郭鳳香 熊 堅(jiān) 劉洪啟 秦雅琴 萬華森

（交通部公路交通安全工程研究中心1） 昆明理工大學(xué)交通工程學(xué)院2） 650500）

0 引 言

中央隔離設(shè)施一般用于城市道路，以保證交通流的暢通和行車安全，其設(shè)置形式是人們普遍關(guān)注的一個(gè)問題.近年來，人們開始重視城市道路交通隔離設(shè)施的安全性分析的相關(guān)研究［1］，出現(xiàn)了利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)道路及其相關(guān)設(shè)施進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法［2－4］.本文以云南小磨路 K109＋600～K122＋024路段上的隧道群為樣本，對(duì)隧道內(nèi)使用的3種中央隔離設(shè)施：可倒伏示警柱、視覺標(biāo)線、常規(guī)標(biāo)線（無設(shè)施）進(jìn)行效果評(píng)價(jià).通過駕駛模擬實(shí)驗(yàn)，獲取汽車相關(guān)的動(dòng)態(tài)參數(shù)，從速度、速度標(biāo)準(zhǔn)差、車輛行駛的橫向位置及標(biāo)注差幾個(gè)方面進(jìn)行對(duì)比分析，為非分離式隧道中央隔離設(shè)施的設(shè)置提供設(shè)置依據(jù).

1 仿真實(shí)驗(yàn)方法［5－6］

1.1 駕駛模擬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的建立

本次研究對(duì)象為樣本路段上的3個(gè)隧道：壩卡隧道、勐臘1號(hào)和2號(hào)隧道.研究中，將這3個(gè)隧道分別命名為1號(hào)隧道、2號(hào)隧道、3號(hào)隧道，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)資料，完成了包含3個(gè)樣本隧道在內(nèi)的三維虛擬實(shí)驗(yàn)路段的靜態(tài)模型.其中，在隧道內(nèi)設(shè)置了上述3種隔離設(shè)施（用于評(píng)價(jià)），使隧道內(nèi)駕駛實(shí)驗(yàn)處于自然狀態(tài)，為保證車速在隧道內(nèi)的平穩(wěn)狀態(tài)在每個(gè)隧道前后延續(xù)了一定的路段距離.

根據(jù)研究及評(píng)價(jià)內(nèi)容，為了增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)過程的隨機(jī)性和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的有效性，并考慮提高實(shí)驗(yàn)效率，對(duì)3個(gè)樣本模型隧道進(jìn)行了排列組合，建立了3個(gè)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景組，分別表示為T1，T2，T3.各組的隔離設(shè)施的設(shè)置如表1所列.

表1 實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景組

為營(yíng)造出真實(shí)的駕駛環(huán)境，在實(shí)驗(yàn)樣本路段需要加載一定的車流，為了避免車流影響駕駛員（受試者）對(duì)車速的選擇，將交通流設(shè)置在對(duì)向車道；同時(shí)在駕駛模擬車輛的前、后方（同車道上）也設(shè)定了一定的車輛.另外，在2號(hào)隧道內(nèi)加載了行人，以考察行人的影響；在3號(hào)隧道設(shè)置了前置車，以考察超車情況.圖1所示為模擬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景隧道內(nèi)外的拾取圖.

圖1 三維虛擬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景

1.2 受試駕駛員

選取40名駕駛員進(jìn)行駕駛模擬實(shí)驗(yàn)，其中男性25人，女性15人，年齡在28～48歲之間，駕齡最低5 a，最高24 a，平均駕齡13 a.實(shí)驗(yàn)前先讓受試駕駛員熟悉并適應(yīng)駕駛模擬器，并在預(yù)備路段上進(jìn)行預(yù)駕駛，適應(yīng)后開始正式實(shí)驗(yàn).

1.3 實(shí)驗(yàn)過程

每位駕駛員要完成3個(gè)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景組（T1，T2，T3）的實(shí)驗(yàn)（順序隨機(jī)抽?。?，這樣可以保證每種場(chǎng)景下都有40組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析.根據(jù)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景隧道中有行人及無行人2種情況，又將實(shí)驗(yàn)人員分為2個(gè)組，每組20人；第一組做有行人實(shí)驗(yàn)，第二組做無行人實(shí)驗(yàn)，見表2.實(shí)驗(yàn)時(shí)實(shí)時(shí)的記錄下車輛的位置與車速等動(dòng)態(tài)參數(shù)，駕駛員完成實(shí)驗(yàn)后填寫問卷.

