度值的偏差越大， 这意味着车辆在道路上行驶时选择速度的自由 度大。当交通量增多时，自由行驶受到限制，地点车速下降，标准差也逐渐减小。 1 /)( S 22 i = n ffvfv iiii 3）地点车速分布拟合优度检验 （1）建立原假设 H0：随机变量 X 服从某完全给定的（函数形式和参数已知）概率 分布 （2）建立统计量 （分组数 ）5g 2 22 2 111 2 kkk iiii iii iii fppf nn npnpnp = =+ 2 2 1 () k i i i i fnp np = = （3）确定统计量临界值 ()1-g 1 2 lDF lgDFn 可确定，根据自由度选定显著性水平 分布的由度，统计量趋向于服从自当= （4）统计检验结论 若接受 H0，否则拒绝 H0 22 六、实验思考 六、实验思考 1.观测地点车速时，抽样应注意事哪些问题？抽样量如何确定？ 2.车型对地点车速的有何影响？ 3.城市各等级道路的限速值一般取多少？限速标志如何设置？