表2 受試人員分組

1.4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集及處理

在實(shí)驗(yàn)時(shí)，模擬系統(tǒng)計(jì)算機(jī)每隔0.01 s記錄一次數(shù)據(jù)，記錄的數(shù)據(jù)包括車輛的行駛坐標(biāo)、速度、加速度等.由于采集的參數(shù)都是基于時(shí)間記錄的，因此要將其轉(zhuǎn)換為基于道路里程的數(shù)據(jù)，以便分析車輛的軌跡及相關(guān)速度及加速度.為了便于分析，選取1號(hào)隧道的入口前200，100 m；隧道入口、入口后100，200 m；隧道中部、出口前200，100 m；隧道出口、出口后100，200 m等11個(gè)點(diǎn)；及2號(hào)隧道的入口前100，50 m；隧道入口、入口后50，100 m；隧道中部、出口前100，50 m；隧道出口、出口后50，100 m等11個(gè)點(diǎn)作為特征點(diǎn)，分析車輛速度及車輛行駛軌跡橫向位置（車輛中心與道路中樁之間的水平距離）.

2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

2.1 速度分析

車速是評(píng)價(jià)隧道隔離設(shè)施的一個(gè)主要指標(biāo).汽車在公路上行駛速度的分布與事故率具有一定的性關(guān)系，一般說來，速度離散度越高，道路安全性越差［7］.在隧道內(nèi)，由于空間、亮度的限制，速度離散程度對(duì)安全性的影響更為明顯.

圖2為1號(hào)隧道實(shí)驗(yàn)路段各個(gè)特征點(diǎn)的速度分布情況.進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)了隧道入口段、中間段、出口段的平均速度標(biāo)準(zhǔn)差如表3所列.

表3 1號(hào)隧道各段的平均速度標(biāo)準(zhǔn)差 k m／h

圖2 1號(hào)隧道各特征點(diǎn)在3種設(shè)施下的速度復(fù)合誤差條圖

從圖2及表3中可以看出，在隧道各特征點(diǎn)處，3種設(shè)施下的速度大小及變化趨勢(shì)基本相同.但從速度的離散程度來說，在隧道入口處，常規(guī)標(biāo)線的程度離散程度較??；在出口處，3種設(shè)施的速度離散程度差別不大；在隧道中間段，常規(guī)標(biāo)線的速度離散程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于可倒伏示警柱和視覺標(biāo)線；3種設(shè)施中，可倒伏示警柱的離散度最低.

2.2 橫向位置分析

車輛行駛軌跡橫向位置的均值和標(biāo)準(zhǔn)差表征了車輛行駛時(shí)的橫向位置及波動(dòng)情況，即考核汽車在車道內(nèi)行駛的軌跡及橫向穩(wěn)定性［8］.圖3為1號(hào)隧道內(nèi)各特征點(diǎn)處車輛軌跡橫向距離及誤差條圖.進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)隧道入口段、中間段、出口段的軌跡橫向標(biāo)準(zhǔn)差如表4所列.

圖3 1號(hào)隧道特征點(diǎn)下3種設(shè)施的復(fù)合橫向位置誤差條圖

表4 1號(hào)隧道各段的軌跡橫向位置標(biāo)準(zhǔn)差 m

從圖3及表4中可以看出，在隧道入口段，中間段及出口段，可倒伏示警柱的車輛橫向位置均大與其它兩種設(shè)施，即車輛軌跡距中樁的距離最大，且波動(dòng)小于另外兩種設(shè)施.

2.3 行人影響分析

為了分析了3種隔離設(shè)施在有行人時(shí)的車輛運(yùn)行情況，在2號(hào)隧道對(duì)有無行人的情況進(jìn)行了對(duì)比分析.表5為3種隔離設(shè)施在有無行人兩種情況下各特征點(diǎn)的速度對(duì)比情況，從表中看出，有行人時(shí)的平均車速降低，但從圖4有行人時(shí)2號(hào)隧道內(nèi)3種設(shè)施下的車速分布情況來看，3種設(shè)施速度下降幅度不同，可倒伏示警柱隔離設(shè)施情況下降幅度最大；另一方面，有行人時(shí)，速度的離散程度減小，駕駛更為謹(jǐn)慎.從圖4中還可以看出，在隧道入口處速度的離散程度比較大，然而在進(jìn)入隧道至出隧道的過程中有逐漸減弱的趨勢(shì).

表5 2號(hào)隧道各特征點(diǎn)有無行人兩種情況平均速度對(duì)比表 k m／h

圖4 有行人時(shí)2號(hào)隧道內(nèi)3種設(shè)施下的車速復(fù)合誤差條圖

表6為3種隔離設(shè)施在有無行人兩種情況下各特征點(diǎn)的車輛軌跡橫向位置對(duì)比情況，從表中可以看出，在3種設(shè)施下，有行人時(shí)的車輛行駛軌跡橫的向距離均小于無行人時(shí)的橫向距離，即車輛更靠近隔離設(shè)施行駛.圖7所示為行人對(duì)車輛軌跡的影響.但從圖中可以看出，從隧道入口到隧道出口的8個(gè)特征點(diǎn)，可倒伏示警柱的車輛軌跡橫向位置的波動(dòng)情況小于其他2種設(shè)施.

表6 2號(hào)隧道各特征點(diǎn)有無行人兩種情況車輛軌跡橫向位置對(duì)比表 m

圖5 有行人時(shí)2號(hào)隧道各種設(shè)施的橫向位置復(fù)合誤差條圖

2.4 超車情況及問卷調(diào)查

為考察隧道內(nèi)設(shè)置不同隔離設(shè)施時(shí)駕駛員的超車情況，在3號(hào)隧道內(nèi)設(shè)置了速度為40 k m／h的前置車，但參與實(shí)驗(yàn)的40名駕駛員行駛到該處時(shí)，無論對(duì)向車道是否有車，3種隔離設(shè)施下駕駛員都采取了剎車減速跟行，無一人超車.

為獲得駕駛員對(duì)3種隧道中央隔離設(shè)施完成模擬實(shí)驗(yàn)后都進(jìn)行了問卷調(diào)查，以獲得受試者主觀評(píng)價(jià).問卷調(diào)查中，絕大多數(shù)駕駛員都認(rèn)為模擬隧道的逼真性較好：67.5%的人認(rèn)為模擬隧道的逼真度到80%以上，97.5%的人認(rèn)為模擬隧道的逼真度到60%以上，并且認(rèn)為駕駛時(shí)接近真車感覺；另外，對(duì)于實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，駕駛員僅以實(shí)際感覺駕駛，并不知道實(shí)驗(yàn)?zāi)康?；針?duì)3種隔離設(shè)施的駕駛感覺，75%駕駛員認(rèn)為可倒伏示警柱相對(duì)于另外兩種設(shè)施具有較好的安全感.

3 結(jié) 論

1）用于評(píng)價(jià)的3種隧道內(nèi)隔離設(shè)施對(duì)車速的平均速度影響不大.

2）使用可倒伏示警柱和視覺標(biāo)線隔離設(shè)施，隧道中車速的離散程度（標(biāo)準(zhǔn)差）相對(duì)于普通標(biāo)線明顯減小，并且在整個(gè)隧道中車輛運(yùn)行相對(duì)平穩(wěn).

3）可倒伏示警柱隔離下的車輛軌跡偏離隔離線最遠(yuǎn)，其次是視覺標(biāo)線，常規(guī)標(biāo)線.說明由于視覺的影響，可倒伏示警柱隔離設(shè)施會(huì)使車輛略偏右行駛，但偏離變化的幅度較另外兩種設(shè)施小，說明車輛行駛的直線性較好.

4）在有行人的情況下，3種隔離設(shè)施下的車速均有下降，且速度的離散度總體減小，其中可倒伏示警柱速度下降最大；另外有行人時(shí)，車輛行駛更靠近隔離線.車輛的軌跡的橫向變化幅度也有所減少.

5）總體來看，可倒伏示警柱和視覺標(biāo)線有利于隧道內(nèi)的行車安全，除去成本因素，可倒伏示警柱的安全性會(huì)更高些.

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